电网谐波危害及有源滤波装置的控制应用方案.doc

用户侧电网谐波危害及有源滤波装置的控制应用方案温刚安科瑞电气股份有限公司 嘉定 201801摘要：本文分析了电力电网的谐波源、谐波特性和危害，并通过某大型钢铁股份公司低压配电系统中有源滤波器的应用案例，对比分析了有源滤波器投入前后的情况，说明了有源滤波器的谐波治理技术是改善供电电能质量的有效手段之一，可将产生的谐波控制在最小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电能质量，保证电气设备安全的作用。关键词：电能质量；谐波；有源滤波1 电能质量与谐波1.1 谐波的产生随着电力电子变流装置的应用日益广泛，电能得到了更加充分的利用。但非线性电力装置设备的广泛应用产生了大量畸变的电流谐波，畸变电流在电网中的流动导致了谐波电压；谐波污染越来越多地威胁到电力系统安全、稳定、经济运行，给同一网络的线性负载和其它用户带来了极大影响。谐波已与电磁干扰、功率因数降低并列为电力系统的三大公害。所以了解谐波产生的原理、研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，对抑制谐波、解决谐波产生的问题有着重要的指导作用。因此对谐波的测量和分析是电力系统分析和控制中的一项重要工作，是继电保护、故障测量等工作开展的重要前提。主要谐波产生源如下表：名 称所属行业变频装置商业、市政、民用、公用事业、工矿企业等UPS、开关电源、逆变电源公用事业、商业、电子、通讯等地铁、轻轨、充电站（桩）交通单（多）晶硅生产设备、中频炉制造业电弧炉、交流弧焊机、感应加热装置机械、能源、化工1.2 谐波的危害1.2.1使电力元件附加损耗加大，易引发火灾。谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。1.2.2影响电气设备的正常运行。谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。1.2.3引起电网谐振。这种谐振可能使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。1.2.4使继电保护误动作，电气测量误差过大。谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失；谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。1.2.5使工控系统崩溃。临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，计算机无法正常工作；重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。1.3 谐波治理依据的国家标准GB/T14549-1993 电能质量：公用电网谐波GB/T15543-2008 电能质量：三相电压允许不平衡度GB/T12325-2008 电能质量：供电电压允许偏差GB/T12326-2008 电能质量：电压波动和闪变GB/T18481-2001 电能质量：暂时过电压和瞬态过电压GB/T15945-2008 电能质量：电力系统频率允许偏差GB7625.1-1998 低压电气电子产品发出的谐波电流限值GB/T15576-1995 低压无功功率静态补偿装置总技术条件2典型应用方案介绍2.1项目背景某钢铁股份公司是集炼焦、烧结、冶炼、轧材及科研开发为一体的特大型钢铁联合企业，其属下X轧钢厂主要生产中厚板等钢材产品，由于生产需要，在低压配电系统变压器二次侧的设备主要是电动机，变频器带动电机工作。由于变频器内部结构采用大量非线性元件，所以在工作过程中产生大量谐波。板材在轧制过程中存在一定的冲击负荷，而且生产工艺也并非连续性。从而引起工作电压/电流波动、不连续，工作电流的变化同样引起谐波电流波动。电流、电压波动实时监测2.2项目方案我公司为该企业轧钢车间二号冷床下电网的谐波情况制定了相应的解决方案。采用自主研发的并联型有源电力滤波器ANAPF，在变压器出线侧进行集中治理，滤波器可以自动跟踪治理负载产生的谐波电流，并有效的滤除谐波，从而保证整个系统安全可靠运行。系统治理示意如下图所示：2.3项目效果投入有源电力滤波器后，谐波电压、谐波电流治理效果：治理前电压、电流波形图治理后电压、电流波形图治理前电流畸变率治理后电流畸变率投入有源电力滤波器运行后，总电流畸变率由82.1%降至4.4%、5次谐波的电流畸变率由67.0%降至1.9%、7次谐波的电流畸变率由43.8%降至2.0%。电网质量得到明显的改善，并且适用于变化较快的负载，对供电系统的非线性负载在工作过程中产生的谐波起到明显的抑制作用，从根本上改善了整个供电系统的电能质量状况，有效地保护了生产线上设备的正常运行。3 ANAPF有源滤波器简介3.1有源滤波器主要技术指标接线方式三相三线或三相四线接入电压3380V 10%接入频率50Hz 2%动态补偿响应时间动态响应4ms，全响应时间20ms；开关频率10kHz功能设置只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功；手动、自动切换。谐波补偿次数2-21次保护类型直流过压IGBT过流装置温度保护过载保护自动限流在设定值，不发生过载冷却方式智能风冷噪音 65db(处于柜内并运作于额定状态)工作环境温度-10+45工作环境湿度85%RH 不凝结安装场合室内安装海拔高度1000m（更高海拔需降容使用）进出线方式下进下出防护等级IP21智能通信接口RS485/MODBUS-RTU远程监控可选外形尺寸(mm)(WDH)30A50A75A100A6005001500600500150060050018008006002200重量(kg)三相四线三相三线30A、50A75A、100A30A、50A75A、100A2803602402903.2有源滤波器报价及元件清单型号：ANAPF100-400/B参考价格：12万元/台主要产品明细：序号名 称型 号数量1APF电气柜800X600X220012变流器APFCOV-CVT10013控制器APFMC-C10014电抗器APF-RE.(S)DG-10015有源电流互感器LT208-S736滤波器DL-1TH127断路器CVS160FTM160D4P3D18接触器LC1D150M7C19微型断路器NDM1-63C32110中间继电器MY4NAC211R型变压器R320-0.38/0.22112谐波检测仪ACR350EGH113电线16mm2若干14电线4mm2若干4结论本文介绍的有源滤波装置采用模块化设计，具有极快的响应时间；一机多能，既可补谐波，又可兼补无功；先进的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；使用方便，易于操作和维护。有源滤波装置节约了用户投资成本，缩短了工期，为低压配电网的谐波治理工程提供了高效的补偿装置，具有良好的应用价值和应用前景。【参考文献】1 GB/T 14549-1993 电能质量：公用电网谐波2 上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版3 吴竞昌.供电系统谐波，北京：中国电力科技出版社，1998作者简介：温刚，男，本科，上海安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电，Email: 1958665290qq.com手机：13564221630 QQ:1958665290