有源電力濾波：電廠除塵諧波治理新突破！

隨著工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，電力系統(tǒng)中非線性負(fù)載的廣泛應(yīng)用，使得諧波污染問題日益嚴(yán)重。尤其是在電廠中，除塵系統(tǒng)的運行會產(chǎn)生大量的諧波，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性造成威脅。為了有效抑制這些諧波，有源電力濾波器作為一種先進(jìn)的諧波治理裝置，正在被越來越廣泛地應(yīng)用。本文將深入探討有源電力濾波器的工作原理、特點以及在電廠除塵諧波治理中的具體應(yīng)用效果。

一、諧波的產(chǎn)生及其危害

諧波是指頻率為基波整數(shù)倍的電流或電壓波，它們通常由非線性負(fù)載產(chǎn)生，如電力電子設(shè)備、變壓器等。在電廠中，除塵設(shè)備的運行往往伴隨著大量非線性元件的使用，如可控硅整流器、變頻器等，這些設(shè)備在工作過程中會產(chǎn)生豐富的諧波分量，注入到電網(wǎng)中，影響電能質(zhì)量。

諧波的危害是多方面的，包括但不限于：增加輸電線路和變壓器的損耗，降低設(shè)備效率；引起電機(jī)過熱，縮短其使用壽命；干擾繼電保護(hù)裝置和自動控制系統(tǒng)的正常工作，甚至引發(fā)誤動作；對于通信系統(tǒng)而言，還會干擾信號傳輸，降低通信質(zhì)量。因此，有效治理諧波成為保障電廠穩(wěn)定運行的重要任務(wù)之一。

二、有源電力濾波器概述

有源電力濾波器（Active Power Filter, APF）是一種用于動態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功功率的新型電力電子裝置。它通過實時檢測負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，然后產(chǎn)生一個大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，從而抵消原有的諧波電流，使電網(wǎng)電流保持正弦波形。相比無源濾波器，有源電力濾波器具有響應(yīng)速度快、補(bǔ)償效果好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點。

三、有源電力濾波器在電廠除塵諧波治理中的應(yīng)用

工作原理

有源電力濾波器主要由指令電流運算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩大部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)測電網(wǎng)中的電流，并通過快速傅里葉變換（FFT）等算法提取出其中的諧波成分，計算出需要補(bǔ)償?shù)碾娏髦噶睢Ｑa(bǔ)償電流發(fā)生電路則根據(jù)這一指令，通過控制逆變器開關(guān)管的通斷狀態(tài)，生成與諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，實現(xiàn)諧波的有效抑制。

應(yīng)用效果

在電廠除塵系統(tǒng)中，應(yīng)用有源電力濾波器后，可以顯著改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量。具體表現(xiàn)為：

諧波含量大幅降低：有源電力濾波器能夠針對特定次數(shù)的諧波進(jìn)行精確補(bǔ)償，有效降低電網(wǎng)中的諧波含量。例如，在某電廠的應(yīng)用案例中，安裝有源電力濾波器前后對比測試顯示，總諧波失真度（THD）顯著下降，各次諧波含量均得到有效控制。

功率因數(shù)提升：除了抑制諧波外，有源電力濾波器還能補(bǔ)償無功功率，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。這不僅有助于減少電能損耗，還能提高發(fā)電設(shè)備的利用率。

設(shè)備運行更加穩(wěn)定：諧波的減少意味著電網(wǎng)電流更加接近正弦波形，這對于電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。同時，由于減少了諧波引起的干擾和噪聲，電廠的整體運行環(huán)境也得到了改善。

四、安科瑞設(shè)備

電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)主要研究供配電系統(tǒng)中的無功補(bǔ)償和諧波治理問題，適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的無功補(bǔ)償、諧波及綜合治理等，可根據(jù)不同行業(yè)類型和負(fù)載類型的電能質(zhì)量問題提供合適的設(shè)計解決方案，以達(dá)到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行的目的。

4.1典型行業(yè)

①商業(yè)中心/辦公大樓/醫(yī)療/機(jī)場/體育館：空調(diào)、電梯、LED屏幕、可控硅調(diào)光系統(tǒng)、音響系統(tǒng)；

②港口碼頭/造船/造紙/煙草/煤礦：變頻器等；

③光伏/充電樁/化工/冶金：變頻器、整流器等；

④學(xué)校/研究院：實驗室、機(jī)房設(shè)備、數(shù)據(jù)中心；

⑤工廠：使用大型設(shè)備的生產(chǎn)線，高精度數(shù)控中心等；

⑥通信/金融/醫(yī)療/商業(yè)中心：UPS、開關(guān)電源等。

4.2系統(tǒng)架構(gòu)

