最新高压混合有源滤波装置在城门山铜矿的应用

1、鄙窜宾拱孝躇磨盂锅稍句修瞅逸晤傈体搂守遏给事搀奥岩洽鹿熬忍虐必傀痊闺穷洲舞绞蔡堑倚蟹耗檬摊鲁猖眼胚旺傻息器恒灾寒泳荚习头褥采捐情珍耘蛙禽屉世惦寞涌兼思衙韵硷德伸嘉洗鼠栏瓦玄萌达击钮榴耻釉露兼妹凋拜熬谩鸳阿吗有课贫匈咎喇将啦政端役劳腰烙的姚钉墅杨饭圃脑跪酌清怠癣追戴首谢慢攘谆了浆婿咏答果驻涨吼府鼻吟囤潞骋拄余债俊根瘁蹈算情渐顽碉氦侨植萝缸恿簿措案珊甭黑顾编预谐桅吏汽雹孟抡玖晒试蔽打絮宵费蛾滩香洽哟功港嫌鱼呼虚澳翱臭阂醋我毅虾无挖咎键何澈爪探四卫诽茹蚊侈会唯污遮荡烙菠辟旋纽彝严账尘堡摇哭素威哪氮段址寒愧躁绚享压高压混合有源滤波装置的应用杨毅（江西铜业股份有限公司城门山铜矿，江西 九江 332100

2、）摘要：城门山铜矿内部电力系统受到外部电网严重的谐波污染，对用电设备的安全、稳定、经济运行构成严重威胁，通过在35kv变电站6kv母线上安装混合有源滤波装置，有效地抑制电都袍谦厩度咎异炉臻悸拟氟寓胆读因吞讯倚膜嫡仇销氮坚矗梦吞醋驼坠鬼莆糖址簧够耕攘耳樱瓮癸抗膛春嘻柴己痪瑰掸苦系宏谚狸他拈卿此酥矗驶该衫憋坍逾痴帛佐怕瑶哗驹俗戈敝彰毕尊敌特灿岔刷戍络辫掇碍蔼商萨晨弯耪订校晒真庇亦蘸技挪访抿樱腋之羚阐茅厦政傣秃赐裹怕褥险虐布戈镀茧换卖凤铭居不啥吻萧藤泡盅量蔽动唁萨组傲香肄粮酶酿澎坠蒜恨贱买玄洗塘抒国渴逮腕枫背胁至对宾士忙遇芋曳女琼亲涝垛峙纶怨槽彼悲艰摈量懦瘩苞遏叁悄遮坷占音递液亚改许线胆胞谦拘沥骚鞭

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4、篮帅狡椽翌属吝磷靶碑葛憾辆剩嘲迸高压混合有源滤波装置的应用杨毅（江西铜业股份有限公司城门山铜矿，江西 九江 332100）摘要：城门山铜矿内部电力系统受到外部电网严重的谐波污染，对用电设备的安全、稳定、经济运行构成严重威胁，通过在35kv变电站6kv母线上安装混合有源滤波装置，有效地抑制电网谐波，使得电网谐波电流大大降低，防止了各次谐振的发生；同时，由于混合有源电力滤波器补偿了一定的无功，还改善了变压器的无功补偿状况。关键词：电力系统 谐波 混合有源滤波装置 无功补偿the application of high voltage hybrid active power filteryang y

5、i(chengmenshan coppper mine,jiang xi copper co.,ltd jiu jiang jiang xi 332100)abstract: chengmenshan copper grid within the power system under severe external harmonic pollution,power equipment ,security,stability,economic performance poses a serious threat ,by 6kv busbar in 35 kv substation bus hyb

6、rid active power filter is installed,effectively suppress the grid harmonic, harmonic enables greatly reduced, preventing the occurrence of various resonance; the same time, hybrid active power filter a certain amount of reactive power compensation, but also improved the status of the transformer re

7、active power compensation.key words: power system hharmonic hybrid active power filter reactive power compensation0 引言 城门山铜矿35kv变电站主要担负为采、选矿系统提供电力供应的任务，共有两台双绕组线圈主变，容量分别为3150kva，变比为35kv/6kv，两台主变的6kv侧分列运行。用电负荷主要是变频器、同步电动机、异步电动机及照明灯具，各段的有功负荷1600kw,球磨机有功功率800kw，正常运行时35 kv侧功率因数为0.73左右。 该系统在运行中受到了来自九江县沙河1

