淺談有源濾波器在有色工業(yè)中的應(yīng)用

王蘭

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，許多變電所的負荷中含有大量的非線性負荷，如整流裝置、交一交變頻裝置、煉鋼電弧爐、電力機車、交流電焊機、計算機的開關(guān)電源帶電子鎮(zhèn)流器的熒光燈，它們工作時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、輸電線、變壓器在內(nèi)的各種阻抗元件時，必然產(chǎn)生非正弦的電壓降，使交流系統(tǒng)內(nèi)的各點的電壓波形也發(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)電機的影響

電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機，特別是以非線性負荷為主或以發(fā)電電壓直接供給非線性負荷的同步發(fā)電機，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)生危險的諧振。此時，電容器成倍地過負荷，響聲異常熔斷器熔斷，使電容器無法運行。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;當出現(xiàn)并聯(lián)諧振過電壓時，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，且均為負誤差。1.7對繼電保護自動裝置等的影響

當諧波電壓水平教高時，對供電系統(tǒng)的電壓自動調(diào)節(jié)的誤差有所增加。負序系統(tǒng)的高次諧波電流對具有負序電流濾波器的繼電保護裝置有不良影響。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)計和建設(shè)非線性負荷的配電所時，按國家標準。

2產(chǎn)生諧波的類型

諧波負荷電流是由所有的非線性負荷所產(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

3.1原理

有源濾波器的工作原理是從補償對象中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，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償電流發(fā)生電路。指令電流檢測電路的功能主要是從負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)生補償電流的指令信號。補償電流發(fā)生電路的功能是根據(jù)主電路產(chǎn)生的補償電流，計算出主電路各開關(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，從而達到消除諧波與進行無功補償?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序電流分量進行補償。

3.3特點

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*大的特點是對變化的諧波進行快速的動態(tài)跟蹤，它跟據(jù)負荷的諧波進行動態(tài)的補償，它不但能濾去高次諧波而且能對基波無功進行補償，達到負荷的電流波形和系統(tǒng)的電壓波形一致，從而實行一機多能，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

(1)DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時間短，全數(shù)字控制算法，運行穩(wěn)定；

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

(4)模塊化設(shè)計，體積小，安裝便利，方便擴容；

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

(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)多機并聯(lián)，達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，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機械式接觸器、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償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

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，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

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驗上取得一定的進展，有色行業(yè)中由于軋機容量大，負荷每個道次諧波參數(shù)變化大，無源濾波器很難滿足有色行業(yè)大型軋機的工作特性。因此有源濾波器在有色行業(yè)大型軋機上的應(yīng)用具有優(yōu)勢，隨著技術(shù)的成熟和價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)備的可靠安全的運行。

參考文獻:

[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)計與應(yīng)用手冊2022.05版.