有源電力濾波器在樓宇配電係統的應用

　　1、引言

　　近年來，各種現代化樓宇建築向樓宇自動化方向迅速發展，這逐漸成為城市及國家發展的一個重要參照物。高層建築樓宇自動化係統(設備自動化係統、辦公自動化係統、通信自動化係統)中的大量自動化設備需要高質量的電源，但這些設備中相當一部分由於具有非線性負載特性，又成為引發低壓供電係統諧波畸變的擾動源。這些諧波源對供電係統造成嚴重汙染，使電能質量下降，不僅給樓宇中的電氣設備、電子設備帶來嚴重的危害甚至對整個樓宇智能化係統產生**影響。

因此，分析引發辦公樓宇供電中諧波畸變的各類諧波源，並針對諧波畸變的危害提出適宜的治理措施，對高層辦公建築中樓宇自動化係統的**運行具有重要意義。

2、存在的問題

　　2.1 諧波來源

樓宇配電係統中的諧波主要來自兩個方麵：一是負載本身含有大量的諧波源，這些諧波源可以產生大量的諧波電流，通過線路阻抗，又可以致使係統電壓中出現諧波電壓;二是公用電網本身含有一定量的諧波電壓，這部分諧波可以由網側傳輸至配電係統。

樓宇配電係統中的負載有以下特征：

　　(1)單相負載多

　　樓宇配電係統中，單相負載占到一半以上，而單相負載可以引起零序諧波，並能造成三相不平衡以及三相相差不對稱等問題。

　　(2)非線性負載比例高

　　樓宇配電係統中的主要設備有個人電腦、複印機、通訊設備、照明設備。部分樓宇配電係統中還會有UPS、一次電源等負載，這些負載都是樓宇配電係統中的主要諧波源。

　　(3)諧波源諧波畸變率大

　　據測試，樓宇配電係統中的諧波源的諧波畸變率都較大，如個人電腦諧波電流畸變率為100%，UPS畸變率約為20%-30%，一次電源諧波電流畸變率通常為40%-50%。

　　(4) 樓宇配電中的大多數智能化及自動化設備對供電電能質量要求較高，特彆是對諧波敏感。

　　2.2 諧波危害

　　樓宇配電係統的諧波電壓和諧波電流，對配電係統造成了極大的汙染， 不僅惡化了電網電能質量，並對各種用電設備也造成了一定的危害。諧波對樓宇配電係統的危害主要有兩部分：

　　2.2.1對配電網絡的危害

　　(1)使變壓器產生附加功率損耗、發熱量增加以及產生脈衝轉矩和噪聲;

　　(2)加速絕緣線纜老化、發熱量增加、壽命縮短。嚴重時使係統短路，發生配電故障甚至造**身傷害;

　　(3)對斷路器、熔斷器、繼電器等各類保護設備產生乾擾，使其誤動作或者舉動作。

　　2.2.2 對用電設備的危害

　　(1)使照明設備縮短壽命，對白光光源的照明設備影響更大。美國IES照明手冊明確指出，若諧波電壓畸變率達到5%，則白熾燈壽命縮短47%;

　　(2)使電壓表、電流表等各類電子測量設備測試誤差增加;

　　(3)容易引發無功補償設備的串聯諧振或者並聯諧振，引起電容器漲肚甚至爆炸、導致無功補償設備無法投切、係統功率因數無法提高。

　　3 解決方案

　　目前的諧波治理設備主要無源濾波器以及有源濾波器。傳統的無源濾波器具有結構簡單等優點，因此得到廣泛的應用。但是隨著各配電中心對電能質量要求的提高，無源濾波器的局限性也逐漸凸顯。基於此，有源濾波器(Active Power Filter)由於其**的諧波補償性能而被廣泛應用。相較於傳統的無源濾波器，有源濾波器主要有如下優勢：

　　(1)動態補償，並可同時對諧波、無功、三相不平衡進行補償;

　　(2) 受電網阻抗影響小，能抑製電網諧振;

　　(3)補償方式靈活，既可對特定的諧波源進行補償也可以對多個諧波源進行補償;

　　(4)可無限製過載，不會降低配電係統的穩定性。

　　4工程案例

　　某配電大樓因配電係統中存在大量諧波導致配電係統中線電流過大，電纜有發熱現象並且變壓器溫度過高且噪聲明顯，因此希望通過安裝有源濾波器進行諧波治理。該大樓部分配電如如圖1所示：

　　圖1 大廈部分配電圖

　　在該配電係統中，選取如圖標示部分進行電能質量測試，發現該處的電流已經發生明顯畸變，如圖2所示：

　　圖2 1#測試點諧波電流波形

　　由圖2可以看出：該測試點諧波電流已經發生畸變，尤其是波峰和波穀部分有明顯的尖峰，這很有可能是有3次諧波含量較大引起的，這樣的諧波波形因為有峰值電路變大以及變化率di/dt大的特點，對配電係統的危害也更為明顯。

　　圖3 1#測試點電壓、電流頻譜分析

　　由圖3頻譜圖可以看出，該配電係統中含有較多的3次、5次、7次、9次、11次諧波。其中也是3次諧波尤為嚴重，而且3相不平衡嚴重引起中線電流過大、發熱嚴重等現象。

　　基於以上情況，該大樓決定采用KYYLB係列有源濾波器對係統諧波進行治理，盛弘電氣針對該配電係統做出治理方案在係統總線處安裝KYYLB 050 APF 一台，對整個配電的諧波進行集中治理。具體方案如圖4所示：

　　圖4 大樓治理方案

　　經過治理，該配電中心的電能質量得到改善，具體波形及頻譜圖如下圖所示：

　　圖5 1#測試點治理後電流波形

　　圖6 1#測試點治理後電流、電壓頻譜

　　由圖5和圖6可以看出，在應用KYYLB有源濾波器之後，該大樓的配電中心不僅有效對諧波進行了治理，同時也治理了係統的三相不平衡。這樣的治理效果，不僅消除了諧波對電網和設備的危害而且也消除了中線電流過大引發火災的隱患。具體數據見表1所示：

　　表1 應用KYYLB係列有源濾波器前後數據對比

　　5 總結

　　通過表1的實際數據對比，我們可以發現，在應用KYYLB係列有源濾波器之後，係統的諧波得以有效的濾除並且三相不平衡度也大大減小。這就說明KYYLB係列有源濾波器有效的解決了改配電中性的諧波問題，是樓宇配電中心諧波治理的選解決方案。