有源濾波技術(shù)在煙草供電系統(tǒng)中的應用與分析

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 

1、概述

    隨著煙草行業(yè)的飛速發(fā)展,設(shè)備技術(shù)改造接踵而來,業(yè)內(nèi)已開始把節(jié)能減排作為重點工作全面啟動并實施。某煙廠在新完成的技術(shù)改造項目中,控制設(shè)備采用了大量的變頻器設(shè)備。變頻器通過調(diào)節(jié)電機電壓幅值、頻率，有效的降低了電機功耗，從而減少了電能損耗。但與此同時，由于變頻器中要進行大功率二極管整流、大功率IGBT逆變，在輸入輸出回路會產(chǎn)生電流高次諧波，進而干擾供電系統(tǒng)、負載及其它鄰近電器設(shè)備。

2、變頻器諧波產(chǎn)生的原因

變頻器在具備方便、高效和巨大利益的同時，也對電網(wǎng)注入了大量的諧波和無功功率，使電能質(zhì)量不斷的惡化。隨著以計算機為代表的大量敏感設(shè)備的普及應用，人們對公用電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求越來越高。由于變頻器大量使用了晶扎管等非線性電力電子元件， 且無論采用哪種整流方式， 變頻器從電網(wǎng)中吸取能量的方式均不是連續(xù)的正弦波， 而是以脈動的斷續(xù)方式向電網(wǎng)索取電流，這種脈動電流和電網(wǎng)的沿路阻抗共同形成脈動電壓降疊加在電網(wǎng)的電壓上，使電壓發(fā)生畸變，經(jīng)傅里葉分析可知，這種非同期正弦波電流是由于頻率相同的基波和頻率大于基波頻率的諧波組成。

3、諧波的危害

    某煙廠在使用變頻器的同時也產(chǎn)生了諧波電壓和諧波電流，對配電系統(tǒng)造成極大的污染，不僅惡化了電網(wǎng)電能質(zhì)量，并對各種用電設(shè)備也造成了一定的危害：（1）使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災。

     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。

（2）影響電氣設(shè)備的正常運行。

    諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機產(chǎn)生機械振動和噪聲等，使變壓器局部嚴重過熱，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。

（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。

（4）使繼電保護誤動作，電氣測量誤差過大。

    諧波會導致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動裝置誤動作，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量不準確，產(chǎn)生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟損失。

（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，計算機無法正常工作；重則導致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

4、并聯(lián)有源電力波濾器的工作原理

    某卷煙廠供電系統(tǒng)采用了ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。

原理如下圖：

    ANAPF系列有源電力濾波裝置的主要技術(shù)特點：DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應時間；先進的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試；便利的并聯(lián)設(shè)計，方便擴容；具有完善的橋臂過流、保護功能；使用方便，易于操作和維護。

5諧波治理效果

某卷煙廠在安裝有源電力濾波器后，對供電系統(tǒng)進行了全面測試，特別是在刺絲、卷包等配置有較大功率變頻器的車間作了重點測試。測試結(jié)果如下：

                    圖1 投入使用前電流波形                   

圖2投入使用前電流頻譜

 從圖1、圖2可以看出電流波形即是典型的三相整流橋非線性負載的波形，圖2中反映出變頻器的電流諧波總畸變率為27.8%，5次諧波電流是135 A，7次諧波電流是78 A，除此之外還有11次，12次電流諧波，其他次數(shù)諧波較小可忽略。

              圖3投入使用后電流波形               

圖4 投入使用后電流頻譜 

投入有源電力濾波器后，變頻器電網(wǎng)供電的波形及諧波含量均發(fā)生了變化，從圖3可以看出電流波形已變得接近正弦波，圖4中反映出變頻器的總輸入電流總畸變率減少到4.1%，5次諧波電流從原來的135A變?yōu)?7A，7次諧波電流從原來的78A變?yōu)?A，其他次數(shù)的諧波同樣得到了消除。有源電力濾波器的應用為企業(yè)消除電網(wǎng)污染、節(jié)能降耗帶來了新的亮點。

6、 ANAPF低壓有源濾波器報價及主要元件清單

 

7、結(jié)語

    本文分析了諧波對煙草公司供電系統(tǒng)的危害，介紹ANAPF低壓有源濾波器的原理以及功能，通過某煙草公司運用有源濾波器的應用案例，分析了有源濾波器投入運行前后諧波的治理情況。 目前該煙廠設(shè)備運行良好，有源濾波器的投入有效保證了供電系統(tǒng)的安全運行，諧波電流顯著減小，符合國家節(jié)能減排要求，運行結(jié)果表明有源電力濾波器是解決煙廠配電系統(tǒng)諧波問題的較好方法之一。

參考文獻：

[1] 王兆安，楊 君，劉進軍，等。諧波抑制和無功率補償[M] . 第2版. 北京：機械工業(yè)出版社，2006.

[2]江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版