有源濾波裝置在變頻器諧波治理中的研究

安科瑞 徐玉麗

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

1 概述

變頻技術(shù)在大量的感性負(fù)載節(jié)能方面有著無(wú)可替代的地位，節(jié)約的電能有時(shí)能達(dá)到30%以上，效益十分可觀。隨著變頻器日益廣泛的普及和應(yīng)用，其占電網(wǎng)總負(fù)荷的比例也越來(lái)越大。其中大部分額定電壓為三相380V交直交型變頻器。然而，隨之帶來(lái)的電網(wǎng)諧波問(wèn)題也越來(lái)越受到各變頻器用戶(hù)和供電部門(mén)的關(guān)注。由于變頻器的整流部分一般為三相全波不可控整流，直流回路采用大電容作為濾波器。這樣，雖然變頻器的網(wǎng)側(cè)輸入電壓波形基本上是正弦波，但輸入電流式脈沖式的充電電流，含有豐富的諧波，表現(xiàn)在網(wǎng)側(cè)的有5、7、11、13、17、19次等諧波電流，一般以5、7、11次為主。感型負(fù)載在運(yùn)行中需要消耗大量的無(wú)功電流，但諧波會(huì)使無(wú)功補(bǔ)償裝置不能正常工作，并導(dǎo)致一些現(xiàn)代化的精密控制機(jī)床無(wú)法運(yùn)行，因此對(duì)使用變頻器的系統(tǒng)采取諧波治理是必須的。針對(duì)變頻器工作特點(diǎn)，江蘇安科瑞電器制造有限公司設(shè)計(jì)了ANAPF有源電力濾波補(bǔ)償裝置，不但可以濾除變頻裝置產(chǎn)生的諧波，同時(shí)還對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了無(wú)功補(bǔ)償，滿(mǎn)足了廣大使用變頻器用戶(hù)的需求。

2 ANAPF有源電力濾波裝置特點(diǎn)

DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時(shí)間；先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀摺⑦\(yùn)行更穩(wěn)定；一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功；模塊化設(shè)計(jì)，便于生產(chǎn)調(diào)試；便利的并聯(lián)設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)容；具有完善的橋臂過(guò)流、保護(hù)功能；使用方便，易于操作和維護(hù)。

3 ANAPF有源電力濾波裝置參數(shù)
 

4 電網(wǎng)的諧波治理與無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x

隨著變頻器的廣泛應(yīng)用，變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)囊饬x逐漸被人們所認(rèn)識(shí)。變頻器供電電源按傅里葉級(jí)數(shù)可以分解為基波有功電流，基波無(wú)功電流，諧波和間諧波電流。

變頻器用量較大的車(chē)間，用電容器直接進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償雖然可以大幅度降低基波無(wú)功電流，但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。這時(shí)，供電電流和電容器電流中的諧波和間諧波電流大幅度增加，電容器由于超溫和過(guò)壓而損壞，供電變壓器溫升加大。為避免諧波放大，諧波治理與無(wú)功功率必須同時(shí)進(jìn)行。

污水處理廠用電設(shè)備主要有泵類(lèi)、攪拌器、鼓風(fēng)機(jī)類(lèi)等負(fù)載。風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)一般都要求變頻，而變頻器是一個(gè)非常大的諧波源，因此給系統(tǒng)帶來(lái)很?chē)?yán)重的諧波污染和諧波干擾，造成系統(tǒng)不能正常工作，經(jīng)常性的燒壞電氣元件。同時(shí)系統(tǒng)中也有很多電力電子類(lèi)元器件，如 UPS、開(kāi)關(guān)電源等，都是諧波發(fā)生裝置。

項(xiàng)目背景：某污水處理廠變電所負(fù)載主要由變頻器組成，由變頻器帶動(dòng)相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)，由于全部都是變頻器負(fù)載，因此給系統(tǒng)帶來(lái)很?chē)?yán)重的諧波污染和諧波干擾，造成系統(tǒng)不能正常工作，經(jīng)常性的燒壞電氣元件，為了解決問(wèn)題，必須進(jìn)行諧波治理。

江蘇安科瑞電器制造有限公司技術(shù)人員經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果研究后，決定采用一臺(tái)ANAPF100-400/B有源電力濾波柜進(jìn)行就地補(bǔ)償。安裝示意圖如下：

●項(xiàng)目效果

 

由上圖可以看出，ANAPF100-400/B有源電力濾波柜投入運(yùn)行后，電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯的改善，諧波電流大幅度降低，電網(wǎng)電流諧波基本上被濾除掉，電流波形已經(jīng)接近正弦波，電流畸變率由65.5％降低為13.4％，5次諧波由61.3A降到4.9A。

ANAPF有源濾波器報(bào)價(jià)及主要元件清單

 

結(jié)論：和許多變頻器使用場(chǎng)合一樣，泵類(lèi)、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的變頻機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的諧波，對(duì)系統(tǒng)變壓器、電容補(bǔ)償裝置以及用電設(shè)備等造成嚴(yán)重危害。使電機(jī)發(fā)生機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過(guò)熱，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱，使絕緣老化，壽命縮短以至損壞。從上述數(shù)據(jù)中可以看出，運(yùn)行電力濾波器前后，電網(wǎng)電流變化十分明顯，達(dá)到了消除電流諧波、改善電源電壓的目的。使得系統(tǒng)更加清潔和穩(wěn)定。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ 江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.版