采矿技术 第７卷 第２期 Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ， Ｖｏ ｌ ． ７， Ｎｏ ． ２ Ｉ ＳＳＮ １ ６７１一２９００ ＣＮ ４３一１ ３ ４７／ＴＤ ２ ００ ７年 ６月 Ｊ ｕｎ． ２００７ 低 压 配 电 室 电 网谐 波 分 析 及 治 理 唐慧敢 （中国铝业广西分公司， 广西 百色市 ５ ３１ ４ ０ ０） 摘 要： 随着电力电子技术的发展和广泛应用， 供电系统中增加了大量的非线性负载， 引 起了电网电流、 电压波形的崎变， 高次谐波显著增加， 成为电网中的“公害”。结合实际对 低压配电室谐波电压、 电流及分布进行了实测， 提出了采用动态混合有源滤波器进行改造 的方案， 并给出了具体的计算。 关键词： 电网； 非线性负载； 谐波； 滤波器 随着电力电子技术的发展， 供电系统中增加了 大量的非线性负载， 从低压小容量的家用电器到大 容量的工业变流装置的广泛应用， 引起了电网电流、 电压波形的畸变， 高次谐波显著增加， 成为了电网中 的“ 公害”。这些非线性负载产生高频谐波有 ３次、 ５次、 ７次、 ９次等更高次， 而在这些高次谐波中， 对 于工业用户， ５次、 ７次， １ １次、 １ ３次成为最大含量的 谐波分布。如果供电系统长期处于这种运行状况， 将可能导致变压器过热故障， 能量损耗增加， 功率因 素降低； 干扰电子设备（ ＵＰ Ｓ、 发电机、 电容）， 造成电 能和设备利用率不足， 出现过流、 过压、 过热， 绝缘老 化现象， 最终导致整个电网处于一个不安全的运行 状态。 １ 低压配电室技术数据测量 Ｆ 测试工具为 ＵＬ ＫＥ ４ ３ Ｂ型电能质量分析仪。 测试对象为变压器（ Ｓ １ ０一１ ｕ一１ ０ ０ ０ ／１ ０型号， １ ０ ０ ０ ｋ ＶＡ， １ ０ ／ ０． ４ ｋ Ｖ， ＤＹｎ Ｉ １）。非线性负载共计 ６台， 功率为５ ５ ０ ｋ Ｗ。现场实测技术数据见表１ 。表１中 的数据表明， 谐波电流超过国家标准３倍以上。 表 １ Ａ， Ｂ， Ｃ相的主要数据 Ｂ相 电压（ Ｖ） 电流（Ａ） 功率因数 ２２９．５ ２２９．３ 谐波电压（ Ｔ ＨＤ％） 谐波电流（ ＴＨＤ％） ５３３ ２．９％ ９．８３９８１％洲 Ａ相 Ｃ相 ２２ ５ ０． ３ 您 参数 ２３．２％ ２ 电网系统净化改造方案 目前， 国内先进的低压电网净化装置是动态混 合有源滤波器， 它由有源滤波器和无源滤波器及 自 动控制系统组成。 （１ ）无源滤波器。无源滤波器组成主要由电容 器、 电抗器、 电阻器串联而成。工作原理及特点：滤 波器并联在含有谐波的电网上， 根据需要补偿无功 功率和滤除谐波。该滤波器对基波频率补偿无功功 率， 对谐波呈现低阻抗， 从而滤除各次谐波电流。它 采用特殊设计的电容器、 电抗器的参数和结构， 滤波 效果显著， 结构紧凑， 操作方便， 保护齐全。同时解 决电流谐波与无功补偿问题。 （ ２）有源滤波器。有源滤波器组成主要由控制 器、 Ｉ ＧＢＴ组成的逆变器、电容器组成。工作原理： 通过实时地检测负荷电流， 并将所测量的谐波在高 性能的控制器中处理， 输出负荷中谐波信号， 用于控 制Ｐ ＷＭ（ 脉宽调制）的Ｉ ＧＢＴ功率模块， 并通过线路 电抗器注人反相位的谐波电流， 精确地把谐波电流 互相抵消。 （ ３）动态混合有源滤波器。动态有源滤波器性 能优越， 但价格高， 无源滤波器虽然存在一定缺点， 但价格优势明显， 两者有机结合， 则会在技术、 价格、 性能指标、 工作效率等方面有明显的优势。无源滤 波器和有源滤波器容量比例， 取决于负载的种类、 补 偿的目的、 负载谐波的特点。一般情况， 混合滤波器 在采用了无源滤波器后， 有源滤波器主要用来补偿 无源滤波器没有补偿的其他次谐波电流， 其中较大 的是 ３次谐波电流及少量的其它次谐波电流。