工廠供電系統(tǒng)諧波分析及治理要點(diǎn)

1、工廠供電系統(tǒng)諧波分析及治理要點(diǎn) 摘 要:對(duì)供電系統(tǒng)的諧波進(jìn)行綜合分析并采取措施治理，能保證工廠和企業(yè)的運(yùn)行更加穩(wěn)定高效。本文分析了工廠企業(yè)電網(wǎng)諧波的危害，找出了主要的諧波源是各種電機(jī)拖動(dòng)中的電力電子裝置，可以通過設(shè)置有源和無源的濾波器來對(duì)諧波進(jìn)行治理，給出了一種模塊化配置方案，期望能給人們這方面可借鑒的參考。關(guān)鍵詞:低壓配電系統(tǒng)；諧波；有源電力濾波器隨著現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)的快速發(fā)展，電力負(fù)荷急劇增加，電網(wǎng)中的各種變頻調(diào)速裝置、整流器等負(fù)荷容量不斷增長。大量電力電子功率器件及裝置在電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，給工廠生產(chǎn)帶來節(jié)能和能量轉(zhuǎn)換的同時(shí)，也給供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染。大量的諧波和無功電流注入供電系統(tǒng)

2、，造成系統(tǒng)效率變低，功率因數(shù)變差，并對(duì)其他設(shè)備和裝置產(chǎn)生擾動(dòng)，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的電能質(zhì)量和電力設(shè)備的安全運(yùn)行。因此電能質(zhì)量測(cè)試是電網(wǎng)安全運(yùn)行評(píng)價(jià)與研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容，而諧波問題是最突出的問題。下面以某工業(yè)園區(qū)為例進(jìn)行討論分析。 1 工廠企業(yè)電網(wǎng)中諧波的分析某工業(yè)園區(qū)內(nèi)大型醫(yī)療設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的低壓供電系統(tǒng)，在0.4kV側(cè)測(cè)試電網(wǎng)的電壓和電流。主要利用Fluke435電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行諧波測(cè)試。(1) 電壓測(cè)試測(cè)試情況見表1。表1 電壓統(tǒng)計(jì)報(bào)表電網(wǎng)電壓波形及頻譜分析見圖1。圖1 某企業(yè)電網(wǎng)電壓波形及頻譜分析可見電網(wǎng)電壓已經(jīng)超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，低壓供電系統(tǒng)中04kV系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓畸變率不超過5%的限值。需要

3、進(jìn)行電壓諧波的治理，究其產(chǎn)生的原因?yàn)殡娋W(wǎng)中諧波電流流入電網(wǎng)帶來的諧波電壓。(2)電流測(cè)試測(cè)試情況如表2所示。表2 電流統(tǒng)計(jì)報(bào)觀察電流測(cè)試結(jié)果，可以看出該企業(yè)電網(wǎng)中存在5、7、11、13次諧波，電流波形及頻譜分析詳見圖2所示。圖2 某企業(yè)電網(wǎng)電流波形及頻譜分析可見電網(wǎng)電流發(fā)生明顯的畸變，畸變率及各處諧波含有量見圖3所示。圖3 某企業(yè)電網(wǎng)電流畸變率造成電流畸變現(xiàn)象的原因是該企業(yè)采用的是6脈動(dòng)的變流器，給電機(jī)供電，其特征次諧波是h=6k±1(k為正整數(shù))次，這與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況相吻合?，F(xiàn)代化工廠企業(yè)供電系統(tǒng)中電能質(zhì)量最突出和普遍的問題是諧波，主要的諧波源有各種變頻器、整流設(shè)備、晶閘管變流設(shè)備

4、和一些用于節(jié)能的電子控制裝置，諧波會(huì)給各種用電設(shè)備帶來有害影響，輕則增加能耗，縮短設(shè)備壽命，重則造成嚴(yán)重的用電事故，直接威脅到工廠企業(yè)的正常生產(chǎn)。2 工廠企業(yè)諧波治理措施由于諧波對(duì)通信和電網(wǎng)中幾乎所有設(shè)備都帶來不良影響，消除諧波是目前急需解決的問題?；舅悸窞檠b設(shè)濾波器，濾除諧波，創(chuàng)造一個(gè)潔凈電網(wǎng)。濾波器主要分為無源濾波器和有源濾波器。無源濾波器是傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置，無源濾波器具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、投資較少、基本上不需要維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，目前在老舊工廠企業(yè)中已有部分的應(yīng)用。但其存在體積大、易造成電壓鼓包和造成電網(wǎng)電壓惡化等缺點(diǎn)。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將濾波的研究方向轉(zhuǎn)到了有源濾波器。

5、有源濾波器采用先進(jìn)的諧波電流檢測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)諧波電流，通過瞬時(shí)電流控制，實(shí)現(xiàn)諧波電流的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。有源濾波器可以自動(dòng)地跟蹤電網(wǎng)諧波電流變化，具有高度的可控性和快速響應(yīng)性。有源電力濾波器的主電路主要有逆變電路、電感和直流側(cè)儲(chǔ)能元件組成。補(bǔ)償電流主要由有源電力濾波器提供。針對(duì)工廠企業(yè)供電系統(tǒng)各配電間配電容量較小和各處諧波電流大小不一的情況，考慮開發(fā)小容量模塊化有源濾波器，進(jìn)行靈活配置，可以對(duì)工廠企業(yè)供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波起到很好的治理。模塊化有源濾波器采用先進(jìn)的數(shù)字化控制系統(tǒng)。單模塊輸出能力可設(shè)較小，但可以針對(duì)不同的供電系統(tǒng)配置不同數(shù)量的模塊。這樣可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的靈活配置，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。據(jù)此，可以

6、為該工廠企業(yè)的供電系統(tǒng)配置兩個(gè)30A的模塊化有源濾波器，采用主從控制方式，實(shí)時(shí)高效的補(bǔ)償電網(wǎng)諧波。這樣可以彌補(bǔ)機(jī)柜式有源濾波器不易于安裝，體積較大的缺點(diǎn)。補(bǔ)償后電流波形如圖4所示。圖4 某企業(yè)電網(wǎng)諧波補(bǔ)償后電流波形電流的畸變率明顯下降，見圖5所示。圖5 某企業(yè)電網(wǎng)諧波補(bǔ)償后電流畸變率投入2個(gè)模塊化有源濾波器后，電網(wǎng)電流中各次諧波電流得到有效抑制，A、B、C三相電流THD(總諧波失真)分別由465%、463%和47.5%下降至4.9%、5.8%和5.1%，使電網(wǎng)電流波形趨近正弦波。同時(shí)電網(wǎng)電壓的畸變率也得到很大改善，ABC三相電網(wǎng)電壓的畸變率分別降至1.5%、17%、21%，符合了國家標(biāo)準(zhǔn)限值要求，由原來的不合格變?yōu)楹细瘛? 結(jié)語綜上所述，電力系統(tǒng)受到諧波污染后,輕則影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率,重則損壞設(shè)備以至危害電力系統(tǒng)的安全