有源濾波及智能電容技術在諧波治理上的應用

范正豪

摘要：根據目前諧波污染的實際情況為基礎，使用有源濾波和智能電容補償技術，找到最高效的諧波治理方法。對系統(tǒng)中諧波以及無功電流進行治理。本文主要從諧波的概念出發(fā)，研究分析諧波帶來的危害，重點討論有源濾波和智能電容在諧波治理方面的作用。以此來推動工業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：有源濾波;智能電容技術;諧波治理

通過有源濾波和智能電容補償技術，研發(fā)出經濟高效的，并且具有大容量的無功補償功能的諧波治理系統(tǒng)。主要是解決諧波以及無功電流所帶來的影響，最終達到提高電能質量標準的目標。保證功率因數達到0.95以上，最大程度的減少系統(tǒng)諧波污染的情況，使諧波治理和智能電容技術可以更好的使用在工業(yè)生產中。

一、諧波的概念

理想狀態(tài)的供電系統(tǒng)，要保證電流和電壓都是正弦波。在線性負載方面，當對其施加上正弦波電壓時，電流也是表現為同頻率的正弦波，不過，在非線性負載上增加正弦波電壓的過程中，就會出現偏離正弦波形，最終出現諧波。

簡單來說，諧波的內涵是指，主要是指對周期性的非正弦電量進行傅里葉級數分解時，電流中所具有的頻率是基礎波的整數倍電量，剩余的大于基本波頻率的電流產生的電量。出現諧波情況，主要的原因在于基本波的電流出現畸變，而出現畸變是由于正弦電壓加壓與非線性負載。

二、諧波的危害

隨著我國科技的不斷發(fā)展，目前，電力用戶無論是家用電器、辦公自動化以及工業(yè)控制設備，越來越多的使用到電子整流、高頻電路等非線性元件。這些非線性元件的加入，會導致出現多種高次諧波。會直接影響電網，導致電網正弦波出現變化。這種情況如果不進行控制，會導致問題越來越嚴重，帶來的危害也越來越大。所以，諧波問題已經逐漸被電力系統(tǒng)的技術人員所關注。對于諧波給電網帶來的主要影響，有以下幾個方面：

（1）諧波會產生諧波損耗，對于電網中的各類電氣元件以及構件來說，都是額外的損耗，會對電網的工作效率造成影響。對發(fā)電以及輸電過程、用電設備的工作狀態(tài)，都會造成破壞。

（2）電氣設備工作時，諧波會影響電氣設備的工作狀態(tài)，導致電氣設備工作異常。

（3）諧波對于繼電保護器來說，會影響保護器判斷，造成錯誤動作。

（4）諧波的出現會對相臨近的通信系統(tǒng)帶來嚴重的影響。

三、有源濾波及智能電容技術

（一）有源濾波諧波治理的關鍵技術

有源濾波諧波治理的關鍵技術，一是電壓的檢測，二是電流的補償。通過電壓的檢測以及電流的補償，能夠找到合適的電源電流，并抵消諧波，實現諧波治理。完成電壓檢測以及電流補償的過程，首先要通過指定電流原酸，完成電路內補償指令信號的計算。這一計算過程是，當補償電流導致電路放大時，通過電流運算，能夠計算得出補償電流和負載電流的匯總，從而獲得一個穩(wěn)定的補償電流，促使發(fā)布補償指令信號。其次，當指令信號輸出時，就可以完成諧波補償過程，利用電路中的無功等電流，將諧波進行抵消，實現有源濾波諧波治理。

有源濾波諧波治理技術，主要是來自電力電子技術，以及高速DSP器件的數字信號處理技術。通過這兩種技術的組合，有源濾波裝置能夠將治理過程劃分為電流運算過程以及補償電流過程，分別為指令電流運算電路，以及補償電流發(fā)生電路。由這兩部分電路組成的電力諧波治理設備，主要功能在于實現電路補償，并將諧波和基波進行分離，同時可以實現信號的處理，利用脈寬調至信號形式，實現補償電路的驅動脈沖發(fā)布。驅動脈沖的發(fā)布，主要包括IGBT、IPM兩個功率模塊。兩個模塊之間生成的電流，能夠與諧波進行抵消。這是由于驅動脈沖發(fā)出的電流，與諧波的幅值相等，同時極性相反。通過諧波抵消，有源濾波諧波治理完成了諧波消除的作用，并且是自動消除。

（二）智能電容無功補償的關鍵技術

（1）使用進口晶閘管控制電容器，實現無觸點、無沖擊和無過濾投切，和普通的補償柜相比，還具有消耗低、元件壽命長。免維護的特點。

（2）較少諧波諧振，最大程度的避免諧波放大。

（3）快速跟蹤系統(tǒng)負荷無功變化，實現實時動態(tài)響應。

（4）投切無沖擊，達到過零出發(fā)、投切速度塊、無機械觸點、無電弧重燃等目標。

通過對以上關鍵技術的研究，研發(fā)出新型電力電子綠色節(jié)能產品，可以為石化企業(yè)提供性能更加可靠的自動化、智能化的新型綠色產品。達到節(jié)能減排、降低成本、環(huán)境保護的目的。

動態(tài)無功補償裝置是使用無觸點半導體模塊作為開關，使用自動化控制，主要是由控制器動態(tài)投切開關、電容器、電抗器以及保護元件等組成。控制器可以及時有效的對被測量的負荷進行檢測。動態(tài)控制可以投切不同組數的電容器，要保證功率因數從始至終都要去預期要求。晶閘管過零觸發(fā)確保投切電容無沖擊、無涌流、無過渡過程。

四、應用技術

在實際應用中，要將有源濾波裝置和低壓動態(tài)無功補償裝置使用在相對應的配電室中。并且根據實際情況，使用合理的電能質量分析儀對回路電流電壓值、諧波和功率等指標進行測量。在實際工作中，主要分為以下三種情況。

首先，在有源濾波裝置和低壓動態(tài)無功補償裝置未使用時，通過電能質量分析儀采集三相電壓電流波形、三相電壓電流值、功率因數、電壓諧波和電流諧波。

其次，在單獨使用有源濾波裝置的時候，電能質量分析儀所采集的電壓電流數值、電壓電流諧波、功率因數和電流波形。

最后，有源濾波裝置工作模式作為補償諧波，智能補償自動模式。低壓動態(tài)無功補償裝置為自動控制，電能質量分析儀所收集的畫面。

結束語：綜上所述，通過本文的研究，可以得到以下兩個結論。首先是單獨使用有源濾波裝置可以有效的消除諧波;其次，在有源濾波裝置和低壓動態(tài)無功補償裝置都投入使用后，有源濾波裝置選擇消除諧波的模式，低壓動態(tài)無功補償裝置使用自動控制模式，結果為三相電流波畸變程度得到控制，功率因素提高;通過這次測試，可以得出：通過使用有源濾波和智能電容技術，可以最大程度的消除諧波所帶來的影響，給電網的安全使用提供保障，最大程度的減少了諧波對電氣設備的危害。可以有效的節(jié)約能源的損耗。保證企業(yè)的經濟效益。

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