有源电力滤波器在电除尘谐波治理中的应用

杨卓权

（广东电力发展股份有限公司 沙角A 电厂，广东 东莞 523900）

沙角A 电厂4 号机组电除尘电场采用高压脉冲电源进行超低排放改造后，粉尘排放浓度和电源能耗都有了明显下降，存在可观的经济效益和社会效益。但是，电除尘器高压脉冲电源是一种由大量晶闸管等整流及换流设备构成的逆变式电源，这些电力电子元件使得除尘配电段的非线性负载增加，大量谐波电流注入到电网中，导致电压电流波形畸变，使电能质量下降，对厂用电源及其他电气设备的安全稳定运行造成危害。特别是谐波污染影响了上级6kV 配电系统除尘变综合保护装置的安全运行, 保护装置出现间隙性死机现象，无法保证保护功能正常使用[1]。

经过方案研讨，结合其他行业经验，沙角A 电厂采用有源电力滤波器对4 号机组380V 除尘4A、4B 段进行谐波治理，通过滤除除尘段系统中由高压脉冲电源产生的5 次、7 次等奇次谐波，减小其对本级用电设备及上游保护装置的不良影响，从而确保厂用电安全稳定的运行。

1 治理前系统情况

沙角A 电厂4 号机组380V 除尘配电系统主接线为单母线分段结构，正常工作时两台1000kVA 变压器及两路低压进线同时工作，低压母联断开，每段含两台高压脉冲电源负载。高频脉冲电源利用EMI 滤波器和三相整流桥，将三相380V 工作电源整流得到高压直流电，再经过IBGT 逆变模块和谐振网络输出20KHz 的高频交流电，最后高频变压器将其升压整流后形成高频高压脉动直流送至电除尘器[2]。大量的谐波电流因电除尘器高压脉冲电源的使用而注入到除尘段系统中，通过科陆CL316变送器电能表现场校验仪测试得出4 号机组4A、4B 除尘变高压侧电流谐波含量非常高，以5 次和7 次等奇次谐波为主，其中5 次谐波含量17%，7 次谐波含量13%，奇次谐波电流达150A。

2 有源电力滤波器

目前国内外谐波治理及抑制的主要技术有无源滤波及有源滤波两种。无源滤波装置通过电容和电抗构建结构简单的LC低阻抗回路进行滤除特定频率的谐波，因此，无源滤波装置成本价格比有源滤波装置低，技术也比较成熟，但存在着补偿效果差、受系统阻抗和负载变化影响等难以克服的缺陷。综合比较，以IGBT 为核心元件的有源滤波装置有着无可比拟的性能优势[3]。

如图1 所示，有源电力滤波器利用电流互感器实时检测系统中的负载电流，并反馈到其内部的DSP 和IGBT 控制逆变器等电能变换设备，从而主动向电网输出一个和负载谐波电流大小相等，方向相反的补偿电流，达到去除谐波分量的目的[1]。

图1 有源电力滤波器装置一次原理图

3 治理方案和实施效果

由治理前的谐波测量数据可知，沙角A 电厂4 号机组380V 除尘配电系统谐波问题较为突出，计划在每段变压器低压侧母线下加装一台KHAPF3(4)-150A/400/G 有源电力滤波器，滤波器输出额定电流150A，通过实时跟踪除尘配电段中的电流来补偿每段母线负载产生的最大谐波电流。

3.1 治理方案

有源滤波器安装接线如图2 所示，A 段装设的有源滤波器的动力电源取自380V 除尘4A 段母排，经空气开关至装置本体；B 段装设的有源滤波器的动力电源取自380V 除尘4B 段母排，经空气开关至装置本体。因380V 除尘4A、4B 段#1 柜已安装有电流互感器，不用重复装设CT，只需将有源滤波器的CT回路串接进#1 柜的原有CT 回路。因此，需新增电缆从380V 除尘A 段#1 柜CT 端子至A 段有源滤波柜TX接线端子；新增电缆从380V 除 尘B 段#1 柜CT 端子至B 段有源滤波柜TX 接线端子。

图2 有源滤波器安装接线示意图

3.2 试验数据

安装调试完成后，当负荷正常运行（55%-90%负荷率）时，用电能质量分析仪重点检测4 号机组380V 除尘4A、4B 段开启和关闭有源滤波器的两种状态的电源质量情况。（图3、4、5、6）

图3 除尘4A 段变压器谐波治理前电源质量测量情况

图4 除尘4A 段变压器谐波治理后电源质量测量情况

图5 除尘4B 段变压器谐波治理前电源质量测量情况

图6 除尘4B 段变压器谐波治理后电源质量测量情况

3.3 对比结果

从上面测量情况分析可得出谐波治理前后数据如表1。

表1 滤波前后谐波数据对比情况

可以明显看出，原有除尘系统中电压波形和电流波形被污染现象较为严重，安装有源滤波器后，除尘4A段线路中的谐波含量控制在1.6%，除尘4B段线路中的谐波含量控制在1.3%，均小于国标要求的低压配电系统电压总谐波畸变不大于5%的规定值[4]，4 号机组除尘段中谐波污染的现象得到了明显的改善，谐波滤除率均控制在90%以上。从测试结果看，有源滤波器的应用使得除尘段的谐波含量显著降低，有较好谐波治理效果。同时，经过谐波治理后，上级6kV 配电系统除尘变综合保护装置间歇性死机现象消失，故障率明显下降。

4 结论

沙角A 电厂4 号机组380V 除尘4A、4B 段加装有源滤波器改造项目，通过滤除除尘段的奇次谐波，减小了其对除尘系统的不良影响，综合保护装置功能恢复正常使用，在运行中故障的几率大大降低，确保了厂用电的安全运行，保证了用电设备正常使用。随着我们对碳达峰、碳中和等工作的持续推进,我国环保质量标准也将会不断的完善和提高,排放监督与控制也会更加严格。为了满足我国及地方的环保政策和法规的要求，作为沿海城市的重点企业，沙角A 电厂为响应国家的政策要求，降低污染负荷，必须规避影响电除尘器除尘效率的一系列问题。有源滤波器改造项目减少了对电除尘配电系统及其综合保护装置的损害和干扰，提高了除尘配电段供电的安全性和可靠性，确保电除尘设备安全可靠运行，这将有助于改善区域环境治理，为电厂持续改善环境质量，推动超低排放、绿色低碳发展增添助力。本项目是在电除尘高压脉冲电源谐波治理上的成功案例，对国内电厂在谐波治理上起到启示借鉴作用，具有良好的经济效益和社会效益。