淺談有源濾波器在有色工業(yè)中的應(yīng)用

龔永波

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

文摘:介紹了諧波的危害及類型，分析了有源濾波器的原理。

關(guān)鍵詞:諧波；無源濾波器；有源濾波器

0引言

目前，許多變電所的負(fù)荷中含有大量的非線性負(fù)荷，如整流裝置、交一交變頻裝置、煉鋼電弧爐、電力機(jī)車、交流電焊機(jī)、計(jì)算機(jī)的開關(guān)電源帶電子鎮(zhèn)流器的熒光燈，它們工作時(shí)的電流也是非正弦電流。諧波電流流經(jīng)系統(tǒng)中包括發(fā)電機(jī)、輸電線、變壓器在內(nèi)的各種阻抗元件時(shí)，必然產(chǎn)生非正弦的電壓降，使交流系統(tǒng)內(nèi)的各點(diǎn)的電壓波形也發(fā)生不同程度的畸變。電壓畸變的程度取決于負(fù)荷容量與電網(wǎng)容量的相對比值以及供電系統(tǒng)對諧波頻率的阻抗，畸變的電壓反過來對整流裝置從系統(tǒng)中取用的電流波形又有影響。因而諧波電流和諧波電壓是相伴而生、相互影響的。諧波對用電設(shè)備的正常運(yùn)行會產(chǎn)生如下不良影響，因此需在供電線路上設(shè)置有愿濾波器解決諧波問題

1諧波產(chǎn)生不良影響的種類

1.1通訊干擾

由于非線性負(fù)荷供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對與其鄰近的通訊線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)，在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不良影響。

1.2對同步發(fā)電機(jī)的影響

電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)，特別是以非線性負(fù)荷為主或以發(fā)電電壓直接供給非線性負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)，高次諧波對其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉(zhuǎn)子部分的附加損耗和附加溫升，降低了發(fā)電機(jī)的額定輸出。

1.3電力電容器的影響

由于電容器的容抗和頻率成反比，電力電容器對諧波電壓*為敏感。諧波電壓加速電容器介質(zhì)老化，介質(zhì)損失系數(shù)增大，容易發(fā)生故障和縮短壽命，諧波電流常易使電容器過負(fù)荷和出現(xiàn)不允許的溫升。電容器與電力系統(tǒng)還可能發(fā)生危險(xiǎn)的諧振。此時(shí)，電容器成倍地過負(fù)荷，響聲異常熔斷器熔斷，使電容器無法運(yùn)行。伴隨著諧振在諧振環(huán)節(jié)常出現(xiàn)過電壓。

1.4電纜線路絕緣的影響

對電纜線路，非正弦電壓使絕緣老化加速，漏泄電流增大;當(dāng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振過電壓時(shí)，可能引起放炮并擊穿電纜

1.5對變壓器的影響

諧波電壓使變壓器激磁電流增大，頻率變壞并惡化其功率因數(shù)。諧波放大會造成主變聲音異常。

1.6對測量儀表的影響

高次諧波對感應(yīng)型有功和無功電度表會引起誤差，頻率愈高，誤差愈大，且均為負(fù)誤差。1.7對繼電保護(hù)自動裝置等的影響

當(dāng)諧波電壓水平教高時(shí)，對供電系統(tǒng)的電壓自動調(diào)節(jié)的誤差有所增加。負(fù)序系統(tǒng)的高次諧波電流對具有負(fù)序電流濾波器的繼電保護(hù)裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的運(yùn)動裝置的工作。高次諧波對脈沖--相位控制的可控硅(晶閘管)整流裝置的工作，可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。

由于諧波的這些危害，所以在設(shè)計(jì)和建設(shè)非線性負(fù)荷的配電所時(shí)，按國家標(biāo)準(zhǔn)。

2產(chǎn)生諧波的類型

諧波負(fù)荷電流是由所有的非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的，有以下幾類:

(1)開關(guān)模式電源(SMPS);

(2)電子熒光鎮(zhèn)流器;

(3)調(diào)速的傳動裝置;

