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低压配电系统中三次谐波的分析与解决方案
发布时间:2019-01-21   点击次数:206次

  安科瑞 王长幸

  江苏安科瑞电器制造有限公司 江苏江阴 214405

  摘要:针对已经投入使用的大型商业广场低压配电系统N线电流异常情况进行评估总结。结合理论和实测数据分析产生异常的原因,以及带来的危害叙述,并给出解决问题的方法和建议方案。

  关键词:三相不平衡;N线电流;三次谐波;有源滤波

  0 、引言

  在现代商业建筑中,非线性负载分为两类:三相负载和单相负载。典型的三相负载以变频器(VFD)和不间断电源(UPS)为主,VFD在中央空调和电梯中广泛应用,UPS为许多设备提供稳定的电源支持;而单相非线性负载主要应用在节能灯、LED屏和计算机等设备上。

  这两大类的非线性负载都会在相线中带来大量的谐波污染,其中单相非线性负载的3、9、15次等零序电流不少,此类谐波会在中性线上叠加,造成中性线过流,甚至会带来火灾风险。

  1、N线电流异常的理论

  中心线电流异常原因大致可分为两类:一是三相基波电流不平衡导致中性线基波电流过大;二是因为零序谐波电流在中性线叠加导致电流过大。

  非线性设备中产生的电流可以采用傅里叶级数分解来描述各次谐波,其中单相整流回路产生的电流经过分解展开后主要谐波满足3N次特性,即以3、9、15次等符合3N次特性的谐波为主,其中3次谐波含量高。

  3次谐波电流主要由单相非线性负载产生,由于3次谐波属于零序谐波,在三相电网中,各相的相位差为120°,这正好是3次谐波电流的周期,每相负载内的3次谐波电流在中性线汇集时,其中瞬时值是直接同相相加,如图1所示,所以中性线上的3次谐波电流大于相线上的3次谐波电流,有时候中性线电流还要大于基波电流,甚至于接近相电流的2倍。

图1 三次谐波在中性线上的叠加

  2、实测验证

  上述不仅仅是理论,实际上在用户现场可以实测到上述波形,数据测量如下:

         图2  电压电流波形              图3 电流和电流畸变率

         图4  A相各次谐波列表           图5  B相各次谐波列表

图6 C相各次谐波列表

图7 N线各次谐波趋势

  表1 测量统计数据

  根据表1数据统计,发现N线电流过大,已经达到相线电流一半,主要成份就是三次谐波,含量高达442A,A相、B相、C相电流里三次谐波分量分别是158A、143A、16,可明显发现N线三次谐波电流的含量基本等于各相三次谐波电流含量的线性叠加,谐波含量极其大,且谐波发热量比基波电流大很多,引发N线对地电压大,给主要负载用电带来安全隐患,甚至给客户带来巨大的经济损失,谐波治理刻不容缓。

  3、建议解决方案

  目前谐波治理主要分无源和有源两种形式,由于此次治理目标为中性线3次谐波,,传统的无源滤波技术针对三次谐波过滤难度较大,成本高,效果难以保证;第二,无源滤波支路没有可靠的限幅保护,容易出现过载损坏补偿支路的现象;第三,无源滤波支路投入会受到功率因数的影响,所以成本会高;第四,存在谐振放大谐波的隐患;第五,谐波补偿次数较单一等上述缺陷导致无源滤波技术适用性降低,越来越不被大量采用。

  根据上述分析,该场合推荐采用APF有源电力滤波器,可避免上述缺陷,能够实时监测负载电流,通过分析负载电流各次谐波成分,发出与之方向相反、幅值相同的补偿电流与之抵消,不受系统阻抗影响、谐波治理频次多(不仅于3次)、改造方案灵活适用性强,可有效达到消除谐波、净化电网的目的。

  4、安科瑞ANAPF有源电力滤波器简介

  4.1工作原理  

  ANAPF系列有源电力滤波器并联在电网上,负载电流通过电流互感器采集到ANAPF的控制系统中,通过实时检测电路将负载电流中的谐波分量和基波无功分量分离出来,经控制系统快速运算,采用PWM新技术控制IGBT的触发,通过由大容量IGBT管组成的三相并联变流器向系统注入补偿电流,该补偿电流与负载电流中的谐波电流大小相等、方向相反,互相抵消,实现滤除谐波的功能,保证终流入系统电流是正弦波。

图8    ANAPF有源电力滤波器原理图

  4.2技术参数

  表2    ANAPF有源电力滤波器技术参数

  5、总结

  通过上述分析可发现,APF可以在此工况下、彻底地解决谐波问题,为客户提供一个更加安全、更加稳定的供电系统,避免有谐波引起的电气安全事故。该案例为商业广场能质量问题提供了一个典型的分析解决方案,给同行同类电能质量问题带来很高的参考价值。

  江苏安科瑞电器制造有限公司王长幸 地址:江苏省江阴市南闸镇东盟路5号

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