成連明

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司漣水縣供電公司，江蘇 淮安 223400）

諧波治理設(shè)備在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

成連明

（國(guó)網(wǎng)江蘇省電力公司漣水縣供電公司，江蘇 淮安 223400）

隨著電力電子技術(shù)的不斷開(kāi)發(fā)，各類(lèi)電子裝置在電力系統(tǒng)、交通等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)，也極大地增加了電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生了負(fù)面影響，其中危害最大的當(dāng)屬諧波污染。將諧波治理設(shè)備應(yīng)用到供配電系統(tǒng)當(dāng)中，能夠有效抑制諧波，提高功率因素，從而為供電系統(tǒng)安全運(yùn)行提供保障。本文從諧波污染對(duì)電網(wǎng)構(gòu)成的危害入手，分析當(dāng)前諧波治理設(shè)備在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用，最后結(jié)合實(shí)例驗(yàn)證有源濾波器的應(yīng)用效果。

諧波治理設(shè)備；供配電系統(tǒng)；有源濾波器

近年來(lái)，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展背景下，越來(lái)越多的電源設(shè)備、變頻設(shè)備等在實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用，雖然提高了生產(chǎn)質(zhì)量和效率，但這些設(shè)備在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生諧波電流，對(duì)供電系統(tǒng)、周?chē)O(shè)備等都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，造成電壓、電流波形嚴(yán)重失真現(xiàn)象的出現(xiàn)。諧波污染會(huì)降低各類(lèi)用電設(shè)備使用效率。為了提高電能質(zhì)量，積極引入有源電力濾波器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)供配電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。

1 諧波污染危害

諧波源于整流電路設(shè)備，是電網(wǎng)規(guī)模發(fā)展和擴(kuò)大的必然結(jié)果。工業(yè)上諧波源主要涉及電力電子裝置，如晶閘管可控開(kāi)關(guān)設(shè)備、中高頻感應(yīng)爐等。從特點(diǎn)與性質(zhì)角度來(lái)看，諧波具有間諧波、波動(dòng)諧波及穩(wěn)態(tài)諧波等類(lèi)型，由于它們具有多態(tài)性、不確定性，務(wù)必要在現(xiàn)實(shí)生活中對(duì)其予以觀察，總結(jié)它們的規(guī)律，才能夠確定出諧波屬性，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性治理。一旦產(chǎn)生諧波，會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，降低電網(wǎng)供電質(zhì)量，如影響斷路器、補(bǔ)償及用電設(shè)備等運(yùn)行效果。具體如下。

其一，增加公用電網(wǎng)額外損耗，降低輸配電設(shè)備運(yùn)行效率。導(dǎo)致電容器、變壓器及其他感性設(shè)備等出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象，長(zhǎng)期在上述狀態(tài)中運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)縮短設(shè)備使用壽命，諧波引起的諧振會(huì)使電氣設(shè)備及電纜線路出現(xiàn)絕緣老化和擊穿現(xiàn)象。

其二，引起電能計(jì)量紊亂。供電系統(tǒng)中的大量高次諧波電流，會(huì)嚴(yán)重干擾電能計(jì)量裝置的計(jì)量精度，使計(jì)量準(zhǔn)確度大打折扣。同時(shí)，也會(huì)損壞電能計(jì)量裝置，并可能引起中線過(guò)載，發(fā)熱引發(fā)火災(zāi)事故。

其三，諧波的產(chǎn)生。除了對(duì)供配電系統(tǒng)產(chǎn)生影響，還會(huì)影響到通信及信息系統(tǒng)運(yùn)行，通信質(zhì)量大打折扣，嚴(yán)重情況下，還會(huì)造成信息丟失，工控系統(tǒng)難以發(fā)揮有效作用，可見(jiàn)諧波的危害不容忽視，加強(qiáng)對(duì)諧波治理是實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重中之重。

