港口配電系統(tǒng)諧波分析及其治理措施

5.3 有源濾波器的合理安裝

綜上所述，有源電力濾波器是諧波治理的理想的配套設(shè)備。有源電力濾波器安裝時需要考慮安裝的物理位置和邏輯位置，物理位置需要考慮安裝點所預(yù)留的空間尺寸。一般新建項目時建議把有源電力濾波器安裝在無功柜下端，與其他電氣柜的柜型顏色保持一致。對于后期改造項目，一般沒有預(yù)留位置時，可放置在距離安裝點最近的安裝，同時兼顧配電房整體布局美觀。在該項目中，有源電力濾波器安裝在配電柜最末端，柜型尺寸與其他電氣柜保持一致。

邏輯位置是指有源電力濾波器與其他供電系統(tǒng)中的電氣柜之間的安裝位置關(guān)系。如圖7所示。根據(jù)電容的特性可知，高頻電流更容易流入電容。當(dāng)有源電力濾波器邏輯位置在電容柜之前(更靠近變壓器端)安裝時，高頻電流更多的流入電容柜，而有源電力濾波器只能濾除一小部分。并且若無功柜阻抗更小時，有源電力濾波器發(fā)出的反向諧波也會流入無功柜，因此，有源電力濾波器邏輯位置要在電容柜下端。這樣既可以濾除諧波，在無功需求變化迅速的時候，有源電力濾波器可以迅速跟蹤補償快速變化的部分無功需求，達到治理諧波，同時保護無功柜的目的。

圖7 有源電力濾波器邏輯位置

根據(jù)以上分析結(jié)果，港口有源電力濾波器安裝在電氣柜末端，并以電纜并聯(lián)到系統(tǒng)中。如圖8所示為有源電力濾波器安裝位置。

圖8 有源電力濾波器安裝位置

5.4設(shè)備選型

依據(jù)實際測量掌握的情況，參照以下公式(1)(2)(3)：

其中: 為諧波總電流; 為基波電流有效值;

為全波電流有效值; 總諧波電流畸變率。由于實際測量時全波電流是比較容易測量和觀察的，而且在計算諧波電流時，用全波電流計算和基波電流計算差別不大(見式(3))，因此可以用全波電流進行估算。

根據(jù)上述式子可以計算出各條配電系統(tǒng)所需補償?shù)闹C波電流。根據(jù)諧波電流，選擇所需有源電力濾波器的容量。如表1所示為諧波電流含量。

表1諧波電流含量

根據(jù)計算得出的數(shù)據(jù)，可以選擇相應(yīng)容量的有源電力濾波器。有源電力濾波器在進行電能治理的時候，可以同時治理諧波、補償無功和三相不平衡電流。由上述分析可知，港口的負載對無功的需求變化比較快，而導(dǎo)致功率因數(shù)較低，有源電力濾波器可以對這部分快速變化的無功進行跟蹤補償，配合原有的無功柜使用，可以大幅降低改造費用，達到一個很好的補償無功的效果。由于有源電力濾波器是同時發(fā)出無功電流和諧波電流的，所以在選擇有源濾波器的時候，為了使濾波效果明顯并且兼補無功，可以選擇比測量值大一些濾波器。在這里推薦選擇可以補償75A諧波的有源電力濾波器ANAPF75-380/BGC，對該場所進行補償。圖9所示為有源電力濾波器安裝示意圖。

圖9 有源電力濾波器安裝示意圖

5.5治理效果

對該配電系統(tǒng)進行實際測試后，安裝一臺有源電力濾波器ANAPF75-380/BGC，在運行后進行測量對比發(fā)現(xiàn)，治理效果已經(jīng)明顯，電流波形由原先毛刺很大變?yōu)楣饣恼也ㄐ?，N線電流也由未治理前的43A降到10A。THDi由未治理前的21.3%、25.0%、28.0%降到2.6%、2.6%、2.6%。功率因數(shù)也由治理之前的0.85上升到1.00，完美解決了供電系統(tǒng)中的諧波、不平衡和功率因低等問題。治理效果對比如圖10。

圖10 治理效果對比

6、結(jié)束語

盡管諧波造成危害以各種現(xiàn)象表現(xiàn)出來，但是導(dǎo)致這些危害的根本原因是諧波電流。即非線性設(shè)備工作時，向電網(wǎng)發(fā)射的諧波電流。因此，無論諧波治理的最終目的是什么，其本質(zhì)就是減小負載(可能是一組負載)向電網(wǎng)注入的諧波電流，也就是使電流波形盡量畸變小，因為諧波電流是諧波問題的根源，雖然在有些場合諧波治理的目標(biāo)是保證電網(wǎng)的電壓畸變率滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，但是最終仍然落實到諧波電流的控制上。

諧波治理的最佳位置是在非線性負載的電源入口，這樣相當(dāng)于將非線性負載轉(zhuǎn)變成了線性負載，諧波導(dǎo)致的一切問題都迎刃而解。由于消除了諧波源，原來的配電系統(tǒng)就像工作在傳統(tǒng)的線性負載條件下，沒有任何隱患。對于設(shè)計人員來說，由于進行了諧波治理，無論進行配電系統(tǒng)的設(shè)計，還是進行制造系統(tǒng)的設(shè)計，都可以按照傳統(tǒng)的規(guī)范進行設(shè)計，而不用考慮諧波帶來的種種風(fēng)險。大部分發(fā)達國家按照這個策略開展諧波治理。達到這個目的的管理措施在采購設(shè)備時，提出滿足GB17625標(biāo)準(zhǔn)。

雖然在非線性負載的電源入線端治理諧波是最佳方案，但是這種方案可能成本較高，根據(jù)實際系統(tǒng)情況，可以采用靈活的方案。通常，可以將就地諧波治理與部分諧波治理結(jié)合起來，構(gòu)成一個性價比高的方案。對于功率較大的諧波源負載(例如變頻器等)，采用有源濾波器進行就地諧波治理，可減小向電網(wǎng)注入的諧波電流。對于功率較小，比較分散的非線性負載，在母線上統(tǒng)一治理。在設(shè)計方案時，可以根據(jù)配電系統(tǒng)具體情況進行設(shè)計，以期達到一個完美的諧波治理效果。