如何確定有源濾波設(shè)計(jì)容量

一、諧波的危害諧波主要是由諧波源產(chǎn)生。諧波對(duì)公用電網(wǎng)、電氣設(shè)備和通信系統(tǒng)都會(huì)有不同程度的影響。比如會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的附加損耗，增大機(jī)械振動(dòng)、噪聲和過電壓，使變壓器局部嚴(yán)重過熱。諧波使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以至損壞。諧波會(huì)引起公用電網(wǎng)中局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振，從而使諧波放大甚至引起嚴(yán)重事故。諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作。諧波會(huì)對(duì)鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生噪聲，或?qū)е峦ㄐ畔到y(tǒng)無法正常工作。目前解決諧波的最好方案是配置有源電力濾波器（APF)二、哪些場所需要安裝諧波治理裝置呢？在《GB/T14549-1993

電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定了諧波電壓限值，以及諧波電流的允許值。在《JGJ

16-2008民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》也規(guī)定了諧波限值和諧波治理方法，原文內(nèi)容如下：1.主要諧波源名稱所屬行業(yè)UPS、開關(guān)電源、逆變電源數(shù)據(jù)中心、通信、醫(yī)院、公用事業(yè)、商業(yè)等變頻設(shè)備工礦企業(yè)、商業(yè)、市政、、醫(yī)院、民用等地鐵、輕軌交通中頻爐、單（多）晶硅生產(chǎn)設(shè)備制造業(yè)電弧爐、交流弧焊機(jī)、感應(yīng)加熱裝置機(jī)械、能源、化2.典型非線性負(fù)荷的諧波頻譜負(fù)荷3th5th7th9th11th13th辦公設(shè)備、服務(wù)器、PC√√自動(dòng)化設(shè)備、PLC√√電子照明√√通信設(shè)備√√√UPS√√變頻設(shè)備√√√√廣播、電視演播室√√√√√

三、有源濾波設(shè)計(jì)容量如何確定？（這點(diǎn)是大家比較關(guān)注的）諧波治理根據(jù)諧波源的集中度情況，可選擇集中治理或就地治理。對(duì)于新建項(xiàng)目我們很難確切的計(jì)算出系統(tǒng)中的諧波含量，只能采取估算的方法，計(jì)算公式如下。若采用集中治理，有源電力濾波器容量計(jì)算公式為：

各行業(yè)諧波治理THDi推薦值行業(yè)類型典型諧波畸變率THDi地鐵、隧道、高鐵、機(jī)場15%通訊、商業(yè)建筑、銀行20%醫(yī)療行業(yè)25%汽車制造、船舶制造30%化工、石油35%冶金行業(yè)40%

若采用就地補(bǔ)償方式，有源電力濾波器容量計(jì)算公式為：

負(fù)載類型典型諧波含量THDi負(fù)載類型典型諧波含量THDi變頻器30~50中頻感應(yīng)加熱電源30~35電梯15~30六脈沖整流器28~38LED燈15~20十二脈沖整流器10~12節(jié)能燈15~30電焊機(jī)25~58電子鎮(zhèn)流器15~18變頻空調(diào)6~34開關(guān)電源20~30UPS10~25

考慮到要預(yù)量，上述計(jì)算值留一定的余需放大1.3倍左右，作為最終諧波容量比較合適。

例如：某銀行配電系統(tǒng)：變壓器的額定容量為1600kVA，變壓器變比為10/0.4kV。K取值為0.7，THDi取值為20%，采用集中治理方案，根據(jù)上述公式（1）可得317A,計(jì)算值放大1.3倍得出需要配置的有源電力濾波器的容量

317×1.3=412A便于容量選擇最終按照400A的容量配置。對(duì)于改造項(xiàng)目，建議先進(jìn)行電能質(zhì)量測試后，再根據(jù)測試結(jié)果選定諧波治理的容量和安裝方案。

