（ 臨沂礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 臨沂 276017）

摘 要：無功補(bǔ)償與諧波治理對(duì)電力系統(tǒng)有著重要意義。由于大量非線性電力負(fù)荷的增加，給電網(wǎng)的正常運(yùn)行帶來了功率因數(shù)降低、電磁干擾和諧波污染的問題。功率因數(shù)過低，將會(huì)導(dǎo)致大量的電能浪費(fèi)、設(shè)備利用率降低和電壓偏差過大等;諧波電流的存在，則會(huì)引起波形畸變、電力設(shè)備基波負(fù)載容量下降和電力裝置產(chǎn)生諧振等嚴(yán)重問題，有的電力系統(tǒng)甚至引起電力設(shè)備損壞事故。

關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償;諧波治理技術(shù);開發(fā)應(yīng)用

0 引言

隨著現(xiàn)代化礦井快速發(fā)展，機(jī)械化程度不斷提升，大功率電機(jī)大量使用，各種感性負(fù)荷與地面電網(wǎng)供電電源之間必然循環(huán)著大量無功功率造成井下供電質(zhì)量惡化，同時(shí)無功損耗帶來電能浪費(fèi)嚴(yán)重，同時(shí)，因電力電子設(shè)備的大量采用，供電網(wǎng)絡(luò)中的諧波污染日趨嚴(yán)重，必須對(duì)無功進(jìn)行補(bǔ)償，并對(duì)諧波進(jìn)行治理。

1 必要性分析

1.1 為什么要進(jìn)行無功補(bǔ)償

（1）穩(wěn)定供電電壓，提高供電網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性;

（2）提高供電設(shè)備的輸送能力或帶載能力;

（3）提高功率因數(shù)，0.65提升至0.9，節(jié)約電能（電費(fèi)）;

（4）降低無功在變壓器、線路等電力設(shè)備的損耗。

1.2 為什么要進(jìn)行諧波治理

（1）諧波威脅控制系統(tǒng)和儀器儀表的正常工作;

（2）諧波對(duì)變壓器、電機(jī)的絕緣造成損壞;

（3）諧波在變壓器、電機(jī)、線路造成額外的熱損壞，導(dǎo)致設(shè)備額外溫升;

（4）諧波進(jìn)一步增加無功損耗。

2 技術(shù)現(xiàn)狀分析

2.1 第一代無功補(bǔ)償與濾波技術(shù)原理

機(jī)械式投切裝置（MSC），并聯(lián)若干組電容器，通過真空斷路器投切電容器組，實(shí)現(xiàn)無功調(diào)節(jié)，也稱靜態(tài)補(bǔ)償，同時(shí)并聯(lián)特定參數(shù)的電感和電容，形成的LC濾波電路，吸收特定頻率的高次諧波。特點(diǎn)是特點(diǎn)：有級(jí)補(bǔ)償精度低、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間長、設(shè)備數(shù)量多、僅能針對(duì)特定頻率的諧波進(jìn)行有限治理。

2.2 第二代無功補(bǔ)償與濾波技術(shù)原理

晶閘管投切裝置（MCR，TSC，TCR），并聯(lián)大容器，利用晶閘管作為開關(guān)器件，通過調(diào)節(jié)晶閘管導(dǎo)通角，調(diào)節(jié)容性電流的大小，達(dá)到動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)男Ч⊿VC）。同時(shí)并聯(lián)特定參數(shù)的電感和電容，形成的LC濾波電路，吸收特定頻率的高次諧波。特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)補(bǔ)償精度較高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間較快、結(jié)構(gòu)簡單，但僅能針對(duì)特定頻率的諧波進(jìn)行有限治理

2.3 第三代無功補(bǔ)償與濾波技術(shù)原理

基于IGBT電壓源換流器（SVG/APF），并聯(lián)大容器，利用IGBT作為開關(guān)并調(diào)節(jié)容性電流，實(shí)現(xiàn)無功動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，可通過串聯(lián)方式實(shí)現(xiàn)高電壓的補(bǔ)償（SVG）;實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)電流，通過傅里葉算法分解電流中的基本成分，對(duì)剩余的諧波成分注入一個(gè)幅值相等但相位相反的諧波電流抵消諧波（有源濾波APF）。特點(diǎn)：動(dòng)態(tài)補(bǔ)償精度很高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間很快、可以治理任意次數(shù)的復(fù)合諧波。同時(shí)將無功補(bǔ)償和諧波治理進(jìn)行有效的整合，一套裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩種功能。這是目前在低壓補(bǔ)償和濾波方面最新、最優(yōu)的技術(shù)。

該系統(tǒng)安裝維護(hù)簡單，對(duì)現(xiàn)場無特殊要求，可應(yīng)用于各類型工礦企業(yè)使用電焊機(jī)的地點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣泛。下一步工作中，計(jì)劃將對(duì)系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和在線監(jiān)測。

3 研究方向

3.1 集中補(bǔ)償

主要在地面主變電站進(jìn)行集中的無功補(bǔ)償和諧波治理，滿足供電部門的標(biāo)準(zhǔn)要求，一般為高壓補(bǔ)償，可采用MSC、SVC、SVG。

3.2 分散補(bǔ)償

主要在10KV、6KV線路、變電站母線進(jìn)行無功補(bǔ)償和諧波治理，一般可采用SVC、SVG。

3.3 就地補(bǔ)償

主要在1140V、660V區(qū)域變電站、電機(jī)等用電負(fù)荷側(cè)，進(jìn)行無功補(bǔ)償和諧波治理，一般可采用SVC、SVG。

4 技術(shù)路線

采用大功率IGBT、金屬膜電容，結(jié)合DSP、FPGA技術(shù)，研制動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償與有源諧波治理一體化系統(tǒng)（SVG/APF），采用隔爆兼本安型設(shè)計(jì)，用于井下AC1140V、660V電壓等級(jí)的就地補(bǔ)償和治理，綜合補(bǔ)償容量為300KVAR、500KVAR，可并聯(lián)擴(kuò)容。

其中的核心部件為：IGBT換流器、直流電容器、檢測控制板。

5 工作原理

以基于IGBT的大功率電壓型逆變器為核心，通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓，使其和系統(tǒng)電壓形成可調(diào)基波電壓差或諧波電壓差，從而控制注入系統(tǒng)的無功電流或諧波電流。

圖2以基波無功補(bǔ)償為例，APF諧波補(bǔ)償時(shí)類似，在逆變器輸出相應(yīng)的諧波電壓，即可生成相應(yīng)的諧波電流。

6 與其他類型裝置的比較（見圖3）

7 結(jié)論

將動(dòng)態(tài)無功就地補(bǔ)償與諧波治理技術(shù)進(jìn)行有效地整合，一套裝置同時(shí)可以顯現(xiàn)兩種功能，既節(jié)約了投資，又節(jié)省了設(shè)備空間，在低壓補(bǔ)償和諧波治理方面最新、最優(yōu)的技術(shù)。利用IGBT作為調(diào)節(jié)容性電流的開關(guān)，提高了精確度和準(zhǔn)確性，實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)電流，通過傅里葉算法分解電流中的基本成分，對(duì)剩余的諧波成分注入一個(gè)幅值相等但相位相反的諧波電流抵消諧波（有源濾波APF），具有很大的推廣應(yīng)用價(jià)值和經(jīng)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]王兆安，楊君，劉進(jìn)軍，王躍.諧波治理和無功功率補(bǔ)償（第2版）[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2013（01）.

作者簡介：陳國成（1983-），男，本科，工程師，主要從事：熱能與動(dòng)力工程專業(yè)。