劉賀飛（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

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JL-3L有源濾波器的應(yīng)用分析

劉賀飛（大慶油田技術(shù)監(jiān)督中心）

為了降低電網(wǎng)中的諧波“污染”問(wèn)題，減少各類(lèi)電力事故發(fā)生，應(yīng)對(duì)電網(wǎng)中的諧波進(jìn)行有效必要的治理。目前主要的治理方法是用有源濾波進(jìn)行過(guò)濾諧波，通過(guò)對(duì)JL-3L有源電力濾波器的測(cè)試與研究，分析其過(guò)濾原理與效果。測(cè)試表明該設(shè)備有效降低了諧波含量，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，為指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用提供了借鑒。

諧波污染電能質(zhì)量有源濾波器連續(xù)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償

1　現(xiàn)狀

隨著我國(guó)電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，大量高新技術(shù)產(chǎn)品（如變頻器、電加熱設(shè)備、節(jié)能燈、電弧爐、整流器、空調(diào)等）已廣泛應(yīng)用在各行業(yè)電網(wǎng)中，隨著非線性負(fù)載的大量使用，產(chǎn)生的諧波污染也越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致電網(wǎng)電壓、電流產(chǎn)生畸變，從而對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行安全和電力設(shè)備造成嚴(yán)重的危害。

在電網(wǎng)運(yùn)行安全和電能質(zhì)量要求高的行業(yè)，如鋼鐵、石油化工、冶金、通訊等企業(yè)，電力系統(tǒng)出現(xiàn)幾個(gè)周波的故障就可能造成生產(chǎn)裝置停工，甚至引發(fā)災(zāi)難性的后果，所以電能質(zhì)量問(wèn)題的治理顯得尤為重要。電能質(zhì)量帶來(lái)的危害，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面［1］：

◇導(dǎo)致設(shè)備爆炸，引發(fā)火災(zāi)，危機(jī)人身安全；

◇導(dǎo)致保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)，造成區(qū)域性停電事故；

◇引起電網(wǎng)諧振，造成電容器異常發(fā)熱，相關(guān)設(shè)備損壞；

◇干擾通訊、電子類(lèi)設(shè)備的產(chǎn)生，引起控制系統(tǒng)故障或失靈；

◇降低電網(wǎng)電壓，浪費(fèi)電網(wǎng)容量，影響電網(wǎng)質(zhì)量；

◇加大線路損失，加快電纜絕緣老化，威脅供配電系統(tǒng)穩(wěn)定；

◇導(dǎo)致電力設(shè)備產(chǎn)生震動(dòng)和噪音，影響其正常運(yùn)行，縮短設(shè)備壽命；

◇導(dǎo)致電力系統(tǒng)各種測(cè)量?jī)x表產(chǎn)生誤差，尤其是電能表，造成計(jì)量不準(zhǔn)確。

2　電能質(zhì)量治理的發(fā)展

我國(guó)電能質(zhì)量治理技術(shù)起步較晚，但隨著人們對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高，該技術(shù)也不斷發(fā)展，主要經(jīng)歷三個(gè)階段：無(wú)源電力濾波技術(shù)→組合電力濾波技術(shù)→有源電力濾波技術(shù)。

從電能質(zhì)量治理技術(shù)的發(fā)展來(lái)看，低性能的無(wú)源電力濾波技術(shù)已被性能優(yōu)越的有源電力濾波技術(shù)逐漸取代了。這兩種濾波技術(shù)的性能對(duì)比如下：

1）無(wú)源濾波器。只能抑制固定次諧波，且一組濾波器只能補(bǔ)償一次諧波。諧波濾除率較低，且濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)影響較大。容易引起系統(tǒng)諧振，穩(wěn)定性差。只能補(bǔ)償固定的無(wú)功，在功率因數(shù)較高的場(chǎng)合容易造成無(wú)功過(guò)補(bǔ)。變化適應(yīng)性差。當(dāng)設(shè)備的連接方式或容量發(fā)生變化時(shí)，需重新調(diào)整濾波器的參數(shù)。不可連續(xù)調(diào)節(jié)。

