1、混合型諧波治理方案的推介及效能分析結(jié)合大明鋁合金型材有限公司實(shí)際剖析IntroductionofMixedHarmonicSuppressionandAnalysisofItsEfficiency:WithaCasefromDamingAluminiumMaterialCo.,Ltd.何湛邦，廣東電網(wǎng)公司佛山順德供電局（廣東佛山，528300）HeZhanbang,FoshanShundePowerElectriPower,CantonGrid（Guangdong,Foshan528300）摘要：諧波主要是由稱為諧波源的大功率換流設(shè)備及其它非線性負(fù)荷產(chǎn)生。諧波源產(chǎn)生的諧波不但危及電網(wǎng)及其它電力

2、用戶，而且也危及自身，因此，諧波的治理是十分必要且有實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益的。本文以大明鋁合金型材有限公司為實(shí)例，對(duì)諧波的產(chǎn)生及治理方案進(jìn)行了分析研究。治理方案充分考慮了經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面因素，既獲得良好治理效果又節(jié)約了成本。關(guān)鍵詞：諧波測量諧波治理混合型濾波器電能質(zhì)量abstract:Harmonicresultsfromtheso-calledharmonicsources,likehigh-powerinversionequipmentandothernon-linearload.Harmonicfromharmonicsourcesendangersnotonlythegridanditsusers

3、,butalsoitself,thusmakingthesuppressionanecessityandaneconomicalaction.Thepaper,takingDamingAluminiumMaterialCo.,Ltdasanexample,analysestheoriginofharmonicanditssuppression.Thesuppressionschemetakesintoconsiderationseveralmatters,suchaseconomicalandtechnologicalfactors,soastomakeitefficientandcost-s

4、aving.keywords:Harmonicmeasurement,Harmonicsuppression,Mixed-type,Filter,Powerquality中圖分類號(hào)TN97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)：1561-0349（2011）12-1引言大明鋁合金型材有限公司（以下簡稱“大明公司”），報(bào)裝容量為1臺(tái)2000kVA變壓器。其廠內(nèi)高壓無功補(bǔ)償電容器組常發(fā)生燒毀甚至爆炸事件，無法正常投入使用，導(dǎo)致系統(tǒng)長期在低功率因數(shù)狀態(tài)下運(yùn)行，功率因數(shù)最低時(shí)只有0.5左右，力調(diào)電費(fèi)（功率因數(shù)達(dá)不到國家規(guī)定時(shí)而加收的電費(fèi)）被罰款最高每月可達(dá)3萬余元。電機(jī)啟動(dòng)帶來啟動(dòng)電流增大，10kV母線電壓波動(dòng)，同時(shí)電

5、纜、變壓器發(fā)熱厲害，變壓器噪聲很大。2010年8月，為查明電容器組燒毀原因，我局用電檢查人員對(duì)該公司的配電系統(tǒng)進(jìn)行了較全面的電能質(zhì)量檢測，經(jīng)過專業(yè)人員對(duì)大明公司配電系統(tǒng)的接線、設(shè)備配置、運(yùn)行情況進(jìn)行多次調(diào)查和測試，基本摸清了情況。并對(duì)產(chǎn)生諧波的原因進(jìn)行了分析，出具了電能質(zhì)量評(píng)估報(bào)告一份。檢測主要內(nèi)容有：電壓諧波、電流諧波、功率因素、三相平衡度、電網(wǎng)電壓波動(dòng)等。檢測結(jié)果表明，上述原因均由諧波引起，主要諧波源為廠內(nèi)大量使用的各種型號(hào)變頻器、可控硅裝置等非線性負(fù)荷。2諧波測量電能質(zhì)量評(píng)估2.1 諧波測量數(shù)據(jù)及功率因數(shù)對(duì)大明公司電能質(zhì)量測試的數(shù)據(jù)見表1-表3。表1諧波電壓測量結(jié)果諧波次數(shù)5711THD

6、U實(shí)測值4.7%2.7%1.9%6.6%國標(biāo)限值4%4%4%5%表2諧波電流測量結(jié)果諧波次數(shù)5711實(shí)測值（A）1615330國標(biāo)限值（A）7754.734.8表3功率因數(shù)功率因數(shù)有功功率（kW）視在功率（kVA）無功功率（kVAr）取大值0.8510371220643最小值0.53323610517平均值0.675027505572.2 電能質(zhì)量評(píng)估及初步措施從表1測量結(jié)果顯示，該廠2000kVA主變壓器各相電壓總諧波畸變率均超過國標(biāo)限值，5次諧波電壓含有率超過了國標(biāo)限值，7次、11次諧波電壓含有率都在國標(biāo)限值之內(nèi)。從表2測量結(jié)果顯示，5次諧波電流161A,超過國家標(biāo)準(zhǔn)109%;7次諧波電流

