有源濾波裝置在變頻器諧波治理中的應用

戴金花

江蘇安科瑞電器制造有限公司   江蘇江陰   201801

1 概述

變頻技術在大量的感性負載節(jié)能方面有著無可替代的地位，節(jié)約的電能有時能達到30%以上，效益十分可觀。隨著變頻器日益廣泛的普及和應用，其占電網(wǎng)總負荷的比例也越來越大。其中大部分額定電壓為三相380V交直交型變頻器。然而，隨之帶來的電網(wǎng)諧波問題也越來越受到各變頻器用戶和供電部門的關注。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。感型負載在運行中需要消耗大量的無功電流，但諧波會使無功補償裝置不能正常工作，并導致一些現(xiàn)代化的精密控制機床無法運行，因此對使用變頻器的系統(tǒng)采取諧波治理是必須的。針對變頻器工作特點，江蘇安科瑞電器制造有限公司設計了ANAPF有源電力濾波補償裝置，不但可以濾除變頻裝置產生的諧波，同時還對系統(tǒng)進行了無功補償，滿足了廣大使用變頻器用戶的需求。

2 ANAPF有源電力濾波裝置特點

DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應時間；先進的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；模塊化設計，便于生產調試；便利的并聯(lián)設計，方便擴容；具有完善的橋臂過流、保護功能；使用方便，易于操作和維護。
   3 ANAPF有源電力濾波裝置參數(shù)

4 電網(wǎng)的諧波治理與無功功率補償?shù)囊饬x

隨著變頻器的廣泛應用，變頻器供電系統(tǒng)的諧波治理與無功功率補償?shù)囊饬x逐漸被人們所認識。變頻器供電電源按傅里葉級數(shù)可以分解為基波有功電流，基波無功電流，諧波和間諧波電流。

變頻器用量較大的車間，用電容器直接進行無功功率補償雖然可以大幅度降低基波無功電流，但是必然出現(xiàn)諧波放大現(xiàn)象。這時，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，諧波治理與無功功率必須同時進行。

污水處理廠用電設備主要有泵類、攪拌器、鼓風機類等負載。風機、泵類一般都要求變頻，而變頻器是一個非常大的諧波源，因此給系統(tǒng)帶來很嚴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。同時系統(tǒng)中也有很多電力電子類元器件，如 UPS、開關電源等，都是諧波發(fā)生裝置。

項目背景：某污水處理廠變電所負載主要由變頻器組成，由變頻器帶動相應的電動機，由于全部都是變頻器負載，因此給系統(tǒng)帶來很嚴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，為了解決問題，必須進行諧波治理。

江蘇安科瑞電器制造有限公司技術人員經(jīng)過對現(xiàn)場測試結果研究后，決定采用一臺ANAPF100-400/B有源電力濾波柜進行就地補償。安裝示意圖如下：

●項目效果

由上圖可以看出，ANAPF100-400/B有源電力濾波柜投入運行后，電網(wǎng)質量得到明顯的改善，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。

結論：和許多變頻器使用場合一樣，泵類、風機等設備的變頻機構產生的諧波，對系統(tǒng)變壓器、電容補償裝置以及用電設備等造成嚴重危害。使電機發(fā)生機械振動、噪聲和過熱，使變壓器局部嚴重過熱，使電容器、電纜等設備過熱，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，運行電力濾波器前后，電網(wǎng)電流變化十分明顯，達到了消除電流諧波、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】

［1］ 江蘇安科瑞電器制造有限公司產品手冊.2013.01.版

作者簡介：

戴金花，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電，