四、安裝位置設(shè)計(jì)方案上圖集中治理的選型方案，有源電力濾波柜建議安裝在無功補(bǔ)償柜與出線柜之間，這樣電流采樣回路最短，接線更簡單，成本也更低。另外，采樣CT的安裝位置也很關(guān)鍵，直接關(guān)系到諧波治理的準(zhǔn)確性問題。從安裝和成本考慮，建議將采樣CT安裝于濾波柜和出線柜連接的那段主母排上。這樣安裝依據(jù)？有源濾波器自身相當(dāng)于一個(gè)電流源，而我們安裝有源濾波器是為了治理系統(tǒng)負(fù)荷產(chǎn)生的諧波的，所以采樣CT只計(jì)量負(fù)荷的電流才是最準(zhǔn)確的，濾波的效果才能達(dá)到最佳狀態(tài)。所以采樣CT不能計(jì)量無功補(bǔ)償柜和有源濾波柜自身的電流的。如果有源濾波柜按照在系統(tǒng)末端，就需要在有源濾波柜內(nèi)再安裝一套CT，與系統(tǒng)端的CT做減法運(yùn)算，得到負(fù)荷的電流。如果采樣CT安裝在電網(wǎng)側(cè)時(shí)，也需要在有源濾波柜內(nèi)再安裝一套CT，與電網(wǎng)側(cè)的CT做減法運(yùn)算，得到負(fù)荷的電流。下面是三種不同的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，有源濾波柜和采樣CT安裝位置：如下圖（供貨實(shí)物圖片），圖片由上海正爾廠家提供，其有源濾波器采用模塊化設(shè)計(jì)，單臺(tái)模塊容量有50A、75A、100A、150A多種規(guī)格，模塊高度僅200mm，單柜最多可放置6個(gè)模塊。還有一點(diǎn)需要注意，在諧波源較多的系統(tǒng)，為防止發(fā)生電網(wǎng)諧振，無功補(bǔ)償系統(tǒng)電容器應(yīng)串聯(lián)電抗器，除非經(jīng)計(jì)算證實(shí)不會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象。在配置有源濾波器后，也應(yīng)該這樣做。讓我們一起來了解下SVC和SVG的相似和不同吧電能質(zhì)量治理總是離不開電力系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償部分，它的主要作用是提高供配電系統(tǒng)的功率因數(shù)，從而提高輸電設(shè)備和變電設(shè)備的利用率，提高用電效率，降低用電成本；另外，在長距離輸電線路中，在合適的地點(diǎn)加裝動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置，還可以改善輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高輸電能力。隨著電力電子技術(shù)水平的提升，系統(tǒng)負(fù)載側(cè)的負(fù)載類型開始越來越多：老式同步調(diào)相機(jī)，純?nèi)莶⒙?lián)電容柜也已經(jīng)趨于少見，逐步被動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償器（SVC），靜止無功發(fā)生器（SVG）取代。但是對(duì)于不同的現(xiàn)場工況，如何選擇正確的無功補(bǔ)償方式已經(jīng)成為電氣人應(yīng)該要懂得的技能。本文就無功補(bǔ)償設(shè)備的種類與使用場合來闡述SVC與SVG的區(qū)別。

關(guān)鍵詞：無功補(bǔ)償，功率因數(shù)，SVC，SVG，簡介目前串聯(lián)電抗器的電容器補(bǔ)償裝置（LC組合）是提高功率因數(shù)廣泛的一種方式，當(dāng)用戶系統(tǒng)負(fù)荷為連續(xù)性生產(chǎn)，負(fù)載變化率不高時(shí)，一般采用固定補(bǔ)償方式，也可以采用由接觸器控制的分步投切的自動(dòng)補(bǔ)償方式，這個(gè)對(duì)于中壓、低壓供配電系統(tǒng)都適用。對(duì)于此種場合我們會(huì)使用靜止無功補(bǔ)償裝置：(SVC---StaticVarCompensator）--我司稱之為靜止型動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置（ANSVC）。

ANSVC例圖當(dāng)負(fù)荷變化較快，或者為沖擊性負(fù)荷時(shí)，或者無功需量為感性無功則需要快速補(bǔ)償或感性無功補(bǔ)償，例如制鋼行業(yè)的軋鋼機(jī)，商業(yè)場合的LED燈群等，系統(tǒng)對(duì)于無功功率的需求為變化快速，無功需量為感性。常規(guī)電容投切開關(guān)會(huì)因?yàn)轭l繁投切導(dǎo)致機(jī)械壽命與電氣壽命短時(shí)間結(jié)束，且由于電容器從運(yùn)行狀態(tài)斷開，退出電網(wǎng)后，在電容器的兩極之間存有殘壓，殘壓的大小無法預(yù)知，需要1-3分鐘的放電時(shí)間，所以再次投入電網(wǎng)的間隔至少要等到殘壓通過電容器內(nèi)部的放電電阻消耗至75V以下時(shí)才能進(jìn)行第二次投入使用，所以無法做到快速響應(yīng)而影響電網(wǎng)系統(tǒng)功率因數(shù)。對(duì)于此種場合我們會(huì)使用靜止無功發(fā)生器：（SVG---StaticVarGenerator）---我司型號(hào)（ANSVG）

