低壓供電系統(tǒng)諧波治理技術(shù)

孫苑

摘 要：電網(wǎng)諧波對低壓配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量有著非常重要的影響。認(rèn)識企業(yè)電網(wǎng)中諧波的危害，找到各種電機拖動中諧波的主要來源，對無源濾波器和有源濾波器治理諧波進(jìn)行了比較，并提出了一種容易安裝的模塊化配置方案。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng)；諧波；濾波器；電能質(zhì)量

中圖分類號：TM642.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0039-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速增長，供電系統(tǒng)的運行變得越來越穩(wěn)定，一般情況下能正常地保證供應(yīng)企業(yè)和人們的日常用電。在保證供電可靠性、安全性的前提下，企業(yè)正常運轉(zhuǎn)還需要優(yōu)良的電能質(zhì)量。但是由于非線性負(fù)載的數(shù)量增加，大量諧波的產(chǎn)生容易對企業(yè)正常的生產(chǎn)與運行造成不良影響，甚至可能引發(fā)安全事故。因此，我們有必要采取相應(yīng)的技術(shù)措施以保證供電質(zhì)量。

1 企業(yè)電網(wǎng)中諧波的分析

隨著生產(chǎn)工具和技術(shù)的不斷升級，日益提高的生產(chǎn)力使得電力負(fù)荷急劇增加，電網(wǎng)中各種變頻調(diào)速裝置、整流器等部件的負(fù)荷容量不斷增長。大量電力電子功率器件和裝置在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，它們在為企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約能源的同時，也為供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量帶來了嚴(yán)重的污染。大量的諧波和無功電流注入供電系統(tǒng)，造成系統(tǒng)效率降低、功率因數(shù)變差等后果，并對其他設(shè)備和裝置產(chǎn)生擾動，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量和電力設(shè)備的安全運行。因此，電能質(zhì)量測試是電網(wǎng)安全運行評價與研究的一項重要內(nèi)容，而對諧波處理的研究尤為重要。

選取某市某工業(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)，測試0.4 kV電網(wǎng)的電壓和電流。主要利用Fluke435電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行諧波測試。

1.1 電壓測試情況

根據(jù)表1的檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)電壓已經(jīng)超過國家標(biāo)準(zhǔn)。在低壓供電系統(tǒng)中，0.4 kV系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓畸變率不超過5%，究其原因，是電網(wǎng)中諧波電流流入電網(wǎng)帶來的諧波電壓。因此，需要進(jìn)行電壓諧波的治理。

1.2 電流測試情況

表2的檢測結(jié)果顯示，電網(wǎng)電流發(fā)生明顯的畸變?；兟屎透魈幹C波含有量見圖1所示。

造成電流畸變現(xiàn)象的原因是該企業(yè)采用了6脈動的變流器給電機供電，其特征次諧波是h=6k±1（k為正整數(shù)）次，這與現(xiàn)場實際情況相吻合。

在現(xiàn)代化企業(yè)供電系統(tǒng)中，諧波對電能質(zhì)量的影響最大，主要的諧波源有各種變頻器、整流設(shè)備、晶閘管變流設(shè)備和一些用于節(jié)能的電子控制裝置。諧波會給各種用電設(shè)備帶來不利影響，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，直接威脅到企業(yè)的正常生產(chǎn)。

2 企業(yè)諧波治理措施

諧波對通信和電網(wǎng)中幾乎所有的設(shè)備都有不良影響，因此，諧波治理是目前急待解決的問題。消除諧波的方式：裝設(shè)濾波器濾除諧波。

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)的諧波補償裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強、投資較少、容易維護(hù)等優(yōu)點，目前在老舊企業(yè)中有部分應(yīng)用，但它存在體積大、易造成電壓鼓包和電網(wǎng)電壓惡化等缺點，不符合濾波器的發(fā)展趨勢。

