濾波器下的電能質(zhì)量提高措施分析

馮亞明

（廣東光達(dá)電氣股份有限公司，廣東 佛山 528329）

0 引 言

在各級電網(wǎng)中會運(yùn)用大量的非線性負(fù)荷，產(chǎn)生非線性負(fù)荷的設(shè)備被稱之為諧波源。諧波源會產(chǎn)生一種名為諳波的污染，它會影響到整個電氣環(huán)境，包括電力系統(tǒng)和用戶。無論是保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行還是保證用電設(shè)備的正常運(yùn)行等，都需要對諳波污染進(jìn)行遏制。為了解決這一問題就需要運(yùn)用濾波器有效減少諳波污染，從而改善電力系統(tǒng)。

1 濾波器

濾波器是由電容、電感以及電阻組成的濾波電路，可有效濾除電源線匯總特定頻率的頻點或該頻點以外的頻率，得到一個特定頻率的電源信號或消除一個特定效率后的電源信號。其主要是一種選頻裝置，選定的頻率成分能夠通過，從而過濾掉其他的頻率成分。

2 濾波器下的電能質(zhì)量發(fā)展情況

早在20世紀(jì)70年代初期，有源電力濾波器就有了基本的原理和結(jié)構(gòu)，但因為技術(shù)原因，未能使其投入到電力系統(tǒng)中工作。在80年代，因為技術(shù)的發(fā)展，新型電力器件的出現(xiàn)和研發(fā)，使得有源電力濾波器的相關(guān)技術(shù)得到了發(fā)展。隨著不斷的推進(jìn)和發(fā)展，有源電力濾波器越發(fā)成熟，各種相關(guān)的使用方法和技術(shù)也被提上了日程，在電力系統(tǒng)中得到了有效的應(yīng)用，這對我國電能輸送環(huán)節(jié)的安全、高效以及可靠提供了一定的保障[1]。

在時代的不斷前進(jìn)和社會的不斷發(fā)展中，電力電子設(shè)備等被廣泛地應(yīng)用于各種場所，這使得人們越發(fā)注重電能質(zhì)量中的各種問題，特別是諧波源電力設(shè)備產(chǎn)生出的諳波污染對用戶和電力系統(tǒng)的影響。這都引起了電力系統(tǒng)相關(guān)人員的重視，使其不斷更新技術(shù)和方法，對諳波污染進(jìn)行遏制，從而提高電力的安全輸送和電能質(zhì)量。濾波器下的電能質(zhì)量如圖1所示。

圖1 濾波器下的電能質(zhì)量圖

3 電能質(zhì)量問題

3.1 諧波污染

在電力系統(tǒng)中會運(yùn)用到非線性負(fù)荷，因此會產(chǎn)生諧波，而諧波會對公用電網(wǎng)、電氣設(shè)備以及通信系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響。諧波會導(dǎo)致電網(wǎng)中產(chǎn)生電機(jī)的附加損耗，增大機(jī)械振動、噪聲及過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，縮短相關(guān)的電氣設(shè)備壽命，結(jié)緣層老化，影響到電力的使用安全。此外還會放大電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而發(fā)生重大的安全事故，造成嚴(yán)重的損失經(jīng)濟(jì)，甚至還會影響人身安全。

3.2 電壓和無功功率

電壓和無功功率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。電壓偏移過大時會影響到用電設(shè)備的運(yùn)行特性，進(jìn)而影響到用電設(shè)備的取用功率，對電力系統(tǒng)造成不好的影響。無功功率越大變壓器的使用效率就越低，功率因數(shù)也越低。此外，功率因素也不可超前，超前會造成電壓升高，電氣設(shè)備絕緣電阻下降，最終造成電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生危險。要想保證電力系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行就需要保證電壓系統(tǒng)具有充足的無功功率[2]。

