有源电力滤波器在楼宇配电中的应用.pdfVIP

1、引言 近年来，各种现代化楼宇建筑向楼宇自动化方向迅速发展，这逐渐成为城市及国家发展 的一个重要参照物。高层建筑楼宇自动化系统(设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动 化系统) 中的大量自动化设备需要高质量的电源，但这些设备中相当一部分由于具有非线性负 载特性，又成为引发低压供电系统谐波畸变的扰动源。这些谐波源对供电系统造成严重污染， 使电能质量下降，不仅给楼宇中的电气设备、电子设备带来严重的危害甚至对整个楼宇智能 化系统产生不良影响。 因此，分析引发办公楼宇供电中谐波畸变的各类谐波源，并针对谐波畸变的危害提出适 宜的治理措施，对高层办公建筑中楼宇自动化系统的安全运行具有重要意义。 2、存在的问题 2.1 谐波来源 楼宇配电系统中的谐波主要来自两个方面：一是负载本身含有大量的谐波源，这些谐波 源可以产生大量的谐波电流，通过线路阻抗，又可以致使系统电压中出现谐波电压;二是公用 电网本身含有一定量的谐波电压，这部分谐波可以由网侧传输至配电系统。 楼宇配电系统中的负载有以下特征： (1)单相负载多 楼宇配电系统中，单相负载占到一半以上，而单相负载可以引起零序谐波，并能造成三 相不平衡以及三相相差不对称等问题。 (2)非线性负载比例高 楼宇配电系统中的主要设备有个人电脑、复印机、通讯设备、照明设备。部分楼宇配电 系统中还会有UPS 、一次电源等负载，这些负载都是楼宇配电系统中的主要谐波源。 (3)谐波源谐波畸变率大 据测试，楼宇配电系统中的谐波源的谐波畸变率都较大，如个人电脑谐波电流畸变率为 100%，UPS 畸变率约为20%-30%，一次电源谐波电流畸变率通常为40%-50% 。 (4) 楼宇配电中的大多数智能化及自动化设备对供电电能质量要求较高，特别是对谐波 敏感。 2.2 谐波危害 楼宇配电系统的谐波电压和谐波电流，对配电系统造成了极大的污染，不仅恶化了电网 电能质量，并对各种用电设备也造成了一定的危害。谐波对楼宇配电系统的危害主要有两部 分： 2.2.1 对配电网络的危害 (1)使变压器产生附加功率损耗、发热量增加以及产生脉冲转矩和噪声; (2)加速绝缘线缆老化、发热量增加、寿命缩短。严重时使系统短路，发生配电故障甚至 造成人身伤害; (3)对断路器、熔断器、继电器等各类保护设备产生干扰，使其误动作或者举动作。 2.2.2 对用电设备的危害 (1)使照明设备缩短寿命，对白光光源的照明设备影响更大。美国IES 照明手册明确指出， 若谐波电压畸变率达到5%，则白炽灯寿命缩短47%; (2)使电压表、电流表等各类电子测量设备测试误差增加; (3)容易引发无功补偿设备的串联谐振或者并联谐振，引起电容器涨肚甚至爆炸、导致无 功补偿设备无法投切、系统功率因数无法提高。 3 解决方案 目前的谐波治理设备主要无源滤波器以及有源滤波器。传统的无源滤波器具有结构简单 等优点，因此得到广泛的应用。但是随着各配电中心对电能质量要求的提高，无源滤波器的 局限性也逐渐凸显。基于此，有源滤波器(Active Power Filter) 由于其卓越的谐波补偿性能而被 广泛应用。相较于传统的无源滤波器，有源滤波器主要有如下优势： (1)动态补偿，并可同时对谐波、无功、三相不平衡进行补偿; (2) 受电网阻抗影响小，能抑制电网谐振; (3)补偿方式灵活，既可对特定的谐波源进行补偿也可以对多个谐波源进行补偿; (4)可无限制过载，不会降低配电系统的稳定性。 4 工程案例 某配电大楼因配电系统中存在大量谐波导致配电系统中线电流过大，电缆有发热现象并 且变压器温度过高且噪声明显，因此希望通过安装有源滤波器进行谐波治理。该大楼部分配 电如如图1 所示： 图1 大厦部分配电图 在该配电系统中，选取如图标示部分进行电能质量测试，发现该处的电流已经发生明显 畸变，如图2 所示： 图2 1#测试点谐波电流波形 由图2 可以看出：该测试点谐波电流已经发生畸变，尤其是波峰和波谷部分有明显的尖 峰，这很有可能是有3 次谐波含量较大引起的，这样的谐波波形因为有峰值电路变大以及变 化率di/dt 大的特点，对配电系统的危害也更为明显。 图3 1#测试点电压、电流频谱分析 由图3 频谱图可以看出，该配电系统中含有较多的3 次、5 次、7 次、9 次、11 次谐波。 其中也是3