有源濾波器采用先進(jìn)的諧波電流檢測技術(shù)，實時檢測諧波電流，通過瞬時電流控制，實現(xiàn)諧波電流的動態(tài)補償。它可以自動地跟蹤電網(wǎng)諧波電流變化，有著非常好的可控性和快速響應(yīng)性。

有源濾波器的主電路主要由逆變電路、電感和直流側(cè)儲能元件組成。補償電流主要由有源電力濾波器提供。針對企業(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，可以開發(fā)小容量模塊化有源濾波器進(jìn)行靈活配置，從而起到更好的諧波治理效果。

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，但可以針對不同的供電系統(tǒng)配置不同數(shù)量的模塊。這樣可以根據(jù)需要靈活配置設(shè)備，從而實現(xiàn)資源的合理利用。據(jù)此，可以為該企業(yè)的供電系統(tǒng)配置兩個30 A的模塊化有源濾波器，采用主從控制方式，實時高效地補償電網(wǎng)諧波。這樣可以彌補機柜式有源濾波器不易于安裝、體積較大的缺點。

補償后電流波形如圖2所示。

電流的畸變率明顯下降，見圖3所示。

投入2個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三相電流總諧波失真（THD）分別由46.5%，46.3% 和47.5%下降至 7.4%，7.9% 和 6.8%，使電網(wǎng)電流波形趨近正弦波。同時，電網(wǎng)電壓的畸變率也得到很大改善，A，B，C三相電網(wǎng)電壓的畸變率分別降至1.5%，1.7%，2.1%，符合了國家標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，由原來的不合格變?yōu)楹细瘛?/p>

3 結(jié)束語

優(yōu)良的電能質(zhì)量對現(xiàn)代企業(yè)的運營有著非常重要的作用。我們要綜合分析電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因，結(jié)合相關(guān)治理諧波的經(jīng)驗，配置和開發(fā)更有效的濾波器，最大限度地降低諧波對電能質(zhì)量的影響，使企業(yè)能更好地創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)與社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1]徐進(jìn)，陳昊.石化低壓配電系統(tǒng)中的諧波及其治理[J].電氣時代，2005（12）.

[2]杜久永.企業(yè)供電系統(tǒng)的諧波治理與無功補償技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究，2013（33）.

〔編輯：陳文強〕

Abstract： The harmonic voltage distribution systems for power quality has a very significant impact. Understanding enterprise grid harmonic hazards found in the main source of all kinds of motor drag harmonics， passive filters and active harmonic filters governance were compared， and proposed an easy to install modular configuration solution.

Key words： low-voltage distribution systems； harmonic； filters； power quality

摘 要：電網(wǎng)諧波對低壓配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量有著非常重要的影響。認(rèn)識企業(yè)電網(wǎng)中諧波的危害，找到各種電機拖動中諧波的主要來源，對無源濾波器和有源濾波器治理諧波進(jìn)行了比較，并提出了一種容易安裝的模塊化配置方案。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng)；諧波；濾波器；電能質(zhì)量

中圖分類號：TM642.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0039-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速增長，供電系統(tǒng)的運行變得越來越穩(wěn)定，一般情況下能正常地保證供應(yīng)企業(yè)和人們的日常用電。在保證供電可靠性、安全性的前提下，企業(yè)正常運轉(zhuǎn)還需要優(yōu)良的電能質(zhì)量。但是由于非線性負(fù)載的數(shù)量增加，大量諧波的產(chǎn)生容易對企業(yè)正常的生產(chǎn)與運行造成不良影響，甚至可能引發(fā)安全事故。因此，我們有必要采取相應(yīng)的技術(shù)措施以保證供電質(zhì)量。

