濾波器下的電能質(zhì)量提高措施分析

馮亞明

（廣東光達(dá)電氣股份有限公司，廣東 佛山 528329）

0 引 言

在各級(jí)電網(wǎng)中會(huì)運(yùn)用大量的非線性負(fù)荷，產(chǎn)生非線性負(fù)荷的設(shè)備被稱之為諧波源。諧波源會(huì)產(chǎn)生一種名為諳波的污染，它會(huì)影響到整個(gè)電氣環(huán)境，包括電力系統(tǒng)和用戶。無(wú)論是保證電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行還是保證用電設(shè)備的正常運(yùn)行等，都需要對(duì)諳波污染進(jìn)行遏制。為了解決這一問(wèn)題就需要運(yùn)用濾波器有效減少諳波污染，從而改善電力系統(tǒng)。

1 濾波器

濾波器是由電容、電感以及電阻組成的濾波電路，可有效濾除電源線匯總特定頻率的頻點(diǎn)或該頻點(diǎn)以外的頻率，得到一個(gè)特定頻率的電源信號(hào)或消除一個(gè)特定效率后的電源信號(hào)。其主要是一種選頻裝置，選定的頻率成分能夠通過(guò)，從而過(guò)濾掉其他的頻率成分。

2 濾波器下的電能質(zhì)量發(fā)展情況

早在20世紀(jì)70年代初期，有源電力濾波器就有了基本的原理和結(jié)構(gòu)，但因?yàn)榧夹g(shù)原因，未能使其投入到電力系統(tǒng)中工作。在80年代，因?yàn)榧夹g(shù)的發(fā)展，新型電力器件的出現(xiàn)和研發(fā)，使得有源電力濾波器的相關(guān)技術(shù)得到了發(fā)展。隨著不斷的推進(jìn)和發(fā)展，有源電力濾波器越發(fā)成熟，各種相關(guān)的使用方法和技術(shù)也被提上了日程，在電力系統(tǒng)中得到了有效的應(yīng)用，這對(duì)我國(guó)電能輸送環(huán)節(jié)的安全、高效以及可靠提供了一定的保障[1]。

在時(shí)代的不斷前進(jìn)和社會(huì)的不斷發(fā)展中，電力電子設(shè)備等被廣泛地應(yīng)用于各種場(chǎng)所，這使得人們?cè)桨l(fā)注重電能質(zhì)量中的各種問(wèn)題，特別是諧波源電力設(shè)備產(chǎn)生出的諳波污染對(duì)用戶和電力系統(tǒng)的影響。這都引起了電力系統(tǒng)相關(guān)人員的重視，使其不斷更新技術(shù)和方法，對(duì)諳波污染進(jìn)行遏制，從而提高電力的安全輸送和電能質(zhì)量。濾波器下的電能質(zhì)量如圖1所示。

圖1 濾波器下的電能質(zhì)量圖

3 電能質(zhì)量問(wèn)題

3.1 諧波污染

在電力系統(tǒng)中會(huì)運(yùn)用到非線性負(fù)荷，因此會(huì)產(chǎn)生諧波，而諧波會(huì)對(duì)公用電網(wǎng)、電氣設(shè)備以及通信系統(tǒng)產(chǎn)生不同程度的影響。諧波會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中產(chǎn)生電機(jī)的附加損耗，增大機(jī)械振動(dòng)、噪聲及過(guò)電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱，縮短相關(guān)的電氣設(shè)備壽命，結(jié)緣層老化，影響到電力的使用安全。此外還會(huì)放大電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而發(fā)生重大的安全事故，造成嚴(yán)重的損失經(jīng)濟(jì)，甚至還會(huì)影響人身安全。

3.2 電壓和無(wú)功功率

電壓和無(wú)功功率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。電壓偏移過(guò)大時(shí)會(huì)影響到用電設(shè)備的運(yùn)行特性，進(jìn)而影響到用電設(shè)備的取用功率，對(duì)電力系統(tǒng)造成不好的影響。無(wú)功功率越大變壓器的使用效率就越低，功率因數(shù)也越低。此外，功率因素也不可超前，超前會(huì)造成電壓升高，電氣設(shè)備絕緣電阻下降，最終造成電網(wǎng)運(yùn)行發(fā)生危險(xiǎn)。要想保證電力系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行就需要保證電壓系統(tǒng)具有充足的無(wú)功功率[2]。