(4)不間斷電源(UPS);

(5)磁性鐵芯裝置。

3有源濾波器的原理和工作特點(diǎn)

3.1原理

有源濾波器的工作原理是從補(bǔ)償對象中檢測出諧波電流，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流，以抵消原線路諧波源所產(chǎn)生的諧波，從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。其中核心部分是諧波電流發(fā)生器與控制系統(tǒng)，及其工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)控制快速絕緣雙極晶體管(IGBT)來完成。

3.2系統(tǒng)組成

有源電力濾波器系統(tǒng)主要由兩大部分組成即指令電流檢測電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路。指令電流檢測電路的功能主要是從負(fù)載電流中分離出諧波電流分量和基波無功電流，然后將其反極性作用后發(fā)生補(bǔ)償電流的指令信號。補(bǔ)償電流發(fā)生電路的功能是根據(jù)主電路產(chǎn)生的補(bǔ)償電流，計(jì)算出主電路各開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖，此脈沖經(jīng)驅(qū)動電路后作用于主電路。這樣電源電流中只含有基波的有功分量，從而達(dá)到消除諧波與進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)哪康?。根?jù)同樣的原理，電力有源濾波器還能對不對稱三相電路的負(fù)序電流分量進(jìn)行補(bǔ)償。

3.3特點(diǎn)

有源電力濾波器投入工作后，對抑制供電電源中的諧波有著明顯的作用，治理后諧波含量小于5%，使流入電網(wǎng)的諧波電流波形得到明顯改善電網(wǎng)電壓的波形也得到明顯的改善，節(jié)能效果也很明顯，不需要建立諧波通路，裝置本身的能耗也很低。

有源濾波器*大的特點(diǎn)是對變化的諧波進(jìn)行快速的動態(tài)跟蹤，它跟據(jù)負(fù)荷的諧波進(jìn)行動態(tài)的補(bǔ)償，它不但能濾去高次諧波而且能對基波無功進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到負(fù)荷的電流波形和系統(tǒng)的電壓波形一致，從而實(shí)行一機(jī)多能，是諧波治理的理想裝置。與無源濾波器相比，具有高度的可控性和快速的響應(yīng)特性，并且能跟蹤補(bǔ)償各次諧波，自動產(chǎn)生所需要變化的無功功率。其特性不受系統(tǒng)影響，無諧波放大的威脅，相對體積重量較小隨著有源濾波器在我國的不斷推廣應(yīng)用，也帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

4安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

4.1產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時(shí)間短，全數(shù)字控制算法，運(yùn)行穩(wěn)定；

(2)一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功，可對2～51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；

(3)具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能；

(4)模塊化設(shè)計(jì)，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

(7)多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級；

4.2型號說明

4.3尺寸說明

4.4產(chǎn)品實(shí)物展示

ANAPF有源濾波器

5安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

5.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找適宜投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

5.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

5.3產(chǎn)品實(shí)物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案

6結(jié)束語

有源濾波器作為提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性、安全穩(wěn)定性及改善供電質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用發(fā)展很快。隨著我國在有源濾波器的理論和實(shí)驗(yàn)上取得一定的進(jìn)展，有色行業(yè)中由于軋機(jī)容量大，負(fù)荷每個(gè)道次諧波參數(shù)變化大，無源濾波器很難滿足有色行業(yè)大型軋機(jī)的工作特性。因此有源濾波器在有色行業(yè)大型軋機(jī)上的應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)勢，隨著技術(shù)的成熟和價(jià)格的不斷降低將逐步得到廣泛的應(yīng)用。

通過以上分析，有色行業(yè)軋機(jī)供電母線上設(shè)置有源濾波器，將很好的解決由諧波引起的一系列問題，提高系統(tǒng)的供電質(zhì)量，保證設(shè)備的可靠安全的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn):

[1]朱丹丹.有源濾波器在有色行業(yè)中的應(yīng)用[J].鋁加工,2010(04):46-47.

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介：

龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com手機(jī)：18702101301 QQ:2881392115