1 企業(yè)電網(wǎng)中諧波的分析

隨著生產(chǎn)工具和技術(shù)的不斷升級，日益提高的生產(chǎn)力使得電力負(fù)荷急劇增加，電網(wǎng)中各種變頻調(diào)速裝置、整流器等部件的負(fù)荷容量不斷增長。大量電力電子功率器件和裝置在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，它們在為企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約能源的同時，也為供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量帶來了嚴(yán)重的污染。大量的諧波和無功電流注入供電系統(tǒng)，造成系統(tǒng)效率降低、功率因數(shù)變差等后果，并對其他設(shè)備和裝置產(chǎn)生擾動，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量和電力設(shè)備的安全運行。因此，電能質(zhì)量測試是電網(wǎng)安全運行評價與研究的一項重要內(nèi)容，而對諧波處理的研究尤為重要。

選取某市某工業(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)，測試0.4 kV電網(wǎng)的電壓和電流。主要利用Fluke435電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行諧波測試。

1.1 電壓測試情況

根據(jù)表1的檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)電壓已經(jīng)超過國家標(biāo)準(zhǔn)。在低壓供電系統(tǒng)中，0.4 kV系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓畸變率不超過5%，究其原因，是電網(wǎng)中諧波電流流入電網(wǎng)帶來的諧波電壓。因此，需要進(jìn)行電壓諧波的治理。

1.2 電流測試情況

表2的檢測結(jié)果顯示，電網(wǎng)電流發(fā)生明顯的畸變?；兟屎透魈幹C波含有量見圖1所示。

造成電流畸變現(xiàn)象的原因是該企業(yè)采用了6脈動的變流器給電機供電，其特征次諧波是h=6k±1（k為正整數(shù)）次，這與現(xiàn)場實際情況相吻合。

在現(xiàn)代化企業(yè)供電系統(tǒng)中，諧波對電能質(zhì)量的影響最大，主要的諧波源有各種變頻器、整流設(shè)備、晶閘管變流設(shè)備和一些用于節(jié)能的電子控制裝置。諧波會給各種用電設(shè)備帶來不利影響，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，直接威脅到企業(yè)的正常生產(chǎn)。

2 企業(yè)諧波治理措施

諧波對通信和電網(wǎng)中幾乎所有的設(shè)備都有不良影響，因此，諧波治理是目前急待解決的問題。消除諧波的方式：裝設(shè)濾波器濾除諧波。

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)的諧波補償裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強、投資較少、容易維護(hù)等優(yōu)點，目前在老舊企業(yè)中有部分應(yīng)用，但它存在體積大、易造成電壓鼓包和電網(wǎng)電壓惡化等缺點，不符合濾波器的發(fā)展趨勢。

有源濾波器采用先進(jìn)的諧波電流檢測技術(shù)，實時檢測諧波電流，通過瞬時電流控制，實現(xiàn)諧波電流的動態(tài)補償。它可以自動地跟蹤電網(wǎng)諧波電流變化，有著非常好的可控性和快速響應(yīng)性。

有源濾波器的主電路主要由逆變電路、電感和直流側(cè)儲能元件組成。補償電流主要由有源電力濾波器提供。針對企業(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，可以開發(fā)小容量模塊化有源濾波器進(jìn)行靈活配置，從而起到更好的諧波治理效果。

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，但可以針對不同的供電系統(tǒng)配置不同數(shù)量的模塊。這樣可以根據(jù)需要靈活配置設(shè)備，從而實現(xiàn)資源的合理利用。據(jù)此，可以為該企業(yè)的供電系統(tǒng)配置兩個30 A的模塊化有源濾波器，采用主從控制方式，實時高效地補償電網(wǎng)諧波。這樣可以彌補機柜式有源濾波器不易于安裝、體積較大的缺點。

補償后電流波形如圖2所示。

電流的畸變率明顯下降，見圖3所示。

投入2個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三相電流總諧波失真（THD）分別由46.5%，46.3% 和47.5%下降至 7.4%，7.9% 和 6.8%，使電網(wǎng)電流波形趨近正弦波。同時，電網(wǎng)電壓的畸變率也得到很大改善，A，B，C三相電網(wǎng)電壓的畸變率分別降至1.5%，1.7%，2.1%，符合了國家標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，由原來的不合格變?yōu)楹细瘛?/p>