无源 滤波器容量占整个滤波容量的７ ０％ 一８ ０％， 有源滤 波器容量占整个滤波容量的２ ０％ 一３ ０％。动态混 合有源滤波器采用并联有源滤波器与无源滤波器串 联的混合滤波器系统（ 见图 １）。 唐慧敢： 低压配电室电网谐波分析及治理 燕 非线性负载 电流｝ ！ 电压 信号｝ Ｉ 信号 ，／ 殊 一 附加 ； 电感 所以只以Ａ相数据进行计算。即： Ａ相总电流： ５ ２ ８ Ａ ｘ１ ． ３ ５ ＝７１ ３ Ａ Ａ相基波电流： ５１ ４Ａｘ１ ． ３ ５＝６ ９ ４Ａ Ａ相谐波电流： ７１ ３ Ａ ｘ ２ ２． ８ ％ ＝１ ６ ３ Ａ Ａ相有功电流：６ ９ ４ Ａ ｘ Ｏ． ８ ０ ＝５ ５ ５ Ａ Ａ相无功电流： ／ ６ ９ ４ ２一５ ５ ５ ２ ＝ ４１ ７ Ａ 变压器供出的总容量： 图１ 动态混合源滤波器系统 动态混合有源滤波中无源滤波器的多目 标优化 设计的主要原则如下： ３ ｘ２２９．５ Ｖ ｘ７１３ Ａ ＝４９０ ｋＶＡ 负载的有功容量： （１ ）系统的Ｌ， Ｃ参数必须满足不产生串、 并联 ３ ｘ２２９．５ Ｖ ｘ５５５ Ａ ＝３８２ ｋＷ 谐振的要求； 滤波器只补偿谐波的容量： （ ２）系统运行后， 基波无功容量应满足系统无 功补偿的要求 ； （ ３）系统运行后， 电网的谐波含量应符合国家 标准（ ＧＢ ／ Ｔ１ ４ ５ ４ ９一９ ３）； （ ４）考虑背景谐波， 一般将各次谐波电流加大 １ ０％ ； （ ５）确定电网频率的最大正负偏差量， 选择合 适的调谐锐度（Ｑ值）； （ ６）各次单调谐滤波器的Ｑ值相等 。 对于无源电力滤波器参数的优化， 单凭一项指 标难以评价其设计质量的优劣， 在实际的工程设计 中应考虑多个指标。本改造方案中采用遗传算法对 混合电力滤波器的Ｌ， Ｃ参数进行优化设计， 全面的 考虑动态混合有源滤波器的谐波滤波、 无功补偿、 谐 振和成本等综合问题。 ３ 动态混合有源滤波器容量计算 根据现场测试的无功功率因数及总谐波电流， 确定谐波滤波及无功补偿的容量。由于变压器的负 载大小在实际负荷波动时总是变化的， 三相负载的 谐波电流、 谐波电压、 功率因数也是变化的， 测试记 录的数据只是一个瞬间数据， 是一个典型值。考虑 到变压器所带负载中有部分负载在测试时没有投人 运行， 且负载变化时电流、 功率有进一步增加的可 能， 据此， 在数据计算时考虑一定的负荷变化系数， 以１ ． ３ ５倍数据进行计算。由于均为三相平衡负载， ３ ｘ Ｘ２９． ５ Ｖ ｘ１ ６３ Ａ＝１ １ ２ ｋ ＶＡ 滤波器只补偿无功的容量： ３ ｘ２２９． ５ Ｖ ｘ４１７ Ａ ＝２８７ ｋＶａｒ 滤波器补偿总容量： ／１１ ２２＋２８７２＝ ＝３０８ ｋＶＡ 考虑到变压器现在负载还不到额定负载的一 半， 今后还有负荷扩展的可能。另外， 经验的混合滤 波器选型应为设计计算结果的１ ． ２ ５一１ ． ３ ５倍， 并靠 大一档为最佳容量选型方案， 故此本设计拟选动态 混合滤波器补偿总容量为４ ５ ０ ｋ ＶＡ ４ 效益分析 （ １ ）改善电能质量。电网净化装置能全面改善 电网质量， 能滤除电网谐波， 补偿无功， 防止电网串 并联谐振， 防止电压波动和闪变， 提高设备运行的可 靠性， 减少事故率， 减少电器设维修费用和维修时 间。 （ ２）降低电能损耗。由于补偿了谐波电流和无 功电流， 使变压器和输电栽路的电流减少， 变压器和 输电线路的损耗减少， 节能约 １ ０％． （ ３）提高配供电能力。进行谐波补偿后， 功率 因数由０． ８提高到０． ９ ５， 谐波电流由２ ２． ８ ％下降到 接近于零， 使变压器的实际负荷大大下降， 有更大的 供电富裕能力。 （收稿 日期 ： ２ ００ ７ －０３ －１ ３ ）