电力节能技术的研究和应用

2019-01-20冉碧莲刘汉英

资源节约与环保 2019年12期

洪流冉碧莲刘汉英

（国网重庆酉阳县供电公司重庆 409899）

引言

确保供电稳定，供电质量以及供电安全，是电力工程技术与电力工程管理等相关人员的光荣使命，随着社会上电力网络的逐渐扩大、电力的容量也在不断增加。其都在电网里面造成很多谐波，导致系统电压、电流波形出现不良波动，破坏电网质量，是造成电网恶化的主要原因。为了消除供电系统谐波，现如今的节能技术正在大力研究、应用，电力滤波器、电力无功补偿、变频器、软启动等技术课题[1]。

1 无功补偿的价值分析

电力系统运行过程中的无功功率，不仅会占用电力设备的容量，还会增加设备与线路的电能损耗，导致电压降低的现象出现，降低电能使用效率，影响电能供应可靠性，并造成一定的经济损失。在电力用户的角度来讲，最直接的体现为功率因数较低，并造成电力的浪费，如果功率因数小于0.9，电力部门将对电力用户进行罚款，降低电网经济效益的同时，还会增加电力用户的电费成本。此时，选择无功补偿设备，对无功功率进行补偿，实现无功就地平衡，能够优化电网电能质量，降低电网电能损耗，提升电压稳定性，提高电力企业社会与经济效益，降低电力用户使用费用。

2 高次谐波对并联补偿电容器的影响和应对策略

现阶段，电网系统应用众多的电子设备，导致电网运行的过程中出现非线性负荷提升的现象。基于此形成非常多的谐波并且导致电网里面正常工作在正弦波的电压与电流波形产生错误的波动，进而致使电网质量变差，提高线路的损耗。我们知道电容器的容抗与电力系统感抗的绝对值当达到非常接近的水平时，由于它们之间的物理作用就会产生不同程度的并联谐波，并且这种谐波的电流会在很短的时间内迅速增加十多甚至几十倍，随着谐波电流的增大，谐波电压也会出现畸变波动的情况，显著的增加电容器的负荷，导致变容器出现发热的情况。应对该种现象的方法比较简单，通过将电抗器串接在补偿电容器回路中，能够根据电抗器的绝对值，产生高次谐波，并且能够利用回路的电抗进行感抗，以此来让调谐滤波器达到吸收电网里面的高次谐波的目的[2]。

3 若干无功补偿方案的对比分析

TLFP－1.2型智能动态无功补偿滤波设备的优势是迅速投切，这种设备就算在工作过程中没有电流也不会产生谐波，可以很好的减小供配电系统损耗，缺点为是一种有级投切。TLFP－3型有源滤波器的优点为高速动态响应，这种滤波设备不会和供配电系统出现冲突，因此也就不会产生谐振滤波，同时这种设备也不会受系统电压、阻抗以及电流方向等方面的影响，劣势是其生产成本较高。LVCA型静态无功功率补偿设备的优缺点比较明显，其优势方面是：制造成本低，劣势为不适合负载快速变化工作状况对谐波电流形成放大，会加大电网负担，容易使电容器损坏。

4 对无功补偿设备的要求

（1）通常情况下根据目标功率因数、自然功率因数、负载属性以及配电电压容量等众多因素确定补偿电容器的容量。值得注意是，如果无功补偿的区域存在谐波，则需要做好电抗器串联工作，产生协调支路，这样能够将补偿位置的谐波消除[3]。

为了提高电力系统运行的经济性、稳定性以及安全性，需要做好无功就地平衡工作，在最近的位置进行无功补偿。通常采用在距离损耗最小的位置安装无功补偿装置，根据经济条件以及技术要求等，确定采用哪种无功补偿装置，如就地设置、集中设置等方式。

（2）电容器投切的物理量主要包括以下几种部分：无功功率、无功电流以及功率因数，将无功功率物理量转变为参数物理量，这样可以防止系统轻载状态下出现投切振荡的现象，同时能够避免无功倒送和过补偿的情况发生。

