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濾波技術(shù)——如何區(qū)分有源濾波和無源濾波

返回列表來源:領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間:2017-05-16加入收藏關(guān)注:-

專家講堂3


           諧波治理就像環(huán)境污染治理一樣。舉例說明,化工企業(yè)大量產(chǎn)生有害化工物質(zhì),不經(jīng)治理排放到河道,使河道中水嚴(yán)重污染。該化工企業(yè)無奈又要使用河道中的水,但是不經(jīng)處理,河道中的水是無法使用的。這是客觀存在的惡性循環(huán)。
          先進(jìn)電子設(shè)備,諸如電力電子變頻、可控硅整流設(shè)備、數(shù)字通訊設(shè)備、電氣鐵路設(shè)備、各類UPS、大功率半導(dǎo)體開關(guān)器件、開關(guān)電源等,還有電熔煉設(shè)備、電化學(xué)設(shè)備、礦井起重設(shè)備、電氣機車等都屬于非線性電源負(fù)荷。這些設(shè)備使得諧波電流不斷注入電網(wǎng),電力系統(tǒng)波形嚴(yán)重畸變。用電企業(yè)無奈用被污染的電源。這也是惡性循環(huán)!于是出現(xiàn)了自己污染必須自己治理的各項政策。
           一、有哪些治理電網(wǎng)諧波的政策?
           治理電網(wǎng)諧波是國家的一項既定政策。開發(fā)這方面的產(chǎn)品,既是當(dāng)務(wù)之急,也是企業(yè)發(fā)展的一條重要途徑。這是既可利國又可為企業(yè)創(chuàng)利的雙贏政策。
           1、為了確保提供合格的電能質(zhì)量,國家及有關(guān)主管部門相繼頒發(fā)了一系列標(biāo)準(zhǔn)、條例和規(guī)定,以保證電網(wǎng)和用電設(shè)備免受諧波的危害。
           2、公用電網(wǎng)的電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):
           電網(wǎng)是統(tǒng)一的整體,所有并網(wǎng)的發(fā)、送、供電設(shè)備和用電設(shè)備都必須接受電網(wǎng)諧波技術(shù)監(jiān)督管理。執(zhí)行公用電網(wǎng)諧波國家標(biāo)準(zhǔn)的目的是把公用電網(wǎng)中的諧波量控制在允許范圍內(nèi),保證供電電能質(zhì)量,防止諧波對電網(wǎng)和用戶的各種電氣設(shè)備和用電器具造成危害,保持安全經(jīng)濟(jì)運行。公用電網(wǎng)的諧波應(yīng)象治理環(huán)境污染一樣重視公用電網(wǎng)諧波污染的治理。諧波治理要依法進(jìn)行,這個“法”就是《中華人民共和國電力法》和《電能質(zhì)量-公用電網(wǎng)諧波》國家標(biāo)準(zhǔn),任何單位和部門都必須認(rèn)真貫徹執(zhí)行。然而在公用電網(wǎng)諧波方面國內(nèi)國際只針對高次諧波有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),Z高也只是21次諧波,而高頻高次諧波這一塊還沒有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

          (1)GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》中公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值見表1


中1

         (2)GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量、公用電網(wǎng)諧波》中注入公共連接點的諧波電流允許值見表2。

QQ截圖20170509115309

        二、諧波的危害
        諧波增加了輸配電系統(tǒng)和用電設(shè)備的附加損耗——鐵損(包括磁滯損耗和渦流損耗)和銅損,使設(shè)備過熱,降低設(shè)備的效率和利用率。由于諧波電流的頻率為基波頻率的整數(shù)倍,高頻電流流過導(dǎo)體時,因集膚效應(yīng)的作用,導(dǎo)致導(dǎo)體對諧波電流的有效電抗增加,從而增加了設(shè)備的功率損耗、電能損耗,使導(dǎo)體的發(fā)熱嚴(yán)重。具體說來,以上現(xiàn)象存在于以下環(huán)節(jié):負(fù)載電機、變壓器、輸電線路、電力電子設(shè)備、電力電容器(包括補償電容)。
        三、諧波的治理
        治理諧波問題,抑制輻射干擾和供電系統(tǒng)干擾,可采取屏蔽,隔離,接地及濾波等技術(shù)手段。濾波裝置又分無源濾波裝置或有源濾波裝置