7、53A,已接近國標(biāo)限值；11次諧波電流30A，已接近國標(biāo)限值。補(bǔ)償?shù)碾娙萜鹘M為普通工業(yè)電容器，未串電抗器，電容器在較強(qiáng)的諧波環(huán)境中運(yùn)行，且對(duì)諧波采取限制措施。根據(jù)計(jì)算，補(bǔ)償電容全部投入時(shí)和系統(tǒng)并聯(lián)諧振于6.3次基波電流，為此造成5次等低次諧波嚴(yán)重放大，導(dǎo)致電容器在過電流過電壓條件下運(yùn)行，最后燒毀。可見，單純并電容不能解決諧波的問題。3諧波治理方案3.1 諧波治理方案設(shè)計(jì)無源濾波器的特點(diǎn)是可以補(bǔ)償無功和低次諧波，它結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)且成本低。當(dāng)線路變化、支路增加等引起系統(tǒng)阻抗值的變化，會(huì)影響其補(bǔ)償效果，更為嚴(yán)重的是無源濾波器本身就是系統(tǒng)阻抗元件。若單獨(dú)選用無源濾波器，不經(jīng)過嚴(yán)格設(shè)計(jì)計(jì)算和調(diào)整是不

8、會(huì)有理想效果的。甚至在某些條件下，可能會(huì)與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振;若單獨(dú)使用有源濾波器，則要求其裝置具有較大的容量，不可避免增加了成本。因此，基于成本和補(bǔ)償效果考慮，采取低壓系統(tǒng)混合型諧波治理方案，即將無源濾波器和有源電力濾波器并聯(lián)組合在一起進(jìn)行集中補(bǔ)償。二者結(jié)合使用，既克服了單獨(dú)使用有源電力濾波器成本高的缺點(diǎn)，又可使整個(gè)系統(tǒng)獲得良好的補(bǔ)償效果。針對(duì)大明公司的電能質(zhì)量評(píng)估結(jié)果，我們將無源濾波器設(shè)計(jì)成3個(gè)單調(diào)諧濾波器，來濾除5次諧波同時(shí)補(bǔ)償無功功率，而7、11等高次諧波使用有源電力濾波器補(bǔ)償。變壓器系統(tǒng)治理接線示意圖如圖1所示。下面重點(diǎn)介紹有源濾波濾波器原理圖及裝置。105%kVI o KKUXT五枚

9、無旗裙裝翦300k域。jukvax OOkvar有源電力圖1變壓器系統(tǒng)治理圖中五改為5,var改為VAr3.2 有源諧波濾波器的設(shè)計(jì)圖2為有源諧波濾波器的系統(tǒng)原理圖。圖中ea、eb、ec為三相交流電源，諧波電流源為非線性負(fù)載，Lsa、Lsb、Lsc分別代表三相的電網(wǎng)阻抗。而有源電力濾波器主要由以下幾部分組成：指令運(yùn)算電路；PWM電流跟蹤控制電路；控制驅(qū)動(dòng)電路以及主電路。其中指令運(yùn)算電路的主要任務(wù)，是按照要求檢測出負(fù)載電流中的諧波、無功以及負(fù)序分量。電流跟蹤控制電路，驅(qū)動(dòng)電路以及主電路合在一起可以稱為補(bǔ)償電流發(fā)生電路，它的主要作用是根據(jù)指令運(yùn)算電路得出的補(bǔ)償指令，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流。主電路主要由

10、電壓型PWM變流器、以及與其相連的電感和直流側(cè)電容組成。其設(shè)備的內(nèi)部部件構(gòu)成及實(shí)物布置如圖3所示。下圖中符號(hào)改為斜體，電容改為平行直線pwm電流跟蹤：e控制驅(qū)動(dòng)電路士指令電源計(jì)算圖2有源諧波濾波器的系統(tǒng)原理圖驅(qū)動(dòng)耨控制器電解電容控制器電源總開關(guān)同步變壓踞繼電保護(hù)圖3有源諧波濾波器的設(shè)備構(gòu)成圖4諧波治理效果諧波濾波器及無功補(bǔ)償裝置調(diào)試完畢后，測量了各次諧波的含量，對(duì)改進(jìn)的裝置投入前后進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比，可以看出效果是顯著的。以諧波電流為例，畸變率減少了56%以上,如表4所示。值得指出的是，投入裝置后，3次諧波略有放大，5、7、11各次諧波電流明顯減少。表4諧波電流改造效果單位：A諧波次數(shù)35711畸