（3）投电容器的切开关和分担方式，一般采用循环投放、等容量分组的方式，并且采用按比例分配的方式进行电容器容量分组，无法达到合理补偿无功功率的效果。无功需求量的投切，需要根据电力系统运行所需的无功功率需求量来确定，通常采用模糊投切的方式，该种方式具有跟踪准确度高、调节顺畅性好以及适应面广等众多优点。一般我们在电力系统实际工作、控制的情况下，电压相对比较低时选择多分开关的原因是它拥有过零投切的作用[4]。可以把投入的涌流控制在不超过5%Ic，在这样的电力系统状态下，如果去除电容，也不会出现过压情况，设备运行安全性好、稳定性高，有效的延长设备的使用寿命。电源试点的高压真空接触器通常采用同步切除电容器的方法，防止电力系统重新合闸过程中出现电容器无法断开的情况，导致无功潮流变化，对电力系统稳定性产生负面影响[5]。

5 有源滤波器

在电力网络里面加入非线性电压、电流特殊性质的电器设备数目正在持续增多，并且这样的电器设备形成的谐波电流在电力网络阻抗上形成电压并且同时会和基波电压相互叠加造成电压发生畸变；在这种情况之下就会导致和电力网络联结的电器设备，例如：电动机、变压器、电容器、开关、电子设备以及控制系统的误动作，还会使电缆过热、电气设备产生噪声。要解决这种情况下产生的谐波就科学合理的办法就是使用有源滤波器。

5.1 有源滤波器具有的特殊属性

首先与其它滤波设备相比有源滤波器具有非常优异的限额动态性能，在运行过程中动态响应时间小于10毫秒。有源滤波器谐波消除后，并在无功功率补偿的状态下进行工作，功率因数能够约等于1。有源滤波器在并联状态下，具有非常宽的功率范围，具有非常好的经济性。同时，有源滤波器三项补偿的谐波电流可以同时进行2-60次谐波过滤[6]。

5.2 有源滤波器的运行原理

一般有源滤波器的开关合闸之后，其第一时间就会利用有限电流电阻为电容提供电能，这样能够对通电过程中形成的瞬间冲击电流进行有效约束。若电容的电压上升至额定值，接触器将会自动调整至闭合状态，此时有源滤波器启动。电容器作为储存能量的一种电气元件，其在运行的过程中通过内部的电抗器和IGBT逆变器对外输出补偿电流，为有源滤波器提供电能。此时，电容器通过电源板为监测装置、控制装置供给电能。有源滤波器通过借助外部CT对负载电流进行准确测量，并将测量的信息传递至信号板，由控制板完成谐波电流补偿与电流计算工作。此外，将产生的PWM驱动信号传递至驱动板进行下一步处理。然后驱动板驱动逆变器的IGBT就能够进一步把所要需用的补偿送到电力网络，从而实现滤波的作用[7]。

5.3 产品特点与功能

XDAPF3L系列：第一，这个产品型号能够同时滤除2至60次的谐波电流；第二，IGBT高速开关，（就是指20KHz），能够在极短的时间内滤除谐波；第三，这种滤波器对于输出电流的动态响应时间不会超过10ms；第四，其可以自动限流于额定电流；第五，这个产品既能够滤波同时也能够补偿基波无功；第六，设计与选择型号非常容易，仅仅需要测量负载电流的大小；第七，其最大的亮点在于能够多台设备（但是不能超过十台）并联工作运行，非常方便扩增容量；第八，它是汉字液晶面板，易于相关的工作人员进行操控；最后一个功能就是能够完成远距离的监测和控制。

XDAPF4L系列：第一，这个产品型号能够同时滤除2至25次范围内的所有或者也可以是选型次数谐波电流；第二；IGBT高速开关（这里指的是10KHz），也能够在很短的时间之内滤除谐波；第三，这个产品系列可以很有效地解决由三次谐波形成的中性电流；第四；其中线滤波效率是相线滤波速度的三倍；第五，它的输出电流动态响应时间不超过10ms；第六，其也能够自动限流于额定电流；第七，既能够滤波同时也可以补偿基波无功[8]；第八，这个产品系列能够多个设备（不能超过三台）并联运行，易于扩增容量，其余特点功能与XDAPF3L相同。