2 諧波治理設(shè)備在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

一般情況下，諧波常出現(xiàn)在10kV及以下電壓等級(jí)的供配電系統(tǒng)中。針對(duì)諧波治理，可以從預(yù)防和治理2個(gè)角度入手，前者從源頭入手，避免諧波的產(chǎn)生，通過(guò)改進(jìn)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抑制諧波的形成；后者可以改變系統(tǒng)饋線參數(shù)、或者安裝諧波治理裝置，進(jìn)行諧波補(bǔ)償。具體主要從以下幾方面入手。

2.1 整流設(shè)備

整流設(shè)備產(chǎn)生諧波與脈動(dòng)數(shù)存在密切聯(lián)系，二者呈正相關(guān)關(guān)系。諧波次數(shù)越大，諧波電流越小。因此，在實(shí)踐中，要提高整流設(shè)備脈動(dòng)數(shù)，以此來(lái)抑制諧波的產(chǎn)生。但整流設(shè)備脈動(dòng)數(shù)量的增加，需要提高裝置的配置。通常情況下，百kVA以上的大功率整流裝置，要采用12、24脈整流。而小功率可以引入脈寬調(diào)制技術(shù)，使整流器輸入電流接近正弦波，并且電流和電壓同相位，從而消除大部分低次諧波，控制諧波分量在合理范圍內(nèi)。

2.2 供電設(shè)備

針對(duì)供配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以改變變壓器繞組，減少諧波現(xiàn)象的產(chǎn)生。如三角形連接變壓器，能夠消除3次及其倍數(shù)的諧波。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)，能夠提供與標(biāo)準(zhǔn)相符的電能，從源頭上消除和減少諧波電動(dòng)勢(shì)?；蛘呓柚切瓦B接方式，能夠避免3次及倍數(shù)諧波。要想提高諧波治理效果，要切實(shí)考慮實(shí)際情況，明確諧波類(lèi)型與性質(zhì)，做到具體諧波具體對(duì)待，確保連接方式具有針對(duì)性。

2.3 無(wú)源電力濾波器

無(wú)源電力濾波器（PPF），是按照一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將電感與電容元件連接到一起，再結(jié)合參數(shù)配置而成，以此來(lái)濾除某次諧波。在實(shí)踐應(yīng)用中，其濾波特性由配電系統(tǒng)、裝置阻抗比來(lái)決定，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?yàn)槿蘸缶S護(hù)提供便利。但在應(yīng)用中，需要注意如下幾個(gè)問(wèn)題，一是PPF只能夠?yàn)V除最初設(shè)定的諧波成份，缺乏靈活性，無(wú)法協(xié)調(diào)濾波、調(diào)壓及無(wú)功補(bǔ)償之間的關(guān)系，甚至可能對(duì)部分諧波構(gòu)成放大影響，與預(yù)期目標(biāo)背道而馳。如若遇到成分復(fù)雜的諧波，需要對(duì)其進(jìn)行具體處理，才能夠提高濾除效果。二是系統(tǒng)運(yùn)行情況復(fù)雜化，直接導(dǎo)致濾波效果也隨之發(fā)生波動(dòng)，一旦諧波強(qiáng)度過(guò)高，會(huì)造成元件、設(shè)備的損壞。要想解決上述問(wèn)題則需引入有源電力濾波器，才能夠提高諧波治理效果。

2.4 有源電力濾波器

近年來(lái)，人們對(duì)于電能質(zhì)量提出了更高要求，由于諧波治理中無(wú)源電力濾波器已經(jīng)無(wú)法發(fā)揮積極作用。因此，在電力系統(tǒng)中引入有源電力濾波器（APF）迫在眉睫，尤其是在10kV供配電系統(tǒng)中。在系統(tǒng)中，該設(shè)備指令電流運(yùn)算部分能夠?qū)┡潆娤到y(tǒng)內(nèi)的無(wú)功、諧波電流提取出來(lái)，變流器對(duì)其進(jìn)行電流補(bǔ)償。通過(guò)上述處理，能夠有效降低或消除電網(wǎng)內(nèi)諧波電流成分，以此來(lái)提高電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量，為人們提供優(yōu)質(zhì)的供電服務(wù)。相較于PPF，APF具有靈活性?xún)?yōu)勢(shì)，能夠有效濾除開(kāi)關(guān)器件、開(kāi)關(guān)頻率產(chǎn)生的諧波，根據(jù)供配電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波情況進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整。不僅如此，該裝置在運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生過(guò)載情況，始終在額定容量?jī)?nèi)運(yùn)行，故在現(xiàn)實(shí)生活中，可以廣泛推廣APF，實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波高效治理，為電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的保障。有源電力濾波器結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖1。