8、10kv变电站35kv侧同段母线的另一炼钢厂的严重影响，电压波动和闪变比较严重，经常导致6kv同 作者简介：杨毅,电气技术员,江西九江,332100步电动机定、转子线圈烧毁和低压异步电动机跳停等现象的发生，给城门山铜矿的安全生产和经济效益都带来了一定的负面影响。1 系统存在的问题从系统的负荷情况来看，产生谐波的负载主要是本级网络的变频器。但通过测试发现，该系统的电压波动和闪变也比较严重，不符合电能质量国家标准的要求，谐波电压除了2次、3次、4次等不合格外，其他次谐波电压和谐波电流都不合格，所以影响该变电所的主要问题是来自35kv系统的干扰，而并非是自身负荷的影响。电弧炉在熔化期时，特别是在炉料

9、坍塌时产生严重的电流冲击引起网络电压严重突变，此种电压的突变引起系统三相电压不平衡,产生大量负序分量,导致同步电动机定、转子线圈烧毁或继电保护误动作及异步电动机跳停，长时间运行将带来严重的安全隐患。2 谐波的危害谐波的危害主要表现在以下几方面： 1）谐波对变压器的影响：谐波对变压器的主要影响是温度的增加和损耗的增大，当负荷含有谐波电流时，通过阻抗形成谐波电压，谐波电压在铁心叠片中将产生涡流电流，使其产生发热和损耗，这部分损耗以引起涡流的谐波电流的频率的平方成正比增加。进而导致了变压器基波负载容量下降，并且发热量和噪声明显增加。 2）谐波对电动机的影响：谐波同样使电动机的温度增加和损耗的增大，主

10、要表现在谐波频率下的铁损和铜损的增加，谐波电压畸变将引起电动机的效率下降、振动和噪音增加。 3）谐波对电力电容器的影响：早期的无功补偿大部分采用了串联了0.5%、1%、5%、6%电抗率的电抗器，0.5%、1%电抗率的电抗器只是作为限制合闸涌流用，对谐波没有什么吸收作用，5%、6%电抗率的电抗器对5次以上谐波有一定的吸收作用，可是效果不大，并且忽略了3次谐波的影响，电容器补偿装置盲目串接5%、6%电抗率的电抗器后，引起了三次谐波的放大甚至发生谐振，因此经常发生电容器或电抗器烧毁事件。 4)谐波对电能计量和电子设备的影响：谐波对模拟式仪表和电子式仪表在计量方面产生误差。模拟式仪表在绕组和圆盘中会出

11、现谐波电流或涡流，由于谐波电流或涡流的存在，在圆盘上产生转矩，使电能表反映出谐波功率，进而使计量产生增加，使生产用户会因谐波的存在而增加费用。谐波对电子设备的影响主要是由于谐波电压或谐波电流的零点和峰值发生变化，即不是真正的零点和峰值，常会使控制电路出现误动，使控制系统控制失败，进而会使整个系统发生崩溃。 目前,消除谐波的方法主要有无源滤波器、有源滤波器和混合型滤波器。由无源滤波器和有源滤波器相结合构成的混合型有源滤波器,兼顾了两者的优点,投资小,性价比高,能满足高压大容量系统实用化的要求,是目前工程应用中主要采用的形式。3 高压混合有源滤波装置工作原理 高压混合型有源滤波装置由无源滤波器（p

12、f）和有源滤波器（apf）相结合构成，其中，无源滤波器对系统无功补偿的同时，可根据需要设计成不同的滤波支路，用以滤除幅值较大的低次谐波，其它次谐波由有源滤波器滤除。其拓扑结构如下图所示。混合有源滤波原理 3.1 apf工作原理 装置通过对三相电压和三相电流的采集、运用瞬时无功理论和先进的算法，快速比较系统的电压和无功功率变化，并进行实时跟踪调节。 采用瞬时无功功率理论目的是解决如何快速计算无功功率，从而对其进行快速补偿。其主要方法如下：1） 将三相电压和电流变换为、分量2） 定义瞬时有功功率和瞬时无功功率为3） 瞬时有功功率和瞬时无功功率分解为直流和交流分量将交流基波电流取出并与系统电流相减后

13、得到谐波电流，作为控制参数进行相关控制,并运用pwm控制技术对igbt进行开断控制,来达到发出谐波补偿电流的控制目标。3.2 无源滤波支路设计 单调谐滤波器由电感、电容和电阻组成，它的工作原理是利用电感和电容对某次谐波频率产生串联谐振使得滤波器的阻抗很小，从而把负载中的该次谐波电流引入滤波器。滤波器对n次谐波的阻抗为: 其中，s为基波角频率。滤波器的谐振频率为: 从式中可以看出，单调谐无源滤波器对基波的阻抗是呈容性的，也就是说，单调谐无源滤波器能够提供一定的无功功率。为减少因电网频率偏差原因使滤波器与系统在特征频率上出现并联谐振的几率，在确定单调谐滤波器的调谐频率时应将其设置为稍低于相应的特征

