企业供电系统的谐波治理与无功补偿技术研究

李　燕

[摘要]本文研究采用晶闸管动态投切滤波回路(TSF)的方式对企业供电系统产生的特征谐波进行动态滤除,同时补偿基波无功功率,改善电源的负荷特性,有效提高企业供电系统的功率因数,改善供电系统的电力品质,保障用电设备的稳定运行。

[关键词]谐波治理 无功补偿 功率因数 晶闸管投切滤波(TSF)

一、前言

在企业的供电系统中,从低压小容量电气设备到高压大容量用的工业交直流变换装置,均会引起电网电流、电压波形发生畸变,引起电网的谐波“污染”。笔者所在企业主要生产线设备的电源部分采用了大功率电力电子器件,并且电源功率柜系统采用直流供电,由三相可控硅(晶闸管)桥式整流将交流电整流为直流电供电源功率柜用。晶闸管可控整流电路是一个非线性的冲击性负荷,会产生流入电网的高次谐波电流,同时消耗大量的无功功率。谐波电流在电网阻抗上产生谐波电压,引起电网电压畸变,影响供电质量及运行安全;谐波使电能传输和利用的效率降低,使电气设备过热,产生振动和噪声并使其绝缘老化,使用寿命降低,甚至发生故障或烧毁;谐波会引起电力系统局部并联谐振或串联谐振,使谐波含量放大,造成电容补偿设备等设备烧毁;谐波还会引起继电器保护和自动装置误动作,使电能计量出现混乱;尤其是谐波的存在,常常导致产品品质不良,成品率下降,生产成本显著上升。由于以上诸多因素,如何有效改善供电系统的电力品质成为一些企业关注的焦点。

二、谐波治理方案与技术措施

1.本方案采用在每台设备的就地开关柜旁安装调谐5次滤波器一组,并在供电母线上安装一套动态滤波及无功补偿装置,即就地+集中滤波补偿的谐波治理方式。在每台生产设备旁加装调谐5次滤波器一组,既能大大降低负载电流,又消除了一部分谐波,使从生产设备距变压器这段低压线路的损耗大大降低,安装在母线上的动态滤波器组负责完成剩余谐波的滤除及无功补偿工作,这样既能保证谐波的滤除及无功补偿又能避免多台负荷之间的谐波干扰。

2.由图1可以看出,本方案采用的是分组滤波补偿的方法。电容器容量根据负载所需补偿容量的大小分为若干小组,每组为角内控制的三角形接法。三角形的每条支路由滤波电抗器、滤波电容器、反并联晶闸管组和RC吸收电路组成,由晶闸管控制电容器的投切。每条支路为一个LC滤波电路,这种滤波电路既可以滤除谐波,又可以补偿无功功率。建立滤波器组的系统整体优化数学模型,采用参数计算的分解协调方法设计L、C参数,通过PSIM软件对系统进行模拟仿真,决定投切电容器的容量和最佳的投入时刻,从而实现对供电系统近似连续可调的容性无功功率和实时动态补偿。

三、谐波治理方案的技术特点

1.就地+集中滤波补偿的综合治理方式

依据本企业设备的实际生产运行情况,采用每台生产设备就地开关配电柜旁安装调谐5次滤波柜一组,再在配电室供电母线上安装一套动态滤波及无功补偿装置的整体研究与设计思路,改变传统的L-C滤波器治理谐波方案,有效避免滤波器谐波过载及各生产设备之间电气设备产生串、并联谐振的现象。

2.精确的过零触发,实现无功精细补偿。

采用晶闸管无触点精确过零触发的技术方法,根据智能无功功率监控终端采集到的实时数据和滤波器组控制策略,决定投切电容器的容量和最佳投入时刻,控制电容器组进行集中分组精细补偿,改变过去一次性整组投切电容的技术方式,实现有效提高补偿精度,彻底解决欠补及无功倒送问题的技术目标。

四、谐波治理方案的经济效益

本谐波治理及无功补偿技术方案投入电网应用后,笔者所在企业20台生产设备供电系统的功率因数达到了O.95以上。一台生产设备正常运行时所需的实际功耗电流为210A,每台设备节约电流110A,20台设备共计节约2200A,相当于减少一臺1600KVA电力变压器的投入。在企业满负荷生产的情况下每年节约电网资源占用费约50万元,年平均节约电费120万元,同时能够降低供电系统的维修成本,增加企业供电电力设备的带载能力。

五、结语

对企业供电系统谐波治理及无功补偿技术的研究与推广应用,能够有效提高企业供电设备的功率因数,提高生产设备运行的稳定性,改善设备供电质量,节约企业电力资源和成本。

参考文献:

[1]王兆安等.谐波抑制和无功功率补偿.机械工业出版社,1998,9.

[2]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备.中国电力出版社,2006,8.

[3]李群,蒋平.电能质量与节能技术.中国电力出版社,2008,4.