4 有源濾波器在電力系統(tǒng)中的作用

電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了上述所說(shuō)的問(wèn)題，既然出現(xiàn)問(wèn)題，就需要相應(yīng)的解決辦法，從而為電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供一個(gè)有效的保障。有源電力濾波器則能夠有效的解決這些問(wèn)題，它是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波，補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝備，能夠?qū)Σ煌笮『皖l率的諧波進(jìn)行快速跟蹤補(bǔ)償。它較之無(wú)源LC濾波器有了更大的發(fā)展，無(wú)源LC濾波器只能被動(dòng)的吸收固定頻率的諧波，但有源電力濾波器則實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，既可以補(bǔ)償諧波又可以補(bǔ)償無(wú)功和不平衡。濾波器原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 濾波器原理結(jié)構(gòu)圖

5 濾波器下的電能質(zhì)量提高的相關(guān)措施

5.1 加大濾波器設(shè)備的技術(shù)研發(fā)

現(xiàn)今更多的電力系統(tǒng)中使用有源電力濾波器，它相比之前的無(wú)源LC濾波器有了較大的發(fā)展，從而也就督促電力設(shè)備研發(fā)人員加大研發(fā)力度，使其更加優(yōu)秀，更能適用于電力系統(tǒng)中，提升電能質(zhì)量。有源電力濾波器控制雖然具有較好的靈活性，但是耐壓越高其開(kāi)關(guān)損耗也就越大，頻率也會(huì)變得較低。人們?cè)絹?lái)越重視諧波產(chǎn)生的影響，使得有源電力濾波器的使用越發(fā)被看重，需求量也不斷增加，這就要求有源電力濾波器相關(guān)的技術(shù)要跟上前進(jìn)的步伐。

5.2 加大資金投入

好的設(shè)備就需要更多的資金支持，有源電力濾波器與無(wú)源濾波器相比資金投入量巨大，兩者的費(fèi)用比大概在7:1左右，這就使得一些小的電力公司會(huì)選擇將無(wú)源電力濾波器投入到電力系統(tǒng)中使用。但有源電力濾波器的控制更加靈活，對(duì)于諧波抑制的作用也比無(wú)源濾波器更好，兩者相比較，雖然有源電力濾波器的投入資金大，但收獲的成效比無(wú)源濾波器更好，從而各個(gè)電力公司應(yīng)加大對(duì)有源電力濾波器的投入使用[3]。

無(wú)源濾波器在時(shí)代的不斷前進(jìn)發(fā)展中越發(fā)不適用于電力系統(tǒng)，它在濾除諧波時(shí)只可濾除某一次或多次諧波，這就造成效率低下。但其因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行可靠性較高及運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)仍被廣泛的運(yùn)用于電力系統(tǒng)中的濾除諧波中。有源電力濾波器在無(wú)源濾波器的基礎(chǔ)上做出了改進(jìn)，它克服了無(wú)源濾波器的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)，不只是固定的進(jìn)行補(bǔ)償，也不再處于一種被動(dòng)的狀態(tài)，它實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，較之無(wú)源濾波器的效率高，因此電力公司應(yīng)加大資金投入引用有源電力濾波器。

5.3 采用新型技術(shù)

美國(guó)電力研究院現(xiàn)已提出一種定制電力的概念，主要就是將一些電力電子高新技術(shù)運(yùn)用在電力系統(tǒng)中，減少電力運(yùn)行中出現(xiàn)的諧波、電壓不穩(wěn)及不平衡等問(wèn)題。依據(jù)用戶的需要和要求進(jìn)行電力配置，定制用戶所需要的電力，進(jìn)而提高電力質(zhì)量和電力的安全運(yùn)行。對(duì)用戶進(jìn)行定制電力供應(yīng)，減少一些供電事故的發(fā)生。通過(guò)將大功率電力電子技術(shù)和配電自動(dòng)化技術(shù)綜合起來(lái)，對(duì)電能質(zhì)量敏感的用戶提供的電力達(dá)到他們所需求的水平，極大地滿足了用戶的需求，提高了用戶的用電滿意度。