圖1 有源電力濾波器結(jié)構(gòu)原理圖

3 應(yīng)用實(shí)例

基于研究實(shí)用性，本文選取具體案例進(jìn)行深入研究。本地某廠房安裝中頻電源大功率加熱設(shè)備、數(shù)控機(jī)床等，用戶(hù)10kV配電站中設(shè)2臺(tái)2000kVA配電變壓器以滿足生產(chǎn)需求。但用電設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生了大量諧波，對(duì)低壓電網(wǎng)構(gòu)成了不同程度的污染。最嚴(yán)重時(shí)，諧波造成配電站匯流排及配電變壓器產(chǎn)生震動(dòng)、異響等現(xiàn)象，尤其是2#配電變壓器出現(xiàn)噪音大且發(fā)熱嚴(yán)重的狀況，給電站穩(wěn)定運(yùn)行埋下了諸多安全隱患。對(duì)此，盡快治理諧波問(wèn)題非常關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)低壓供電支路諧波進(jìn)行儀測(cè)，數(shù)據(jù)如表1（0.38kV諧波電流允許值根據(jù)地方供電公司調(diào)度提供的系統(tǒng)短路容量計(jì)算，2000kVA配變短路阻抗按銘牌標(biāo)示值5.97%計(jì)），能夠從中發(fā)現(xiàn)低壓供電支路注入母線的5次、7次及11次諧波電流偏高，2#配變5次諧波電流遠(yuǎn)超過(guò)相關(guān)規(guī)定和要求。故需要引入有源濾波器到低壓支路上，實(shí)現(xiàn)對(duì)該支路的諧波治理，以此來(lái)避免諧波進(jìn)一步危害電網(wǎng)，為設(shè)備運(yùn)行創(chuàng)建良好的運(yùn)行環(huán)境。

表1 電站低壓供電支路諧波電流評(píng)估情況

針對(duì)上述情況，引入2臺(tái)APF(計(jì)算容量200A，設(shè)有HPF高通濾波器），利用電纜將其與母線連接到一起，并在進(jìn)線柜端口三相母線上，分別加裝采樣電流互感器，電流采樣點(diǎn)介于注入點(diǎn)與負(fù)載之間，具有直觀性。經(jīng)過(guò)改造后，電站諧波問(wèn)題得到了有效控制，運(yùn)行效果更加科學(xué)、合理。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，安裝有源電力濾波器后，電能質(zhì)量較以往有了極大的改善，實(shí)測(cè)總諧波電流下降到2.1%左右，其中5次、7次諧波電流分別下降至1.5%、0.5%，不僅如此，電站母線異常及變壓器噪音基本得到了控制。本例中，為了提高諧波治理效果，還可以根據(jù)每臺(tái)設(shè)備電流諧波量，采取就近治理方式，通過(guò)對(duì)設(shè)備用電性能的有效改善，以此來(lái)抑制諧波的產(chǎn)生，從而確保輸送的電能具有較高的質(zhì)量。企業(yè)要提高對(duì)諧波治理的重視度，積極引入先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，將其應(yīng)用到諧波治理過(guò)程中，為企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)實(shí)際案例進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)有源濾波器的投入，能夠確保供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，且有效緩解諧波問(wèn)題，具有較好的效果。隨著電力工業(yè)不斷發(fā)展，針對(duì)諧波問(wèn)題的處理，我們還要給予更為深入的分析和研究，創(chuàng)新電網(wǎng)諧波治理方案，從而促進(jìn)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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TU852

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：1671-0711（2017）12（下）-0196-02