2）有源濾波器。可同時(shí)實(shí)現(xiàn)智能濾除諧波、動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償、平衡三相負(fù)載功能。諧波濾除效果好，連續(xù)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，使功率因數(shù)提高至0.95以上，保證負(fù)載平衡和設(shè)備安全運(yùn)行。技術(shù)先進(jìn)，可連續(xù)、動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，40μs響應(yīng)負(fù)荷變化，10ms完全補(bǔ)償。濾波性能不受系統(tǒng)阻抗影響。諧波補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)頻率變化影響。補(bǔ)償能力不受電網(wǎng)電壓的限制，在電壓較低時(shí)仍可提供足夠的無(wú)功支撐。不會(huì)與系統(tǒng)阻抗發(fā)生串聯(lián)或并聯(lián)諧振，相反還能抑制系統(tǒng)已有諧振。

3　JL-3L有源濾波器

3.1原理和功能

JL-3L有源濾波器采用自主創(chuàng)新的“參考電流”計(jì)算方法構(gòu)建出完美的目標(biāo)正弦波，通過(guò)與CPLD控制的超高速采樣系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集的電流信號(hào)對(duì)比分析出諧波動(dòng)態(tài)變化、無(wú)功實(shí)時(shí)需求和需要補(bǔ)償?shù)呢?fù)載電流。采用“實(shí)時(shí)跟蹤，精確制導(dǎo)”的自動(dòng)跟蹤式諧波濾除方法，控制IGBT實(shí)時(shí)逆變出與系統(tǒng)中諧波大小相等相位相反的補(bǔ)償電流，實(shí)現(xiàn)智能濾除諧波功能。容性或感性的基波電流，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償功能，相應(yīng)的補(bǔ)償負(fù)載電流，實(shí)現(xiàn)三相平衡負(fù)載功能，其原理如圖1所示。

圖1　JL-3L有源濾波器工作示意圖

JL-3L有源濾波器智能濾除電網(wǎng)諧波：在濾除2～50次諧波的同時(shí)，不產(chǎn)生新的高次諧波，并有超快的（低于40μs）響應(yīng)速度，全程濾除時(shí)間少于10ms。連續(xù)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償：解決普通電容器不能連續(xù)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，具備了連續(xù)、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償能力，且補(bǔ)償容量準(zhǔn)確，補(bǔ)償能力不會(huì)因節(jié)點(diǎn)電壓的降低而下降。平衡三相負(fù)載：能夠在三相不平衡時(shí)，將三相功率重新分配，從而使得裝置呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)平衡負(fù)荷特性，減小中線電流，降低損耗，避免因三相不平衡而可能引起的事故。完善的自我保護(hù)功能：自動(dòng)限流，不會(huì)發(fā)生過(guò)載，具備過(guò)流、過(guò)壓、溫度、雷擊等多種保護(hù)功能，以確保裝置和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。強(qiáng)大的通訊組網(wǎng)功能：具有多種通訊接口，可作為JL-8000電氣監(jiān)控與能量管理系統(tǒng)的終端，構(gòu)成對(duì)低壓配點(diǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的電氣參數(shù)、電能使用情況電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)和分析。

3.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

為了驗(yàn)證JL-3L有源濾波器的應(yīng)用效果，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選取4臺(tái)變頻器裝置進(jìn)行有源濾波測(cè)試，圖2為JL-3L有源濾波器安裝示意圖，具體測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

圖2　JL-3L有源濾波器治理諧波圖

表1　JL-3L有源濾波器測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可知應(yīng)用JL-3L有源濾波器后，裝置電流降低，功率因數(shù)達(dá)到0.95以上，電壓總畸變率THDi小于5%，電流總畸變率有很大的降幅，很好地濾除諧波，連續(xù)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償，保證負(fù)載平衡和設(shè)備安全運(yùn)行，達(dá)到治理電網(wǎng)污染的效果。

4　結(jié)語(yǔ)

JL-3L有源濾波器是一款治理電網(wǎng)污染、提高電力安全的綠色產(chǎn)品，該設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果較好，有效降低諧波含量，提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，保證電網(wǎng)的安全性，維持電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)備運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生震動(dòng)和噪音，提供無(wú)污染的電源工作環(huán)境，同時(shí)減少線路損失，提高功率因數(shù)，減少電能浪費(fèi)，降低生產(chǎn)運(yùn)行成本，具有一定的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

［1］羅春龍.有源濾波技術(shù)在低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.電信技術(shù)，2012（12）：60-64.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.016

2015-03-26）

劉賀飛，工程師，2004年畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)（自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)），從事節(jié)能測(cè)試、評(píng)價(jià)方面的工作和研究，E-mail：hasen_liu@163.com，地址：黑龍江省大慶市技術(shù)監(jiān)督中心節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心，163000。