4 有源濾波器在電力系統(tǒng)中的作用

電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生了上述所說的問題，既然出現(xiàn)問題，就需要相應(yīng)的解決辦法，從而為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供一個有效的保障。有源電力濾波器則能夠有效的解決這些問題，它是一種用于動態(tài)抑制諧波，補(bǔ)償無功的新型電力電子裝備，能夠?qū)Σ煌笮『皖l率的諧波進(jìn)行快速跟蹤補(bǔ)償。它較之無源LC濾波器有了更大的發(fā)展，無源LC濾波器只能被動的吸收固定頻率的諧波，但有源電力濾波器則實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，既可以補(bǔ)償諧波又可以補(bǔ)償無功和不平衡。濾波器原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 濾波器原理結(jié)構(gòu)圖

5 濾波器下的電能質(zhì)量提高的相關(guān)措施

5.1 加大濾波器設(shè)備的技術(shù)研發(fā)

現(xiàn)今更多的電力系統(tǒng)中使用有源電力濾波器，它相比之前的無源LC濾波器有了較大的發(fā)展，從而也就督促電力設(shè)備研發(fā)人員加大研發(fā)力度，使其更加優(yōu)秀，更能適用于電力系統(tǒng)中，提升電能質(zhì)量。有源電力濾波器控制雖然具有較好的靈活性，但是耐壓越高其開關(guān)損耗也就越大，頻率也會變得較低。人們越來越重視諧波產(chǎn)生的影響，使得有源電力濾波器的使用越發(fā)被看重，需求量也不斷增加，這就要求有源電力濾波器相關(guān)的技術(shù)要跟上前進(jìn)的步伐。

5.2 加大資金投入

好的設(shè)備就需要更多的資金支持，有源電力濾波器與無源濾波器相比資金投入量巨大，兩者的費用比大概在7:1左右，這就使得一些小的電力公司會選擇將無源電力濾波器投入到電力系統(tǒng)中使用。但有源電力濾波器的控制更加靈活，對于諧波抑制的作用也比無源濾波器更好，兩者相比較，雖然有源電力濾波器的投入資金大，但收獲的成效比無源濾波器更好，從而各個電力公司應(yīng)加大對有源電力濾波器的投入使用[3]。

無源濾波器在時代的不斷前進(jìn)發(fā)展中越發(fā)不適用于電力系統(tǒng)，它在濾除諧波時只可濾除某一次或多次諧波，這就造成效率低下。但其因結(jié)構(gòu)簡單、成本低、運(yùn)行可靠性較高及運(yùn)行費用低等特點仍被廣泛的運(yùn)用于電力系統(tǒng)中的濾除諧波中。有源電力濾波器在無源濾波器的基礎(chǔ)上做出了改進(jìn)，它克服了無源濾波器的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點，不只是固定的進(jìn)行補(bǔ)償，也不再處于一種被動的狀態(tài)，它實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，較之無源濾波器的效率高，因此電力公司應(yīng)加大資金投入引用有源電力濾波器。

5.3 采用新型技術(shù)

美國電力研究院現(xiàn)已提出一種定制電力的概念，主要就是將一些電力電子高新技術(shù)運(yùn)用在電力系統(tǒng)中，減少電力運(yùn)行中出現(xiàn)的諧波、電壓不穩(wěn)及不平衡等問題。依據(jù)用戶的需要和要求進(jìn)行電力配置，定制用戶所需要的電力，進(jìn)而提高電力質(zhì)量和電力的安全運(yùn)行。對用戶進(jìn)行定制電力供應(yīng)，減少一些供電事故的發(fā)生。通過將大功率電力電子技術(shù)和配電自動化技術(shù)綜合起來，對電能質(zhì)量敏感的用戶提供的電力達(dá)到他們所需求的水平，極大地滿足了用戶的需求，提高了用戶的用電滿意度。

電能是一個國家發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，其質(zhì)量嚴(yán)重影響著用戶的用電是否安全。定制電力的采用能夠有效解決電能的質(zhì)量問題。在現(xiàn)今廣泛運(yùn)用電能的過程中也發(fā)現(xiàn)了較多的電能質(zhì)量問題，因為一些精密儀器的使用對電能質(zhì)量提出了較高的要求，若電能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)會使得這些精密儀器受到不同程度的損耗，這就需要對電能進(jìn)行一個質(zhì)量把控，從而適應(yīng)精密儀器的電能使用，也避免出現(xiàn)資源損耗和浪費，減少經(jīng)濟(jì)損失。定制電力這一概念的出現(xiàn)能夠很好地解決這一問題，通過電力公司對一些高要求電能質(zhì)量的企業(yè)或機(jī)構(gòu)進(jìn)行定制電力，從而滿足這些用戶的需求，也避免造成各種資源浪費和經(jīng)濟(jì)損失[4]。