3 結(jié)束語

優(yōu)良的電能質(zhì)量對現(xiàn)代企業(yè)的運營有著非常重要的作用。我們要綜合分析電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因，結(jié)合相關(guān)治理諧波的經(jīng)驗，配置和開發(fā)更有效的濾波器，最大限度地降低諧波對電能質(zhì)量的影響，使企業(yè)能更好地創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)與社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1]徐進(jìn)，陳昊.石化低壓配電系統(tǒng)中的諧波及其治理[J].電氣時代，2005（12）.

[2]杜久永.企業(yè)供電系統(tǒng)的諧波治理與無功補償技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究，2013（33）.

〔編輯：陳文強〕

Abstract： The harmonic voltage distribution systems for power quality has a very significant impact. Understanding enterprise grid harmonic hazards found in the main source of all kinds of motor drag harmonics， passive filters and active harmonic filters governance were compared， and proposed an easy to install modular configuration solution.

Key words： low-voltage distribution systems； harmonic； filters； power quality

摘 要：電網(wǎng)諧波對低壓配電系統(tǒng)中的電能質(zhì)量有著非常重要的影響。認(rèn)識企業(yè)電網(wǎng)中諧波的危害，找到各種電機拖動中諧波的主要來源，對無源濾波器和有源濾波器治理諧波進(jìn)行了比較，并提出了一種容易安裝的模塊化配置方案。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng)；諧波；濾波器；電能質(zhì)量

中圖分類號：TM642.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）04-0039-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速增長，供電系統(tǒng)的運行變得越來越穩(wěn)定，一般情況下能正常地保證供應(yīng)企業(yè)和人們的日常用電。在保證供電可靠性、安全性的前提下，企業(yè)正常運轉(zhuǎn)還需要優(yōu)良的電能質(zhì)量。但是由于非線性負(fù)載的數(shù)量增加，大量諧波的產(chǎn)生容易對企業(yè)正常的生產(chǎn)與運行造成不良影響，甚至可能引發(fā)安全事故。因此，我們有必要采取相應(yīng)的技術(shù)措施以保證供電質(zhì)量。

1 企業(yè)電網(wǎng)中諧波的分析

隨著生產(chǎn)工具和技術(shù)的不斷升級，日益提高的生產(chǎn)力使得電力負(fù)荷急劇增加，電網(wǎng)中各種變頻調(diào)速裝置、整流器等部件的負(fù)荷容量不斷增長。大量電力電子功率器件和裝置在電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用，它們在為企業(yè)生產(chǎn)節(jié)約能源的同時，也為供電網(wǎng)絡(luò)電能質(zhì)量帶來了嚴(yán)重的污染。大量的諧波和無功電流注入供電系統(tǒng)，造成系統(tǒng)效率降低、功率因數(shù)變差等后果，并對其他設(shè)備和裝置產(chǎn)生擾動，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電能質(zhì)量和電力設(shè)備的安全運行。因此，電能質(zhì)量測試是電網(wǎng)安全運行評價與研究的一項重要內(nèi)容，而對諧波處理的研究尤為重要。

選取某市某工業(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)，測試0.4 kV電網(wǎng)的電壓和電流。主要利用Fluke435電能質(zhì)量分析儀進(jìn)行諧波測試。

1.1 電壓測試情況

根據(jù)表1的檢測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)電壓已經(jīng)超過國家標(biāo)準(zhǔn)。在低壓供電系統(tǒng)中，0.4 kV系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓畸變率不超過5%，究其原因，是電網(wǎng)中諧波電流流入電網(wǎng)帶來的諧波電壓。因此，需要進(jìn)行電壓諧波的治理。