             四、無源濾波和有源濾波

        濾波是將信號中特定波段頻率濾除的操作,是抑制和防止干擾的一項重要措施。諧波治理首先要控制好諧波產(chǎn)生的源頭,其次我們還要通過增加濾波裝置進(jìn)行諧波的消除。如何正確選擇有效的諧波質(zhì)量方案非常關(guān)鍵。消除諧波的設(shè)備要求頻譜范圍廣、能力要大、響應(yīng)時間要快而且使用方便、可靠、壽命長等。
       1、無源濾波裝置

            無源濾波裝置出現(xiàn)Z早,因其結(jié)構(gòu)簡單、投資少、運行可靠性較高以及運行費用較低,至今仍是諧波抑制的主要手段。LC濾波裝置是由濾波電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成,它包括三種基本形式:串聯(lián)濾波、并聯(lián)濾波和低通濾波(串并混合)。其中串聯(lián)濾波主要適用于三次諧波的治理;低通濾波主要適用于高次諧波的治理;并聯(lián)濾波是與諧波源并聯(lián),除具有濾波作用外,還有無功補償?shù)淖饔谩?/span>

無源濾波器LC回路

圖1    無源濾波原理圖

           這種方法的主要缺點是補償特性受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響,無源濾波裝置不能受控,它只能補償固定頻率的諧波。如果過濾不同的諧波頻率,則要分別用不同的濾波裝置。隨著時間的推移,配件老化或電網(wǎng)負(fù)載的變動,諧振頻率會發(fā)生改變,濾波效果下降,易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振,導(dǎo)致諧波放大,使LC濾波裝置過載甚至燒毀。目前,無源濾波裝置還是實際應(yīng)用Z多、效果較好、價格較低的治理諧波的較好方案。

       2、有源濾波器APF
       有源濾波器APF是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置,這種濾波裝置能對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補償,且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。
       有源濾波裝置根據(jù)動態(tài)補償諧波的原理,運用電力電子技術(shù)和計算機技術(shù),快速跟蹤諧波源產(chǎn)生的諧波頻率、相位和幅值,由裝置向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流,使流入電源的總諧波電流為零,其特性不受系統(tǒng)的影響,無諧波放大的危險,能同時濾除2至25次諧波,因而倍受關(guān)注。

           有源電力濾波裝置系統(tǒng)主要由指令電流檢測電路和補償電流發(fā)生電路這兩大部分組成。指令電流檢測電路的功能主要是從負(fù)載電流中分離出諧波電流分量和基波無功電流,然后將其反極性變化后發(fā)出補償電流的指令信號。電流跟蹤控制電路的功能是根據(jù)主電路產(chǎn)生的補償電流,計算出主電路各開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖,此脈沖經(jīng)驅(qū)動電路后作用于主電路。這樣電源電流中只含有基波的有功分量,從而達(dá)到消除諧波與進(jìn)行無功補償?shù)哪康?。根?jù)同樣的原理,電力有源濾波裝置還能對不對稱三相電路的負(fù)序電流分量進(jìn)行補償。

有源濾波器原理

圖2    有源濾波原理圖

        有源濾波器獲得比無源濾波裝置更好的治理效果,已逐漸成為諧波治理的重要技術(shù)手段和今后諧波治理領(lǐng)域的發(fā)展方向。有源濾波裝置具有同時消除多次諧波(2-25次)電流的能力,能實時、自動跟蹤控制,既能有效消除諧波,又能動態(tài)補償無功,改善三相不平衡度。而且不受系統(tǒng)運行方式影響,不會產(chǎn)生諧波諧振,對電力系統(tǒng)適應(yīng)能力強。

           3、無源濾波和有源濾波的對比

        (1)工作原理
            無源濾波器由LC等被動元件組成,將其設(shè)計為某頻率下極低阻抗,對相應(yīng)頻率諧波電流進(jìn)行分流,其行為模式為提供被動式諧波電流旁路通道;而有源濾波器由電力電子元件和DSP等構(gòu)成的電能變換設(shè)備,檢測負(fù)載諧波電流并主動提供對應(yīng)的補償電流,補償后的源電流幾乎為純正弦波,其行為模式為主動式電流源輸出。
        (2)阻抗影響
          無源濾波器受系統(tǒng)阻抗影響嚴(yán)重,存在諧波放大和共振的危險;而有源濾波不受影響。
        (3)頻率影響
         無源濾波器諧振點偏移,效果降低;有源濾波器不受影響。
       (4)負(fù)載影響
          無源濾波器可能因為超載而損壞;有源濾波器無損壞之危險,諧波量大于補償能力時,僅發(fā)生補償效果不足而已。無源濾波器補償效果隨著負(fù)載的變化而變化;有源濾波器不受負(fù)載變化影響。
        (5)設(shè)備造價
          無源濾波器較低;有源濾波器比較高。


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