有源滤波器与无功补偿组合式滤波补偿的应用分析_信息与通信_工程科技_专业资料。有源滤波器与无功补偿组合式滤波补偿的应用分析
低压电器（ 2011No. 5 ） ·电能质量· 有源滤波器与无功补偿组合式滤波 补偿的应用分析 张琼芳 （ 上海现代建筑设计集团都市建筑设计院 ， 上海 200003 ） 摘 要： 大量的电力电子设备应用于各个领域， 带来了节能、 便于控制等好处， 但 张 琼 芳 （ 1971 —） ， 女， 高级工程师， 研 究方向为建筑电气 节能技术。 同时也带来了谐波污染问题 。谐波污染不仅对其他设备的稳定运行和电网的安全性造 成了威胁， 而且干扰了用于无功补偿的并联电力电容， 使其寿命降低、 投切失灵。 在分 析去谐补偿参数的基础上， 提出了采用有源滤波器和无功补偿单元作为解决该类电能 质量问题的整体技术方案 。 关键词： 谐波； 无功补偿； 电抗器； 有源滤波器； 应用分析 中图分类号： TM 504∶ TM52 文献标志码： B 5531 （ 2011 ） 05003203 文章编号： 1001- Application and Analysis of Filter Compensation Combing Active Filters with Reactive Power Compensation Device ZHANG Qiongfang （ Urban Architectural Design Institute of Shanghai Modern Architectural Design Group Ltd. ， Shanghai 200003 ，China） Abstract： Many electronic equipments were applied on various fields. It brought not only the advantages of energy saving and easily control， but also problems of harmonic pollution. Not only the safety of power grid and the stable operation of other equipments were threatened by harmonic pollution，but also the power capacitor paralleled for reactive compensation was also disturbed，consequently resulting in the capacitor life reduction and switching fault. based on the analysis of detuned compensation parameters，the combination solution of PQF active filter and RCR was introduced. Key words： harmonic； reactive compensation； reactor； active filter； application and analysis 0 引 言 事故。 去谐式补偿方式已经逐渐得到市场的重视， 而且开始应用于谐波环境恶劣的场合 。去谐式补 偿， 即通过在电容回路中串联电抗， 将电容电抗串 联回路谐振频率调整到电网系统中存在的最低频 次谐波以下， 降低了谐波对补偿回路的影响， 保证 了无功补偿设备能正常进行投切工作 。 在保障无功补偿装置正常安全运行的同时， 为了降低谐波对其他电气设备的干扰， 例如空气 开关、 熔丝、 电缆、 变压器等， 可通过加装有源滤波 器来彻底解决电网中的谐波问题。 因此， 就诞生 了成本投入低、 性价比高的整体电能质量治理方 — —有源滤波器与无功补偿装置结合的组合式 案— 滤波补偿方法。 随着现代工业的不断发展， 以电力电子器件 为主要元器件的电气设备越来越广泛地应用于工 商业以及民用等各个领域， 例如变频器、 不间 业、 断电源、 整流器等等。 在节能降耗、 集中控制、 提 供稳定电源、 直流应用等场合中， 电力电子设备已 经显现出日益重要的作用， 但是随之带来的谐波 污染也成为了不可忽视的问题。目前受谐波影响 最严重的电气设备为无功补偿装置， 传统的电容 补偿方式已经无法满足在严重谐波环境下进行无 功补偿的需要。谐波电流造成电容与系统发生谐 振， 放大了系统谐波， 使电容超负荷运行， 使用寿 严重时可能造成电容炸毁， 引起电气 命大大缩短， — 32 — ·电能质量· 低压电器（ 2011No. 5 ） 1 去谐补偿参数分析 式中 f—工频 — — 在去谐补偿方式中有个比较关键的器件 — 去谐电抗器， 即 L。相对于其他传统电抗器， 去谐 电抗器的电抗系数决定了整个电容电抗串联回路 的电气特性。 电抗系数是用来表征 LC 回路中电 容器和电抗器的阻抗关系的参数， 即： 电抗系数 p = X L / X C 用 百 分 数 表 示。 常 用 的 电 抗 系 数 有 7% 、 14% 等。 7% 电抗器主要用于抑制非线 次以上谐波， 这些谐波主要来自三相非 如变频器、 三相 UPS 等， 所对应的去谐 线性负荷， 此频率介于 3 次谐波频率与 5 次 频率为 189 Hz， 谐波频率之间， 避免系统发生谐振。 14% 电抗器则主要用于抑制 3 次及 3 次以上 谐波， 这些谐波主要产生于单相非线性负荷 ， 如计 节能灯具等， 对应的去谐频率为 134 Hz， 调 算机、 整系统谐振频率到 3 次以下， 避免系统发生谐振。 