ANSVG例圖SVG與SVC無功補(bǔ)償裝置的對(duì)比分析01工作原理不同(1)

SVC可以被看成是一個(gè)動(dòng)態(tài)的無功源。根據(jù)接入電網(wǎng)的需求，它可以向電網(wǎng)提供容性無功，也可以吸收電網(wǎng)多余的感性無功，把電容器組通常是并聯(lián)的方式接入電網(wǎng)，就可以向電網(wǎng)提供無功，當(dāng)電網(wǎng)并不需要太多的無功時(shí)，可以把電容器組斷開。(2)

SVG以大功率電壓型逆變器為核心，通過調(diào)節(jié)逆變器輸出電壓的幅值和相位，或者直接控制交流側(cè)電流的幅值和相位，迅速吸收或發(fā)出所需的無功功率，實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無功功率的目的。02響應(yīng)速度一般SVC的響應(yīng)速度小于1秒；而SVG的響應(yīng)速度不大于5ms，能更好的抑制電壓波動(dòng)和閃變，在相同的補(bǔ)償容量下，SVG對(duì)電壓波動(dòng)和閃變的補(bǔ)償效果最好。03低電壓特性SVG具有電流源的特性，輸出容量受母線電壓的影響很小。這一優(yōu)點(diǎn)使SVG用于電壓控制時(shí)具有很大的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)電壓越低，越需要?jiǎng)討B(tài)無功調(diào)節(jié)電壓，SVG的低電壓特性好，輸出的無功電流與系統(tǒng)電壓沒有關(guān)系，可以看作是一個(gè)可控恒定的電流源，系統(tǒng)電壓降低時(shí)，仍能輸出額定無功電流，具備很強(qiáng)的過載能力；而SVC是阻抗型特性，輸出容量受母線電壓的影響很大，系統(tǒng)電壓越低，輸出無功電流的能力成比例降低，不具備過載能力。因此SVG的無功補(bǔ)償能力與系統(tǒng)電壓無關(guān)，而SVC的無功補(bǔ)償能力隨系統(tǒng)電壓的下降線性降低。04運(yùn)行安全性能SVC以電容投切為主要補(bǔ)償手段，而電容本身對(duì)諧波有吸收和放大的作用，對(duì)于諧波的抑制依靠串聯(lián)電抗器來實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于部分諧波依舊會(huì)進(jìn)入電容器組件引起電容發(fā)熱，導(dǎo)致安全事故，系統(tǒng)電壓波動(dòng)大時(shí)，補(bǔ)償效果受很大影響，運(yùn)行損耗大；SVG配套電容器不需要設(shè)置濾波器組，不存在諧振放大現(xiàn)象，SVG是有源型補(bǔ)償裝置，是采用可關(guān)斷器件IGBT構(gòu)成的電流源裝置，從而避免了諧振現(xiàn)象，運(yùn)行安全性能大大提高。05諧波特性SVC利用電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，不僅受到系統(tǒng)諧波影響大，而且自身會(huì)產(chǎn)生諧波，必須配套采用電抗器，濾除SVC自身產(chǎn)生的諧波含量；SVG采用三電平單相橋技術(shù)，單相可輸出5電平電壓波形，采用載波移相的脈沖調(diào)制方法，不僅受系統(tǒng)諧波影響小，還可以抑制系統(tǒng)的諧波。與SVC相比，SVG采用多重化、多電平或脈寬調(diào)節(jié)技術(shù)等措施后，大大減少了補(bǔ)償電流中的諧波含量。06占地面積在相同的補(bǔ)償容量下，SVG的占地面積比SVC的減少1/2到1/3。由于SVG使用的電抗器和電容器比SVC少，因此大大縮小了裝置的體積和占地面積；SVC中的電抗器不僅本身體積比較大，而且考慮到相互間的安裝間隔，整體占地面積較大。07經(jīng)濟(jì)性在相同的補(bǔ)償容量下，由于SVG采用的IGBT與控制技術(shù)多采用國外先進(jìn)品牌，相比較SVC會(huì)昂貴很多