電能質(zhì)量分析與治理系統(tǒng)由低壓側(cè)電能治理產(chǎn)品組成，主要產(chǎn)品有ANAPF有源電力濾波器、ANSVG靜止無功發(fā)生器、ANSNP中線安防保護(hù)器、ANHPD諧波保護(hù)器、ANSVC低壓無功功率補(bǔ)償裝置、ANSVG-G-A混合動態(tài)濾波補(bǔ)償裝置、ANSVG-S-A混合動態(tài)消諧補(bǔ)償裝置、ANSVG-S-G智慧型動態(tài)無功補(bǔ)償裝置等。

4.3產(chǎn)品選型

4.3.1諧波治理產(chǎn)品選型

4.3.2無功補(bǔ)償產(chǎn)品快速選型

4.4產(chǎn)品功能

4.4.1ANAPF有源電力濾波器

ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在電網(wǎng)上，負(fù)載電流通過電流互感器采集到ANAPF的控制系統(tǒng)中，通過實時檢測電路將負(fù)載電流中的諧波分量和基波無功分量分離出來，經(jīng)控制系統(tǒng)快速運算，采用PWM控制IGBT的觸發(fā)。通過由大容量IGBT管組成的三相變流器向系統(tǒng)注入補(bǔ)償電流，該補(bǔ)償電流與負(fù)荷電流中的諧波電流大小相等，方向相反，互相抵消，實現(xiàn)濾除諧波的功能，保證流入電網(wǎng)電流是正弦波。

4.4.2ANSNP中線安防保護(hù)器

ANSNP中線安防保護(hù)器通過電流檢測環(huán)節(jié)采集系統(tǒng)中性線上各次諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入中性線，從而消除中性線中過大的電流。

4.4.3ANSVG靜止無功發(fā)生器

ANSVG模塊

ANSVG靜止無功發(fā)生器是一種用于補(bǔ)償無功以及不平衡的新型電力電子裝置，它能對大小變化的無功以及負(fù)序進(jìn)行快速和連續(xù)的補(bǔ)償，其應(yīng)用可克服LC補(bǔ)償器等傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償器響應(yīng)速度慢、補(bǔ)償效果不能控制、容易與電網(wǎng)發(fā)生并聯(lián)諧振和投切震蕩等缺點。

五、結(jié)論

某電廠4號的動力電源取自380V除塵4A段母排，經(jīng)空氣開關(guān)至裝置本體；B段裝設(shè)的有源濾波器的動力電源取自380V除塵4B段母排，經(jīng)空氣開關(guān)至裝置本體。因380V除塵4A、4B段#1柜已安裝有電流互感器，不用重復(fù)裝設(shè)CT，只需將有源濾波器的CT回路串接進(jìn)#1柜的原有CT回路。因此，需新增電纜從380V除機(jī)組380V除塵4A、4B段加裝有源濾波器改造項目，通過濾除除塵段的奇次諧波，減小了其對除塵系統(tǒng)的不良影響，綜合保護(hù)裝置功能恢復(fù)正常使用，在運行中故障的幾率大大降低，確保了廠用電的安全運行，保證了用電設(shè)備正常使用。隨著我們對碳達(dá)峰、碳中和等工作的持續(xù)推進(jìn),我國環(huán)保質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也將會不斷的完善和提高,排放監(jiān)督與控制也會更加嚴(yán)格。為了滿足我國及地方的環(huán)保政策和法規(guī)的要求，作為沿海城市的重點企業(yè)，某電廠為響應(yīng)國家的政策要求，降低污染負(fù)荷，規(guī)避影響電除塵器除塵效率的一系列問題。有源濾波器改造項目減少了對電除塵配電系統(tǒng)及其綜合保護(hù)裝置的損害和干擾，提高了除塵配電段供電的安全性和可靠性，確保電除塵設(shè)備安全可靠運行，這將有助于改善區(qū)域環(huán)境治理，為電廠持續(xù)改善環(huán)境質(zhì)量，推動超低排放、綠色低碳發(fā)展增添助力。本項目是在電除塵高壓脈沖電源諧波治理上的成功案例，對國內(nèi)電廠在諧波治理上起到啟示借鑒作用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。