下面以 7% 电抗器为例说明： ω0 = 2 π f0 式中 f0 —系统谐振频率 （1） ( 50 2 1 2π 槡 LC ) 2 = 50 2 2 f1 （3） f1 —谐振频率 将 p = 7% 代入 式 （ 2 ） ， 可 得 到 f1 = 189 Hz。 同理， 当电抗率为 14% 时，f1 = 134 Hz。 图2 系统谐振频率与系统阻抗关系图（ 串 7% 电抗器后） 将 f1 的目标值设定为 189 Hz， 偏离系统中较 严重的 5 次谐波频率 （ 250 Hz ） 及以上频次谐波， 提高系统稳定性。 在电容回路中串联去谐电抗， 可以有效避免 谐波对电容器的干扰， 保证无功补偿装置的稳定 性与安全性。 系统谐振频率 f0 会随着系统阻抗的变化而 变化， 如图 1 所示。 2 谐波治理 在无功补偿装置中通过串联电抗器解决了谐 波对电容的干扰， 保证了无功补偿装置的正常运 行。但与此同时， 电网中的谐波依然在到处污染， — —增加变压器 KVA 需求、 造成危害— 引起设备过 热、 浪费能源、 公用电压总线失真、 影响通信设备 等等。 图1 系统谐振频率与系统阻抗关系图 在三相非线性负荷的系统中， 谐振频率在 5 次及 5 次以上的频率上变化。当谐振频率与谐波频率 相近时， 谐波将会被放大， 严重影响补偿电容的正 常工作。为了避免谐波干扰， 在补偿电容器线路 中串联电抗器， 串联后谐振频率 f1 可表示为 1 f1 = （2） LC 2π 槡 XL 2 πfL = = （ 2 πf） 2 LC = XC 1 2 πfC 国家标准委员会对谐波问题制定了相应的行 — —GB / T 14549 － 1993 电能质量公用电 业标准— 网谐波， 对不同电压等级的供电系统中的各次谐 波做了相应的规范。 为了解决谐波的问题， 目前常用的方法是在 “污水处理厂 ” — — —谐波滤 供电系统中加装一个 波器。谐波滤波器分为无源滤波器和有源滤波 器。无源滤波器相对控制精度低， 容易发生谐振， 投切不精确， 受负载波动影响大， 比较适合负载相 。 对稳定的场合 有源滤波器则可根据电网需要， 实时动态滤除电网谐波， 投切控制精度高， 适用于 任何负载场合。 — 33 — p = 低压电器（ 2011No. 5 ） ·电能质量· 针对不同工业领域中的谐波情况有四类有源 滤波器： ① 是三相三线产品， 适用于负载功率大、 冲击电流频繁且严重的工业场合， 例如重型加工 业、 轧钢等等； ② 是在一般工业中应用较广， 如纺 水泥、 造纸等；③是三相四线产品， 在商业建筑 织、 的应用尤为广泛， 此产品专为单相负载较多、 相间 不平衡较严重的场合设计；④是紧凑型产品， 同时 适用于三相三线和三相四线的场合 ， 体积小巧， 便 于安装。 与成本并举的电能质量整体解决方案 。下面通过 各个方案之间的对比来说明， 具体如表 1 所示。 系统情况：有功电流 I1 = 1 000 A， 无功电流 I Q = 800 A， 功率因数 cos ? = 0. 78 ， 电流畸变率 I THD = 50% 。 治理目标：功率因数 cos ? = 0. 96 ， 电流畸变 率I THD = 25% 。 由于电流畸变过高， 希望能采取 一定治理措施达到标准。 从上表的对比中， 可明显看出有源滤波器与 无功补偿装置的方案效果优于单独有源滤波器方 案或单独无功补偿装置方案， 而在价格方面， 有源 滤波器与无功补偿装置方案成本仅为有源滤波器 （ 此处有源滤波器选型考虑了成本因素， 如选更 大 型号 ， 成本将更高 ） 方案成本约1 /2 ， 在实现治 3 整体解决方案 该电能质量整体解决方案可根据客户的需求 性价比高， 在有效提高电网系统供电质 灵活调整， 量的同时， 可显著降低投入成本， 为客户提供效果 表1 方 产品型号 功率因数 电流畸变率 I THD / % 0. 780 50 案 无 方案效果对比表 有源滤波器 PQFI M45 + S25 0. 944 25 无功补偿 360 kvar 0. 963 50 有源滤波器与无功补偿 PQFI M25 + 360 kvar 0. 963 25 理目标的前提下， 可节省费用。 4 结 语 案满足了广大客户的电能质量需求， 降低了治理 具有广泛的应用前景。 成本， 【 参 考 文 献】 ［ 1 ］ Angelo Baggini. 电能质量手册［ D］ . 1993. ［ 2 ］ GEORGE J W. 电力系统谐波—基本原理、 分析方 M］ . 徐政， 法和滤波器设计［ 译. 北京：机械工业出 2005. 版社， ［ 3 ］ ABB PQF 动态有源滤波器样本［ D］ . 1993. ［ 4 ］ ABB technical article. Power factor correction and harD］ . 1993. monic filtering in electrical plants［ 收稿日期： 2010 － 08 － 10 在电网中， 谐波问题和功率因数问题同时困 扰着用户， 二者相互影响， 严重影响了供电系统的 降低了供电效率， 造成了大量的浪费。单 稳定性， 一的治理不能达到最理想的效果， 在某些谐波污 染相对严重的情况下， 无功补偿装置可能无法正 常工作；而如果仅通过有源滤波器同时进行谐波 治理与功率因数改善， 虽然效果较好， 但是成本太 ， 。 高 性价比较低 在保证供电系统相对安全， 提高功率因数， 降 低谐波污染的前提下， 有源滤波器与无功补偿方 檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿 欢迎投稿 — 34 — http： / / lva. chinaelc. cn
