港口配電系統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備。有源電力濾波器安裝時(shí)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(diǎn)所預留的空間尺寸。一般新建項目時(shí)建議把有源電力濾波器安裝在無(wú)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(méi)有預留位置時(shí)，可放置在距離安裝點(diǎn)最近的安裝，同時(shí)兼顧配電房整體布局美觀(guān)。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中的電氣柜之間的安裝位置關(guān)系。如圖7所示。根據電容的特性可知，高頻電流更容易流入電容。當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(shí)，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(wú)功柜阻抗更小時(shí)，有源電力濾波器發(fā)出的反向諧波也會(huì )流入無(wú)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(wú)功需求變化迅速的時(shí)候，有源電力濾波器可以迅速跟蹤補償快速變化的部分無(wú)功需求，達到治理諧波，同時(shí)保護無(wú)功柜的目的。

圖7 有源電力濾波器邏輯位置

根據以上分析結果，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設備選型

依據實(shí)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(shí)際測量時(shí)全波電流是比較容易測量和觀(guān)察的，而且在計算諧波電流時(shí)，用全波電流計算和基波電流計算差別不大(見(jiàn)式(3))，因此可以用全波電流進(jìn)行估算。

根據上述式子可以計算出各條配電系統所需補償的諧波電流。根據諧波電流，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

根據計算得出的數據，可以選擇相應容量的有源電力濾波器。有源電力濾波器在進(jìn)行電能治理的時(shí)候，可以同時(shí)治理諧波、補償無(wú)功和三相不平衡電流。由上述分析可知，港口的負載對無(wú)功的需求變化比較快，而導致功率因數較低，有源電力濾波器可以對這部分快速變化的無(wú)功進(jìn)行跟蹤補償，配合原有的無(wú)功柜使用，可以大幅降低改造費用，達到一個(gè)很好的補償無(wú)功的效果。由于有源電力濾波器是同時(shí)發(fā)出無(wú)功電流和諧波電流的，所以在選擇有源濾波器的時(shí)候，為了使濾波效果明顯并且兼補無(wú)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(chǎng)所進(jìn)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

對該配電系統進(jìn)行實(shí)際測試后，安裝一臺有源電力濾波器ANAPF75-380/BGC，在運行后進(jìn)行測量對比發(fā)現，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(xiàn)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%。功率因數也由治理之前的0.85上升到1.00，完美解決了供電系統中的諧波、不平衡和功率因低等問(wèn)題。治理效果對比如圖10。

圖10 治理效果對比

6、結束語(yǔ)

盡管諧波造成危害以各種現象表現出來(lái)，但是導致這些危害的根本原因是諧波電流。即非線(xiàn)性設備工作時(shí)，向電網(wǎng)發(fā)射的諧波電流。因此，無(wú)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(wèn)題的根源，雖然在有些場(chǎng)合諧波治理的目標是保證電網(wǎng)的電壓畸變率滿(mǎn)足國家標準，但是最終仍然落實(shí)到諧波電流的控制上。

諧波治理的最佳位置是在非線(xiàn)性負載的電源入口，這樣相當于將非線(xiàn)性負載轉變成了線(xiàn)性負載，諧波導致的一切問(wèn)題都迎刃而解。由于消除了諧波源，原來(lái)的配電系統就像工作在傳統的線(xiàn)性負載條件下，沒(méi)有任何隱患。對于設計人員來(lái)說(shuō)，由于進(jìn)行了諧波治理，無(wú)論進(jìn)行配電系統的設計，還是進(jìn)行制造系統的設計，都可以按照傳統的規范進(jìn)行設計，而不用考慮諧波帶來(lái)的種種風(fēng)險。大部分發(fā)達國家按照這個(gè)策略開(kāi)展諧波治理。達到這個(gè)目的的管理措施在采購設備時(shí)，提出滿(mǎn)足GB17625標準。

雖然在非線(xiàn)性負載的電源入線(xiàn)端治理諧波是最佳方案，但是這種方案可能成本較高，根據實(shí)際系統情況，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合起來(lái)，構成一個(gè)性?xún)r(jià)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(jìn)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(xiàn)性負載，在母線(xiàn)上統一治理。在設計方案時(shí)，可以根據配電系統具體情況進(jìn)行設計，以期達到一個(gè)完美的諧波治理效果。