在低壓配電系統(tǒng)中，存在大量諧波源，如直流電機(jī)、電爐、軋機(jī)、電焊機(jī)等，這些諧波源電流畸變大、諧波頻譜范圍廣、無功需求變化快等特點(diǎn)。這類負(fù)載產(chǎn)生的諧波，危及配電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至引發(fā)嚴(yán)重的電氣事故。傳統(tǒng)的無源濾波技術(shù)因其技術(shù)局限，不能很好的綜合解決這些問題，有源濾波技術(shù)也因容量限制和成本價(jià)格的原因，造成工程難以推廣。

ZHPF并聯(lián)型混合濾波裝置專門針對此類工況特點(diǎn)的低壓配電系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，該裝置融合了動態(tài)無源濾波技術(shù)和有源諧波補(bǔ)償技術(shù)，具有濾波容量大、濾波范圍廣、濾波效率高、實(shí)時(shí)跟蹤、及時(shí)響應(yīng)的特點(diǎn)，可高效濾除負(fù)載諧波，抑制系統(tǒng)振蕩，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時(shí)取得明顯的節(jié)能降耗和供電設(shè)備增容的效果，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性和很高的產(chǎn)品性價(jià)比。

工況介紹

九華山花臺雙線循環(huán)脫掛式客運(yùn)索道具有可跨越特大跨距、抗風(fēng)穩(wěn)定性好、能輕而易舉地達(dá)到大運(yùn)量、節(jié)約能源、維修工作量少等一系列特點(diǎn)，其主要的拖動電機(jī)是直流電機(jī)，直流電機(jī)的工作特性，它在工作的時(shí)候負(fù)責(zé)帶動纜車運(yùn)行，纜車的工況是有重載有輕載。

另外由于直流調(diào)速裝置是四象限運(yùn)行，索道曳引電動機(jī)由于正常狀態(tài)就不斷正、反轉(zhuǎn)，上、下行都有可能電動或發(fā)電，四象限運(yùn)行狀態(tài)。由于上行的客人和下行的客人會隨客流量的不同而不同那么，各個(gè)狀態(tài)能量轉(zhuǎn)換方向不同，有電機(jī)的拖動狀態(tài)和發(fā)電狀態(tài)。

此時(shí)由于載客量的變化引起的負(fù)荷的波動，電機(jī)也會運(yùn)行在滿載和輕載等各個(gè)不同的工況。而且電機(jī)的負(fù)荷變化很快而且經(jīng)過電流的轉(zhuǎn)換后會產(chǎn)生大量的諧波，且需要的無功量也快速的變化，有對無功的快速需求及諧波的快速治理，需要對這些電能質(zhì)量狀況進(jìn)行綜合治理。

濾波器設(shè)計(jì)

1）濾波裝置的工作原理

ZHPF并聯(lián)型混合濾波裝置由動態(tài)無源補(bǔ)償裝置和有源電力濾波裝置二部分并聯(lián)接入電網(wǎng)，共同承擔(dān)補(bǔ)償諧波的任務(wù)。其工作原理是，無源部分采用動態(tài)投切，投切開關(guān)采用可控硅，可以滿足直流電機(jī)快速變化的無功需求；有源部分主要承擔(dān)濾除系統(tǒng)內(nèi)諧波的任務(wù)。

實(shí)時(shí)檢測電網(wǎng)中負(fù)載電流，快速分離出諧波電流分量，并根據(jù)諧波電流的大小發(fā)出控制指令，實(shí)時(shí)產(chǎn)生大小相等，方向相反的補(bǔ)償電流注入到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)濾除諧波電流。

2）補(bǔ)償容量的確定

變壓器下的直流電機(jī)負(fù)荷要考慮到進(jìn)行在100%、60%、30%等各種負(fù)載率的情況，需計(jì)算各種工況下的各種無功需求。直流電機(jī)的功率是800kW，滿載時(shí)功率因數(shù)會較高在0.85左右，而其它負(fù)荷率較低的時(shí)候會在0.5甚至更低，我們針對各種狀態(tài)進(jìn)行綜合的計(jì)算，無源部分的補(bǔ)償容量為480kvar。

3）濾波電流的確定

根據(jù)負(fù)荷的負(fù)載率和其諧波電流畸變率的關(guān)系，計(jì)算諧波濾除200A就可以達(dá)到濾除大部分諧波，此外無源部分也可以吸收部分的諧波，系統(tǒng)總的諧波殘余量只占變壓器低壓側(cè)額定最大電流的5%左右，諧波的電流畸變率限制在5%，滿足了系統(tǒng)對最大諧波電流輸出時(shí)對電流畸變率的要求。

4）設(shè)備選型

通過以上的計(jì)算，變壓器低壓側(cè)所需要的補(bǔ)償容量為480kvar。諧波輸出200A，投入設(shè)備后，可以保證較高的平均功率因數(shù)和較好的諧波濾除效果，并考慮到今后設(shè)備增加后還能夠滿足補(bǔ)償需求。綜合考慮選用上海追日電氣公司的綜合治理產(chǎn)品并聯(lián)型混合濾波裝置ZHPF-480kvar-200A/400V。

濾波裝置的校驗(yàn)

裝置的諧振點(diǎn)在3.5次，系統(tǒng)不存在3.5次諧波，故系統(tǒng)不存在發(fā)生諧振的危險(xiǎn)，所以濾波設(shè)備是安全可靠的。有源部分的輸出電流為200A，可濾除系統(tǒng)內(nèi)大部分諧波且響應(yīng)速度快、濾波范圍廣。

結(jié)束語

九華山花臺索道通過ZHPF并聯(lián)型混合濾波裝置對供電系統(tǒng)的電能治理后，平均功率因數(shù)達(dá)到了0.9以上，系統(tǒng)內(nèi)的諧波大大減少，達(dá)到了國家相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)內(nèi)電氣設(shè)備的電氣故障明顯減少，電能質(zhì)量得到很大地提高。

（本文選編自《電氣技術(shù)》，原文標(biāo)題為“并聯(lián)型混合濾波裝置在索道上的應(yīng)用”，作者為杜存國、貴寶華。）