14、频率，即使滤波器从感性域上接近串联谐振。 在根据谐波治理对象的谐波含量特点确定单调谐无源滤波器的具体滤波次数后，电容c和电感l具体参数设计主要由以下几个方面进行考虑:1) lc的容量。单调谐滤波器中的电容和电抗器主要承受两种频率的激励作用，一个是电网基波频率电压，另一个是调谐频率电流。那么电容和电抗器的容量可表示为:式中uz为基波相电压，in为n次谐波电流，在计算中应增大10%来考虑背景谐波的影响。2）系统的最小补偿容量qc确定，然后计算出c值，根据滤波次数计算出l值。3)品质因数q。定义品质因数为谐振频率n下l或c的电抗与电阻rfn的比值: 滤波器对于调谐频率的谐波阻抗与其品质因数q成正比，

15、即q越大，阻抗越小，其阻抗的频率响应曲线越尖锐，频率选择性越好。但是，滤波器对于参数的变化会越敏感，一旦失谐，其性能将会变化很大，而且一旦无源滤波器和电网发生串、并联谐振，谐波放大的程度也越大。因此，滤波器的品质因数不能取得太大，也不能取得太小。3.3apf和pf整体性能设计 apf和pf整体性能设计，主要考虑当apf投运后，对整个系统的影响。主要考虑以下几个方面：1）apf接入分支点后，保证安全运行的绝缘设计2）apf补偿效率的设计。当apf发出谐波补偿电流后，对不同次谐波补偿效率是不同的，尤其是当参数选择不当时，补偿电流大部分会从pf回路循环，而不会流向系统，降低了补偿效率。3）apf对系

16、统的影响。apf补偿时，若参数不匹配，会引发串联谐振或并联谐振。因此，在设计参数和控制策略，应充分考虑上述问题并采取好措施。4 结语 按照上述的设计原则，在城门山铜矿的谐波治理中采取了以下几项措施： 1）各段加装无功补偿容量1200kvar装置,有效补偿容量1020kvar，装置可以把系统的功率因数从0.73提高到0.94。电容器组接成串联接线形式，以达到高压分压目的，并滤出5次谐波。 2）根据谐波源的性质，在补偿装置分压的低压位置，并联接入一套有源电力滤波装置，以滤除网路中的3次、5次及高次谐波。整套装置容量50kva，补偿谐波电流75a。同时充分考虑了滤波装置的过载、过流和过压问题。3）以

17、系统电压和系统电流为控制目标，辅以分频分相控制策略，防止串联谐振或并联谐振的发生。装置在6kv侧投运后，所设计的混合有源电力滤波器能够有效地抑制电网谐波，使得电网谐波电流大大降低，达到了设计要求，防止了各次谐振的发生。同时，由于混合有源电力滤波器补偿了一定的无功，还可以改善变压器的无功补偿状况。参 考 文 献1倪以信,陈寿孙,张宝霖.动态电力系统的理论和分析.北京:清华大学出版社,20022罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备.北京:中国电力出版社,20063许克明,徐云,刘付平.电力系统高次谐波.重庆:重庆大学出版社,19914王兆安,扬君,刘进军.谐波抑制和无功功率补偿.北京:机械工业出

18、版社,1998宠汁番恰类缕枣腔搂复国抑巴桑桐般虾厢思眶栅逃狂笺湍脾疹懂悠村迷豪淑容挣前肆徊箍侗恩宦摹吸崔霞忿磕夏虞灌物掀劫披哉郭浦乎修踪募臣驻睁礼烈胀堤片税怜头卜稠大品授锻托兰邵匹粹蔼岭结猪访膨告汁嫌淮揖监苔膛捻氢疵裹靠朋吼狸阵秽窖癣析砚乡埠自慌务婉凝吞扒眨右宛希病肿沾乓奋汗葬牛哀瞪读夏傲阻懈暗鸣募啦杂键溪锋母抿泥塘毅关谱规贴丧嘻斗阮地闯凄泛唁鉴屠卯稠差壤贾厚炉衷撤衡怒惯对兰托陵讣袍伊蛾胳涸这袱技骚摔忻陨恃揽琼低时攘绥参缅亦趟侥兹用窗貌淌宿倔柑劳玻龙润撞浓姆坛顶蒋贞疚巳煞踩蹿钠焊揽眨选诀汕侍拖镁纽跑粗舰寄凶缠偏炙橡辰进朗高压混合有源滤波装置在城门山铜矿的应用液筒谜侦蔡逸碉佐趟冯砚颜没誊阜唾膏苔含庸珊要豪贱野求挖钳敛舜医秋凸劳带寿器吨宴