電能是一個(gè)國(guó)家發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一，其質(zhì)量嚴(yán)重影響著用戶的用電是否安全。定制電力的采用能夠有效解決電能的質(zhì)量問(wèn)題。在現(xiàn)今廣泛運(yùn)用電能的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了較多的電能質(zhì)量問(wèn)題，因?yàn)橐恍┚軆x器的使用對(duì)電能質(zhì)量提出了較高的要求，若電能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)會(huì)使得這些精密儀器受到不同程度的損耗，這就需要對(duì)電能進(jìn)行一個(gè)質(zhì)量把控，從而適應(yīng)精密儀器的電能使用，也避免出現(xiàn)資源損耗和浪費(fèi)，減少經(jīng)濟(jì)損失。定制電力這一概念的出現(xiàn)能夠很好地解決這一問(wèn)題，通過(guò)電力公司對(duì)一些高要求電能質(zhì)量的企業(yè)或機(jī)構(gòu)進(jìn)行定制電力，從而滿足這些用戶的需求，也避免造成各種資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失[4]。

5.4 有源電力濾波器的選用

在電力系統(tǒng)中需要對(duì)電能的質(zhì)量進(jìn)行一定的檢測(cè)和分析，然后根據(jù)檢測(cè)和分析出的結(jié)果不同選擇不同效用的有源電力濾波器。在進(jìn)行諧波測(cè)試時(shí)是分散測(cè)試的，就這需要在選用有源濾波器時(shí)留有一定的余地，最好能夠采用就地補(bǔ)償?shù)姆绞椒椒?。在選取使用的有源濾波器后能夠及時(shí)對(duì)諧波進(jìn)行調(diào)控治理。在投入有源濾波器使用后，還要進(jìn)行測(cè)試，查看諧波被治理后的效果，從而及時(shí)作出調(diào)整，以減少諧波的諳波污染，提高電能質(zhì)量，保證電力系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。

有源電力濾波器的應(yīng)用場(chǎng)合較多，主要包括配有變頻設(shè)備等類似負(fù)載的場(chǎng)合、配有不穩(wěn)定負(fù)載的場(chǎng)合、辦公大樓、商業(yè)區(qū)以及電氣化鐵路等，從而在選用有源電力濾波器時(shí)要根據(jù)場(chǎng)合的不同選取容量適用的有源電力濾波器，從而及時(shí)對(duì)電力進(jìn)行調(diào)控，使得電力更好的運(yùn)作[5-7]。

5.5 完善電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量，能夠及時(shí)、迅速地獲得電能質(zhì)量相關(guān)信息。目前，電力系統(tǒng)中對(duì)于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的儀器使用也較多，但都作用于對(duì)電能的持續(xù)性和穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)管，而現(xiàn)今的電力系統(tǒng)對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)管提出了新的要求，如可以捕捉快速瞬時(shí)干擾的波形和各種諧波之間的數(shù)值，具有高效的識(shí)別能力等，只有這樣才能夠及時(shí)、快速地發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的問(wèn)題，從而進(jìn)行解決，為用戶或者公司輸送安全、高效的電力。

為了促進(jìn)電力系統(tǒng)的高效、安全運(yùn)作，還需要嚴(yán)格管理電能質(zhì)量，建立起針對(duì)電能管理的體系。嚴(yán)格把控電壓和電子設(shè)備等，對(duì)電力人員和部門，使得他們認(rèn)真完成每日的電力電能質(zhì)量檢查，制定相關(guān)的規(guī)章制度進(jìn)行監(jiān)管。對(duì)于諧波、三相不平衡以及電壓閃變等不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題一定要組織電力人員進(jìn)行定期檢查，以避免發(fā)生危險(xiǎn)事故，此外國(guó)家也要建立相應(yīng)的電力監(jiān)管部門進(jìn)行統(tǒng)一管理和監(jiān)管，從而使得電力運(yùn)行安全、高效[8-10]。

6 結(jié) 論

提高電能質(zhì)量是為了滿足更多行業(yè)對(duì)于電能的高質(zhì)量需求，這也是時(shí)代發(fā)展的需求，只有這樣才能促進(jìn)電力系統(tǒng)的發(fā)展。對(duì)電能質(zhì)量的提高，濾波器作出了不小的貢獻(xiàn)，當(dāng)然也需要加大技術(shù)研究資金的投入，不斷研發(fā)濾波器，降低其制作費(fèi)用，從而使其更快、更全面地投入到電力系統(tǒng)的工作中，減少諧波產(chǎn)生的污染，使得用電運(yùn)行安全高效。現(xiàn)今，有源電力濾波器的發(fā)展日趨成熟，能夠滿足用戶的需求，國(guó)內(nèi)也有許多高校和機(jī)構(gòu)對(duì)此積極進(jìn)行研發(fā)并取得了相應(yīng)的成果，通過(guò)這些研究人員的努力，我國(guó)的電力系統(tǒng)會(huì)更加完善和優(yōu)質(zhì)。