有源滤波器在楼宇配电中的应用

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1、有源滤波器在楼宇配电中的应用——西安西驰电能技术有限公司1、引言近年来，各种现代化楼宇建筑向楼宇自动化迅速发展，逐渐成为城市及国家发展的一个重要参照物。高层建筑楼宇自动化系统(设备自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统)中的大量自动化设备需要高质量的电源，但这些设备中相当一部分的设备由于具有非线性负载特性，又是引发低压供电系统谐波畸变的扰动源。这些谐波源对供电系统造成严重污染，使电能质量下降，不仅给楼宇中的电气设备、电子设备甚至整个楼宇智能化系统带来严重的危害和不良影响。因此，分析引发办公楼宇供电中谐波畸变的各类谐波源，并针对谐波畸变的危害，提出适宜的治理措施，对高层办公建筑中楼宇自动化系

2、统的安全运行具有重要意义。2、存在的问题1）谐波来源楼宇配电系统中的谐波主要来自两个方面，一是负载本身含有大量的谐波源，这些谐波源可以产生大量的谐波电流，通过线路阻抗，又可以致使系统电压中出现谐波电压。二是公用电网本身含有一定量的谐波电压，这部分谐波可以由网侧传输至配电系统。楼宇配电系统中的负载有以下特征：（1）单相负载多。楼宇配电系统中，单相负载占到一半以上，而单相负载可以引起零序谐波，并能造成三相不平衡以及三相相差不对称等问题。（2）非线性负载比例高。楼宇配电系统中的主要设备有个人电脑、复印机、通讯设备、照明设备。部分楼宇配电系统中还会有UPS、一次电源等负载，这些负载都是楼宇配电系统中的

3、主要谐波源。（3）谐波源谐波畸变率大。据测试，楼宇配电系统中的谐波源，其谐波畸变率都较大，如个人电脑谐波电流畸变率为100%，UPS畸变率约为20%-30%，一次电源谐波电流畸变率通常为40%-50%。（4）楼宇配电中的大多数智能化及自动化设备对供电电能质量要求较高，特别是对谐波敏感。2）谐波危害楼宇配电系统的谐波电压和谐波电流，对配电系统造成了极大的污染，不仅恶化了电网电能质量，并对各种用电设备也造成了一定的危害。谐波对楼宇配电系统的危害主要有两部分：1)对配电网络的危害（1）使变压器产生附加功率损耗，发热量增加，以及产生脉冲转矩和噪声。（2）加速绝缘线缆老化，发热量增加，寿命缩短。严重时使

4、系统短路，发生配电故障甚至造成人身伤害。（3）对断路器、熔断器、继电器等各类保护设备产生干扰，使其误动作或者举动作。2）对用电设备的危害（1）使照明设备缩短，对白光光源的照明设备影响更大。美国IES照明手册明确指出，若谐波电压畸变率达到5%，则白炽灯寿命缩短47%。（2）使电压表、电流表等各类电子测量设备测试误差增加。（3）容易引发无功补偿设备的串联谐振或者并联谐振。引起电容器涨肚甚至爆炸。也可以导致无功补偿设备无法投切，系统功率因数无法提高。3、解决方案目前的谐波治理设备主要有无源滤波器以及有源滤波器。传统的无源滤波器具有结构简单等优点，因此有着广泛的应用。但是随着各配电中心对电能质量要求的

5、提高，无源滤波器的局限性也逐渐凸显。基于此，有源滤波器（ActivePowerFilter）由于其卓越的谐波补偿性能而被广泛应用。相较于传统的无源滤波器，有源滤波器主要有如下优势。1）动态补偿，并可同时对谐波、无功、三相不平衡进行补偿；2）受电网阻抗影响小，能抑制电网谐振；3）补偿方式灵活。既可对特定的谐波源进行补偿，也可以对多个谐波源进行补偿；4）可无限制过载，不会降低配电系统的稳定性。4、工程案例项目背景：某五星级宾馆由于客房、餐厅和会议室的照明需要，安装有大量的节能灯；在楼宇的电梯升降上使用了较多的变频器控制电机转速，由于大多数节能灯和变频器采用了大量非线性元件，所以在工作过程中产生大量

6、谐波。电力谐波除直接威胁阻容就地无功补偿装置的安全外，其对其它电气设备寿命和线损的影响、及对供配电系统安全运行的影响在很多方面是逐步积累的，其作用过程具有渐进性、隐蔽性。因此在平常情况下当发生一些电气故障现象时，往往不容易判断和检查出这些电气故障发生的真正原因，直到严重后果发生。据客户方反映，低压配电系统中电容柜经常出现烧毁现象，前期与客户沟通得知：宾馆由于使用变频器较多，怀疑电容柜损坏是由谐波造成，遂委托我公司对其低压配电系统电能质量情况进行测量。方案制定：根据上述情况，我公司对实地测试的数据分析发现，宾馆配电系统中的谐波主要由变频器和照明用节能灯产生，结合现场实际情况采用就地补偿的治理方案

7、对电网中的谐波进行谐波治理。采用我公司的XCAPF-4L/300A-0.4(1台)，采用就地补偿。治理效果：电网（补偿前）电网（补偿后）波形电流畸变率基波电流7次谐波电流由投入滤波器前后电网电流波形可已清楚的看出，电网电流谐波绝大部分被滤除掉，波形已经接近正弦波。由投入滤波器前后，负载电流与电网电流数值可以看出，畸变率由38.4%降低为7.1%；3次谐波电流由85A降低为3.3A；5次谐波电流由4