混合型有源滤波装置应用实例解析

刘健平，揭兵有，鲁晰坤

(江铜－耶兹铜箔有限公司，江西南昌 330096)

混合型有源滤波装置应用实例解析

刘健平，揭兵有，鲁晰坤

(江铜－耶兹铜箔有限公司，江西南昌 330096)

通过对10kV电源进线上11、13次谐波超标的原因分析，结合无源及有源滤波器的优势，有针对性地制订了治理方案并成功实施改造，改造后不但进线功率因素能保证在0.93以上，而且将系统所有频次的谐波都很好地控制在国标限值以内。

谐波治理;无功补偿;无源滤波;有源滤波;混合型有源滤波

1 引言

整流器属于铜箔厂的核心设备，是为生箔机提供直流电源的装置，但由于整流器的工作特性，对其供电电源形成了一个典型的非线性负载，以整流器为代表的工业交、直流变换装置是公用电网中最主要的谐波源之一。自铜箔厂整流器投运以来，其两路进线电源就一直存在功率因素偏低，多次谐波超标的状况，供电部门要求限期整改。因此，研究和选用电网谐波治理和无功补偿新技术和新装备具有十分重要的现实意义。

2 铜箔厂整流器系统分析

铜箔厂共有12脉波可控硅整流装置4套，分别挂在两路10kV进线上，每路进线各挂两套整流装置，容量均为3150 kVA，最大输出电流直流50kA，最大输出电压直流50V。每套整流装置所带负载为6台生箔机。改造前系统图如图1所示。

图1 改造前系统图

由供电部门对铜箔厂进行的电能质量专项检测表明，铜箔厂生产线投运后，谐波污染严重，通过两条电源进线注入系统的谐波电流中11、13次超过国标规定的限值。不但增加了输电线路的能耗，也影响了电网的安全稳定运行。

表1 谐波频次数据表［2］

谐波的污染与危害主要表现在影响电力设备安全与信号干扰方面:

(1)在电力危害主面:消耗电力系统的无功储备;增加输电线损耗;缩短了旋转电机的寿命;造成电气元件及设备的故障与损坏，运行安全性下降;使电能计量产生较大误差［1］。

(2)在信号干扰方面:对通信系统产生电磁干扰，使电话和网络通讯质量下降;造成重要和敏感的自动控制和保护装置工作紊乱，误动和拒动的现象增加，导致可靠性下降;影响功率处理器的正常运行［2］。

在铜箔厂生产现场因电力与信号的干扰，出现过多起类似情况。如，生箔机的主进液管路上的电磁流量计就曾因为电磁干扰太大，不能正常显示流量，严重影响工艺控制的准确，后经技术人员对检测回路单独加装屏蔽装置，才确保了流量计的正常工作。主整流器与生箔机的PLC控制系统的网络通讯也因谐波干扰频繁误动作，不能保证生箔机系统的正常运行，后通过将通讯电缆由屏蔽电缆改为光纤，才避免了干扰。

但如果我们不从根源上解决谐波的问题，而只是“头痛医头、脚痛医脚”，不但会浪费大量的人力、物力，而且会因故障来源的隐蔽性与不确定性，大大影响生产的稳定运行。

3 治理方案

由于整流设备没有装配有载调压，也没有滤波装置，因此在不同工况下，系统的功率因数差异很大。满负荷时功率因数可达到0.8左右，低负荷时，整流装置控制角α偏大，降低了功率因数，功率因数只有0.2左右，考虑到在电网谐波较大的情况下直接投入电容器进行无功补偿会造成高频谐波的放大，可能引起电网不稳定，造成电容器承受高压，减少电容器的寿命，甚至损坏电容器，铜箔厂决定对系统进行无功补偿的同时也进行谐波治理，既提高功率因数，又大幅度降低谐波，保证配电系统安全稳定运行。

因为滤波器两种功能兼而有之，不但能滤除谐波，而且还能补偿基波无功功率，所以特别适合于铜箔厂的情况。

滤波器分有源滤波与无源滤波。无源滤波利用电容、电感元件的谐振特性，在阻抗分流回路中形成低阻抗支路，从而减小流向电网的谐波电流，无源滤波成本低、效率高、结构简单、维护方便、技术成熟，缺点是体积大、只能对特定谐波进行滤波，对于谐波次数经常变化的负载谐波效果不好，对某些次谐波还会产生放大作用，甚至出现谐振现象［3］。有源谐波则相当于一个谐波电流发生器，它跟踪谐波源电流中的谐波分量，产生与其相反的谐波电流，从而抵消谐波源中产生的谐波电流，可以对多个谐波源进行集中治理，具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波，即具有高度可控性和快速响应性等特点，同时还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，而且其滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险［4］，但装置造价较高。

