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諧波源的優(yōu)化

從源頭入手，改善諧波源的特性，降低諧波源的諧波含量。即在諧波源上采取措施，最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。這種方法比較積極，能夠提高電網(wǎng)質(zhì)量，具體方法主要有如下兩點(diǎn)。1)增加整流器的脈動(dòng)數(shù)。整流器是電網(wǎng)中的主要諧波源，增加整流脈動(dòng)數(shù)，可平滑波形，減少諧波。如:整流相數(shù)為6相時(shí)，5次諧波電流為基波電流的18．5%，7次諧波電流為基波電流的12%，如果將整流相數(shù)增加到12相，則5次諧波電流可下降到基波電流的4．5%，7次諧波電流下降到基波電流的3%。2)新型的全I(xiàn)GBT整流可將功率因數(shù)提高到0．99，進(jìn)而從根本上解決了諧波對(duì)電網(wǎng)回饋干擾的問(wèn)題。使用IGBT整流技術(shù)的整流器利用高頻切換脈寬調(diào)制電流可將輸入諧波電流降至極低，達(dá)到正弦波式輸入電流的目的，因此，IGBT整流技術(shù)具備降低諧波含量的功效。

增加濾波器方案

1)無(wú)源濾波器。無(wú)源濾波器是比較傳統(tǒng)的方法，通過(guò)采用由一組或數(shù)組LC單調(diào)諧濾波器組成，有時(shí)再加一組高通濾波器，它是由電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成。該裝置與諧波源并聯(lián)，除起旁路濾波作用外，還兼顧無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰?，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，但因其體積較大;濾波特性依賴(lài)于電源阻抗和補(bǔ)償容量;低于最低調(diào)諧頻率時(shí)，阻抗特性變壞;不能完全濾除非特征諧波(不同于濾波器調(diào)諧頻率的諧波)。同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮多種因素而且調(diào)整不方便，可能導(dǎo)致串、并聯(lián)諧振，因此這種方式不適用于工況復(fù)雜的系統(tǒng)。2)有源電力濾波器。目前，諧波抑制的一個(gè)重要趨勢(shì)是采用有源電力濾波器APF(ActivePow-erFilter)。基本原理是從治理對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流，由濾波器產(chǎn)生一個(gè)與諧波電流大小相等、極性相反的補(bǔ)償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波分量，這種濾波器能快速對(duì)頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，且濾波特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，完全解決了無(wú)源濾波的所無(wú)法克服的一系列問(wèn)題［4］。具體比較見(jiàn)表2。

工程應(yīng)用實(shí)例

陸豐13－2模塊鉆機(jī)電控系統(tǒng)采用ABB公司PQFM－V2－M10型動(dòng)態(tài)有源濾波器，開(kāi)關(guān)器件為IGBT。其工作原理:系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載電流中的諧波和無(wú)功分量，控制PWM變流器，將與諧波和無(wú)功分量大小相等、方向相反的電流注入交流600V母排供電系統(tǒng)中，在有效的實(shí)現(xiàn)濾除諧波(達(dá)到95%以上)的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功并抑制諧振、提高電站的功率因數(shù)，動(dòng)態(tài)有源濾波器產(chǎn)生和系統(tǒng)諧波大小相等，相位相反的諧波注入到電網(wǎng)中，從而有效消除諧波，其濾波效果如圖1和圖2所示，圖3為工程應(yīng)用中實(shí)測(cè)情況。由圖3可見(jiàn):濾波器投入前5次諧波電流:21．2A;THDi22．2%;濾波器投入前7次諧波電流17A;THDi22%;從濾波器投入前后現(xiàn)場(chǎng)諧波數(shù)據(jù)分析，諧波得到明顯消除，數(shù)據(jù)如下，在濾波器投入運(yùn)行前總畸變率為5．8%，在濾波器投入運(yùn)行后總畸變率為4．0%。從動(dòng)態(tài)有源濾波投入后的測(cè)量結(jié)果上看，電壓總諧波畸變率小于＜5%，系統(tǒng)諧波的治理效果滿(mǎn)足規(guī)范要求。通過(guò)以上的對(duì)比，可以知道與無(wú)源濾波器相比，有源濾波器具有以下一些優(yōu)點(diǎn):①可以對(duì)快速變化的諧波和無(wú)功進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償;②濾波特性與系統(tǒng)的阻抗無(wú)關(guān);③不會(huì)導(dǎo)致諧振現(xiàn)象，無(wú)諧波放大的危險(xiǎn);④重量與體積較小。且隨著技術(shù)的發(fā)展，增加有源濾波器已成為消除電網(wǎng)諧波的主要手段，尤其適用于諧波負(fù)荷變化較大的海上石油鉆機(jī)系統(tǒng)。

本文作者：胡澤剛作者單位：中海石油(中國(guó))有限公司