5.4 有源電力濾波器的選用

在電力系統(tǒng)中需要對電能的質(zhì)量進(jìn)行一定的檢測和分析，然后根據(jù)檢測和分析出的結(jié)果不同選擇不同效用的有源電力濾波器。在進(jìn)行諧波測試時是分散測試的，就這需要在選用有源濾波器時留有一定的余地，最好能夠采用就地補(bǔ)償?shù)姆绞椒椒?。在選取使用的有源濾波器后能夠及時對諧波進(jìn)行調(diào)控治理。在投入有源濾波器使用后，還要進(jìn)行測試，查看諧波被治理后的效果，從而及時作出調(diào)整，以減少諧波的諳波污染，提高電能質(zhì)量，保證電力系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。

有源電力濾波器的應(yīng)用場合較多，主要包括配有變頻設(shè)備等類似負(fù)載的場合、配有不穩(wěn)定負(fù)載的場合、辦公大樓、商業(yè)區(qū)以及電氣化鐵路等，從而在選用有源電力濾波器時要根據(jù)場合的不同選取容量適用的有源電力濾波器，從而及時對電力進(jìn)行調(diào)控，使得電力更好的運(yùn)作[5-7]。

5.5 完善電能質(zhì)量監(jiān)測

監(jiān)測電能質(zhì)量，能夠及時、迅速地獲得電能質(zhì)量相關(guān)信息。目前，電力系統(tǒng)中對于電能質(zhì)量監(jiān)測的儀器使用也較多，但都作用于對電能的持續(xù)性和穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)管，而現(xiàn)今的電力系統(tǒng)對電能質(zhì)量的監(jiān)管提出了新的要求，如可以捕捉快速瞬時干擾的波形和各種諧波之間的數(shù)值，具有高效的識別能力等，只有這樣才能夠及時、快速地發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的問題，從而進(jìn)行解決，為用戶或者公司輸送安全、高效的電力。

為了促進(jìn)電力系統(tǒng)的高效、安全運(yùn)作，還需要嚴(yán)格管理電能質(zhì)量，建立起針對電能管理的體系。嚴(yán)格把控電壓和電子設(shè)備等，對電力人員和部門，使得他們認(rèn)真完成每日的電力電能質(zhì)量檢查，制定相關(guān)的規(guī)章制度進(jìn)行監(jiān)管。對于諧波、三相不平衡以及電壓閃變等不能及時發(fā)現(xiàn)的問題一定要組織電力人員進(jìn)行定期檢查，以避免發(fā)生危險事故，此外國家也要建立相應(yīng)的電力監(jiān)管部門進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)管，從而使得電力運(yùn)行安全、高效[8-10]。

6 結(jié) 論

提高電能質(zhì)量是為了滿足更多行業(yè)對于電能的高質(zhì)量需求，這也是時代發(fā)展的需求，只有這樣才能促進(jìn)電力系統(tǒng)的發(fā)展。對電能質(zhì)量的提高，濾波器作出了不小的貢獻(xiàn)，當(dāng)然也需要加大技術(shù)研究資金的投入，不斷研發(fā)濾波器，降低其制作費用，從而使其更快、更全面地投入到電力系統(tǒng)的工作中，減少諧波產(chǎn)生的污染，使得用電運(yùn)行安全高效?，F(xiàn)今，有源電力濾波器的發(fā)展日趨成熟，能夠滿足用戶的需求，國內(nèi)也有許多高校和機(jī)構(gòu)對此積極進(jìn)行研發(fā)并取得了相應(yīng)的成果，通過這些研究人員的努力，我國的電力系統(tǒng)會更加完善和優(yōu)質(zhì)。