我们综合考虑了无源滤波器成本低和有源滤波器性能优越的优点，结合铜箔厂的实际情况，将湖南大学电力工程学院成熟的混合型有源滤波技术的科研成果进行了转化。

铜箔厂现有的主整流器为12脉波整流，产生的特征谐波多为11、13次谐波，故在10kV高压两路进线上分别各安装一套混合型有源滤波装置，优先考虑采用针对11和13次谐波的两组无源单调谐滤波器，来滤除大量的11、13次谐波，以降低有源滤波器的容量，针对电网中还存在其它次数的谐波，则采用串联谐振注入型的有源滤波器，来实现动态治理，迅速响应谐波频率与大小发生的变化［5］。

混合型有源滤波系统中的11次和13次无源滤波支路分别可补偿无功930KVR和620KVR，有源滤波器注入支路可补偿无功0KVR－600KVR。就无功而言，混合型有源滤波系统提供的无功在0KVR－2150KVR之间可调，能够满足不同工况的要求［6］，保证1#，2#高压进线处功率因数达到1.0≥COSφ≥0.93。

铜箔厂正常生产时，存在以下四种工况:

(1)仅投运一套整流装置，且负荷较小;

(2)仅投运一套整流装置，但负荷较大;

(3)两套整流装置都投运，其中一套负荷较大，另一套负荷较小;

(4)两套整流装置都投运，且负荷都较大。

根据现场数据和整流器厂家提供的数据，通过电力系统仿真软件PSIM，对四种典型工况下采用本方案进行无功补偿和谐波治理时的系统状况进行了仿真实验［1］。

表2 谐波治理仿真表

改造后的系统图如图所示:

图2 改造后系统图

改造后两段进线的功率因素都能保证在0.93以上，在11，13次无源滤波器对单次谐波有效治理的基础上，有源滤波器还对电网中其它次数的谐波，例如:5，7次谐波进行了动态治理，使系统的所有谐波分量都控制在国标限值以内。

4 结束语

混合型有源滤波方式既能滤除特定的谐波，又能动态响应谐波的频率与大小的变化，而且无功补偿容量也动态可调，具有较大的灵活性，可以很好地适应各种工况的变化。实践表明，采用混合型有源滤波技术是解决工厂动态电能质量问题的有效途径。

［1］罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备［M］.北京:中国电力出版社，2005:67－72.

［2］张怡荣.江铜－耶兹铜箔有限公司电能质量论证报告［R］.南昌:江西省电力试验研究院，2005:23－29.

［3］Robert BHickey.电气工程师便携手册［M］.北京:机械工业出版社，2002:9－14.

［4］电力安全工作规程［K］.北京:国家电网公司，2009:11－18.

［5］陈宏国，黄挚雄.电力谐波治理装置数据采集系统设计［J］.可编程控制器与工厂自动化，2010(3):71111－14，110.

［6］张明勋.电力电子设备设计和应用手册［M］.北京:机械工业出版社，1990:56－59.

The Application and Analysis on Hybrid Active Filtering Device

LIU Jian－ping，JIE Bing－you，LU Xi－kun

(Jiangxi Copper－Yates Foils Co.Ltd，Nanchang，Jiangxi 330096，China)

Through analyzing the harmonic wave over－standard reasons of the high 11th，13th harmonic of 110kV power supply and combining advantages of passive filter and active passive filter，the article discusses the settlement method of harmonic elimination，and successful realizes modification.Not only power factor could been kept above 0.93，but also other harmonic waves are controlled in thenational standard.

harmonics eliminating;reactive power compensation;passive filtering;active filtering;hybrid active power filter

TM72

B

1009－3842(2012)05－0080－03

2012－06－21

刘健平(1971－)，男，福建龙岩人，主要从事铜箔公司电气设备管理工作。E－mail:ljphaohao@yahoo.com.cn