電網(wǎng)諧波危害及有源濾波裝置的控制應(yīng)用方案

摘要：本文分析了電力電網(wǎng)的諧波源、諧波特性和危害，并通過某大型鋼鐵股份公司低壓配電系統(tǒng)中有源濾波器的應(yīng)用案例，對比分析了有源濾波器投入前后的情況，說明了有源濾波器的諧波治理技術(shù)是改善供電電能質(zhì)量的有效手段之一，可將產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi)，達(dá)到科學(xué)合理用電，抑制電網(wǎng)污染，提高電能質(zhì)量，保證電氣設(shè)備安全的作用。

關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；諧波；有源濾波

1 電能質(zhì)量與諧波

1.1 諧波的產(chǎn)生

隨著電力電子變流裝置的應(yīng)用日益廣泛，電能得到了更加充分的利用。但非線性電力裝置設(shè)備的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量畸變的電流諧波，畸變電流在電網(wǎng)中的流動(dòng)導(dǎo)致了諧波電壓；諧波污染越來越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，給同一網(wǎng)絡(luò)的線性負(fù)載和其它用戶帶來了極大影響。諧波已與電磁干擾、功率因數(shù)降低并列為電力系統(tǒng)的三大公害。所以了解諧波產(chǎn)生的原理、研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。諧波測量是諧波問題中的一個(gè)重要分支，對抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對諧波的測量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項(xiàng)重要工作，是繼電保護(hù)、故障測量等工作開展的重要前提。

主要諧波產(chǎn)生源如下表：

1.2 諧波的危害

1.2.1使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災(zāi)。

諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。

1.2.2影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲等，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

1.2.3引起電網(wǎng)諧振。

這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)，特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅，經(jīng)常使電容器和電抗器燒毀。

1.2.4使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，電氣測量誤差過大。

諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器與自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失；諧波還會使電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。

1.2.5使工控系統(tǒng)崩潰。

臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，計(jì)算機(jī)無法正常工作；重則導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

1.3 諧波治理依據(jù)的國家標(biāo)準(zhǔn)

GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量：三相電壓允許不平衡度》

GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓允許偏差》

GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量：電壓波動(dòng)和閃變》

GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》

GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率允許偏差》

GB7625.1-1998  《低壓電氣電子產(chǎn)品發(fā)出的諧波電流限值》

GB/T15576-1995 《低壓無功功率靜態(tài)補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件》

2典型應(yīng)用方案介紹

2.1項(xiàng)目背景

某鋼鐵股份公司是集煉焦、燒結(jié)、冶煉、軋材及科研開發(fā)為一體的特大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)，其屬下X軋鋼廠主要生產(chǎn)中厚板等鋼材產(chǎn)品，由于生產(chǎn)需要，在低壓配電系統(tǒng)變壓器二次側(cè)的設(shè)備主要是電動(dòng)機(jī)，變頻器帶動(dòng)電機(jī)工作。由于變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用大量非線性元件，所以在工作過程中產(chǎn)生大量諧波。

板材在軋制過程中存在一定的沖擊負(fù)荷，而且生產(chǎn)工藝也并非連續(xù)性。從而引起工作電壓/電流波動(dòng)、不連續(xù)，工作電流的變化同樣引起諧波電流波動(dòng)。

電流、電壓波動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測

2.2項(xiàng)目方案

我公司為該企業(yè)軋鋼車間二號冷床下電網(wǎng)的諧波情況制定了相應(yīng)的解決方案。采用自主研發(fā)的并聯(lián)型有源電力濾波器ANAPF，在變壓器出線側(cè)進(jìn)行集中治理，濾波器可以自動(dòng)跟蹤治理負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，并有效的濾除諧波，從而保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

系統(tǒng)治理示意如下圖所示：

2.3項(xiàng)目效果

投入有源電力濾波器后，諧波電壓、諧波電流治理效果：

投入有源電力濾波器運(yùn)行后，總電流畸變率由82.1%降至4.4%、5次諧波的電流畸變率由67.0%降至1.9%、7次諧波的電流畸變率由43.8%降至2.0%。電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯的改善，并且適用于變化較快的負(fù)載，對供電系統(tǒng)的非線性負(fù)載在工作過程中產(chǎn)生的諧波起到明顯的抑制作用，從根本上改善了整個(gè)供電系統(tǒng)的電能質(zhì)量狀況，有效地保護(hù)了生產(chǎn)線上設(shè)備的正常運(yùn)行。

3 ANAPF有源濾波器簡介

3.1有源濾波器主要技術(shù)指標(biāo)

3.2有源濾波器報(bào)價(jià)及元件清單

4結(jié)論

本文介紹的有源濾波裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，具有極快的響應(yīng)時(shí)間；一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功；先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定；使用方便，易于操作和維護(hù)。有源濾波裝置節(jié)約了用戶投資成本，縮短了工期，為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了高效的補(bǔ)償裝置，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ GB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

［2］ 江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版

［3］ 吳競昌.供電系統(tǒng)諧波，北京：中國電力科技出版社，1998