11、變率退出3.2179.452.53527.6%投入6309412%電壓總畸變率也從5.6%降到1.2%,保證了各負(fù)荷的安全運(yùn)行，平均功率因數(shù)也達(dá)到0.95以上。變壓器溫度下降顯著，運(yùn)行噪聲下降顯著，裝置運(yùn)行至今，未發(fā)生任何電容器燒毀及其他故障。5經(jīng)濟(jì)效益分析5.1 提高功率因數(shù)諧波濾除兼無功補(bǔ)償裝置投入后，功率因數(shù)由0.73提高至0.95,由以前每月的無功不足罰款到現(xiàn)在還有少量的獎(jiǎng)勵(lì)，每月節(jié)省調(diào)整電費(fèi)約3萬元。具體數(shù)據(jù)如下：表5諧波電流改造效果參數(shù)（1-8）月平均(912)月平均力率功率因數(shù)0.730.95調(diào)整系數(shù)8.50%-0.75%力率調(diào)整電費(fèi)（元）26888.7-2331.56節(jié)約電費(fèi)（

12、元）29220.265.2 提高變壓器的利用效率諧波濾除兼無功補(bǔ)償裝置投入后，變壓器的平均負(fù)荷電流減小25%（cos（f）1/cos。2=0.73/0.95）,相當(dāng)于變壓器運(yùn)行容量降低了25%,提高了變壓器的帶載能力，減少增容變壓器帶來基本電費(fèi)的支出，月節(jié)省基本電費(fèi)1.4萬元（基本電費(fèi)28元/kVA,28X2000X0.25=14000元）。5.3 提高生產(chǎn)效率諧波濾除兼無功補(bǔ)償裝置投入后，電壓穩(wěn)定，電能質(zhì)量得到明顯改善，促進(jìn)了生產(chǎn)效率的提高，降低了生產(chǎn)成本。5.4 提高設(shè)備運(yùn)行可靠性并延長設(shè)備使用壽命諧波濾除兼無功補(bǔ)償裝置投入后，負(fù)荷無功電流、諧波電流減少，設(shè)備的發(fā)熱、損耗降低，振動(dòng)減少。系

13、統(tǒng)內(nèi)各元件損壞率降低、設(shè)備絕緣老化減緩，故障率下降，延長設(shè)備壽命，因而提高了整體用電的安全性。5.5 投資回收期增加設(shè)備投資約5萬4千元，得到好處如上分析。但是單從節(jié)約電費(fèi)方面考慮，上述產(chǎn)生的效益(減少的支出)接近44000元/月，投資回收期：538000元+44000元/月=12.23個(gè)月；如果再考慮提高企業(yè)生產(chǎn)效率和延長設(shè)備使用壽命等方面帶來的經(jīng)濟(jì)效益(由于屬于企業(yè)內(nèi)部管理層面，供電部門比較難估算其實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益，這里不作展開)，預(yù)計(jì)投資回收期不足一年。6結(jié)論采取有源加無源的混合型諧波補(bǔ)償方案，是為了克服單獨(dú)使用有源電力濾波器成本高和補(bǔ)償無功效率低的缺點(diǎn)而提出的，其基本思想是利用無源濾波器來補(bǔ)償無功及分擔(dān)有源電力濾波器的部分補(bǔ)償任務(wù)。無源濾波器與有源電力濾波器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)且成本低;有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償性能好。二者結(jié)合使用，既可克服單獨(dú)使用的有源電力濾波器容量大、成本高的缺點(diǎn)，又可使整個(gè)系統(tǒng)獲得良好的性能。參考文獻(xiàn)1朱桂萍，王樹民電能質(zhì)量控制技術(shù)綜述J電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002，26(19):28312陳志業(yè)，尹華麗，李鶴電能質(zhì)量及其治理新技術(shù)J電網(wǎng)技術(shù),2002，26(7):6770.3卓放,楊君,