1.2 電流測試情況

表2的檢測結(jié)果顯示，電網(wǎng)電流發(fā)生明顯的畸變?；兟屎透魈幹C波含有量見圖1所示。

造成電流畸變現(xiàn)象的原因是該企業(yè)采用了6脈動的變流器給電機供電，其特征次諧波是h=6k±1（k為正整數(shù)）次，這與現(xiàn)場實際情況相吻合。

在現(xiàn)代化企業(yè)供電系統(tǒng)中，諧波對電能質(zhì)量的影響最大，主要的諧波源有各種變頻器、整流設(shè)備、晶閘管變流設(shè)備和一些用于節(jié)能的電子控制裝置。諧波會給各種用電設(shè)備帶來不利影響，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，直接威脅到企業(yè)的正常生產(chǎn)。

2 企業(yè)諧波治理措施

諧波對通信和電網(wǎng)中幾乎所有的設(shè)備都有不良影響，因此，諧波治理是目前急待解決的問題。消除諧波的方式：裝設(shè)濾波器濾除諧波。

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)的諧波補償裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性強、投資較少、容易維護(hù)等優(yōu)點，目前在老舊企業(yè)中有部分應(yīng)用，但它存在體積大、易造成電壓鼓包和電網(wǎng)電壓惡化等缺點，不符合濾波器的發(fā)展趨勢。

有源濾波器采用先進(jìn)的諧波電流檢測技術(shù)，實時檢測諧波電流，通過瞬時電流控制，實現(xiàn)諧波電流的動態(tài)補償。它可以自動地跟蹤電網(wǎng)諧波電流變化，有著非常好的可控性和快速響應(yīng)性。

有源濾波器的主電路主要由逆變電路、電感和直流側(cè)儲能元件組成。補償電流主要由有源電力濾波器提供。針對企業(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，可以開發(fā)小容量模塊化有源濾波器進(jìn)行靈活配置，從而起到更好的諧波治理效果。

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，但可以針對不同的供電系統(tǒng)配置不同數(shù)量的模塊。這樣可以根據(jù)需要靈活配置設(shè)備，從而實現(xiàn)資源的合理利用。據(jù)此，可以為該企業(yè)的供電系統(tǒng)配置兩個30 A的模塊化有源濾波器，采用主從控制方式，實時高效地補償電網(wǎng)諧波。這樣可以彌補機柜式有源濾波器不易于安裝、體積較大的缺點。

補償后電流波形如圖2所示。

電流的畸變率明顯下降，見圖3所示。

投入2個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三相電流總諧波失真（THD）分別由46.5%，46.3% 和47.5%下降至 7.4%，7.9% 和 6.8%，使電網(wǎng)電流波形趨近正弦波。同時，電網(wǎng)電壓的畸變率也得到很大改善，A，B，C三相電網(wǎng)電壓的畸變率分別降至1.5%，1.7%，2.1%，符合了國家標(biāo)準(zhǔn)限值的要求，由原來的不合格變?yōu)楹细瘛?/p>

3 結(jié)束語

優(yōu)良的電能質(zhì)量對現(xiàn)代企業(yè)的運營有著非常重要的作用。我們要綜合分析電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因，結(jié)合相關(guān)治理諧波的經(jīng)驗，配置和開發(fā)更有效的濾波器，最大限度地降低諧波對電能質(zhì)量的影響，使企業(yè)能更好地創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)與社會效益。

參考文獻(xiàn)

[1]徐進(jìn)，陳昊.石化低壓配電系統(tǒng)中的諧波及其治理[J].電氣時代，2005（12）.

[2]杜久永.企業(yè)供電系統(tǒng)的諧波治理與無功補償技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究，2013（33）.

〔編輯：陳文強〕

Abstract： The harmonic voltage distribution systems for power quality has a very significant impact. Understanding enterprise grid harmonic hazards found in the main source of all kinds of motor drag harmonics， passive filters and active harmonic filters governance were compared， and proposed an easy to install modular configuration solution.

Key words： low-voltage distribution systems； harmonic； filters； power quality