JL-3L有源滤波器的应用分析

刘贺飞（大庆油田技术监督中心）



JL-3L有源滤波器的应用分析

刘贺飞（大庆油田技术监督中心）

为了降低电网中的谐波“污染”问题，减少各类电力事故发生，应对电网中的谐波进行有效必要的治理。目前主要的治理方法是用有源滤波进行过滤谐波，通过对JL-3L有源电力滤波器的测试与研究，分析其过滤原理与效果。测试表明该设备有效降低了谐波含量，现场应用效果较好，为指导生产现场应用提供了借鉴。

谐波污染电能质量有源滤波器连续动态无功补偿

1　现状

随着我国电子技术和控制技术的发展，大量高新技术产品（如变频器、电加热设备、节能灯、电弧炉、整流器、空调等）已广泛应用在各行业电网中，随着非线性负载的大量使用，产生的谐波污染也越来越严重，导致电网电压、电流产生畸变，从而对电网运行安全和电力设备造成严重的危害。

在电网运行安全和电能质量要求高的行业，如钢铁、石油化工、冶金、通讯等企业，电力系统出现几个周波的故障就可能造成生产装置停工，甚至引发灾难性的后果，所以电能质量问题的治理显得尤为重要。电能质量带来的危害，主要表现在以下几个方面［1］：

◇导致设备爆炸，引发火灾，危机人身安全；

◇导致保护装置的误动或拒动，造成区域性停电事故；

◇引起电网谐振，造成电容器异常发热，相关设备损坏；

◇干扰通讯、电子类设备的产生，引起控制系统故障或失灵；

◇降低电网电压，浪费电网容量，影响电网质量；

◇加大线路损失，加快电缆绝缘老化，威胁供配电系统稳定；

◇导致电力设备产生震动和噪音，影响其正常运行，缩短设备寿命；

◇导致电力系统各种测量仪表产生误差，尤其是电能表，造成计量不准确。

2　电能质量治理的发展

我国电能质量治理技术起步较晚，但随着人们对电能质量要求的不断提高，该技术也不断发展，主要经历三个阶段：无源电力滤波技术→组合电力滤波技术→有源电力滤波技术。

从电能质量治理技术的发展来看，低性能的无源电力滤波技术已被性能优越的有源电力滤波技术逐渐取代了。这两种滤波技术的性能对比如下：

1）无源滤波器。只能抑制固定次谐波，且一组滤波器只能补偿一次谐波。谐波滤除率较低，且滤波特性受系统参数影响较大。容易引起系统谐振，稳定性差。只能补偿固定的无功，在功率因数较高的场合容易造成无功过补。变化适应性差。当设备的连接方式或容量发生变化时，需重新调整滤波器的参数。不可连续调节。

2）有源滤波器。可同时实现智能滤除谐波、动态无功补偿、平衡三相负载功能。谐波滤除效果好，连续动态无功补偿，使功率因数提高至0.95以上，保证负载平衡和设备安全运行。技术先进，可连续、动态跟踪补偿，40μs响应负荷变化，10ms完全补偿。滤波性能不受系统阻抗影响。谐波补偿特性不受电网频率变化影响。补偿能力不受电网电压的限制，在电压较低时仍可提供足够的无功支撑。不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，相反还能抑制系统已有谐振。

3　JL-3L有源滤波器

3.1原理和功能

JL-3L有源滤波器采用自主创新的“参考电流”计算方法构建出完美的目标正弦波，通过与CPLD控制的超高速采样系统实时采集的电流信号对比分析出谐波动态变化、无功实时需求和需要补偿的负载电流。采用“实时跟踪，精确制导”的自动跟踪式谐波滤除方法，控制IGBT实时逆变出与系统中谐波大小相等相位相反的补偿电流，实现智能滤除谐波功能。容性或感性的基波电流，实现动态无功补偿功能，相应的补偿负载电流，实现三相平衡负载功能，其原理如图1所示。

图1　JL-3L有源滤波器工作示意图

JL-3L有源滤波器智能滤除电网谐波：在滤除2～50次谐波的同时，不产生新的高次谐波，并有超快的（低于40μs）响应速度，全程滤除时间少于10ms。连续动态无功补偿：解决普通电容器不能连续、动态补偿的缺点，具备了连续、动态补偿能力，且补偿容量准确，补偿能力不会因节点电压的降低而下降。平衡三相负载：能够在三相不平衡时，将三相功率重新分配，从而使得装置呈现对称平衡负荷特性，减小中线电流，降低损耗，避免因三相不平衡而可能引起的事故。完善的自我保护功能：自动限流，不会发生过载，具备过流、过压、温度、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行。强大的通讯组网功能：具有多种通讯接口，可作为JL-8000电气监控与能量管理系统的终端，构成对低压配点系统各环节的电气参数、电能使用情况电能质量的实时监控、统计和分析。

3.2现场应用

为了验证JL-3L有源滤波器的应用效果，根据现场实际情况，选取4台变频器装置进行有源滤波测试，图2为JL-3L有源滤波器安装示意图，具体测试结果见表1。

图2　JL-3L有源滤波器治理谐波图

表1　JL-3L有源滤波器测试数据

根据测试数据可知应用JL-3L有源滤波器后，装置电流降低，功率因数达到0.95以上，电压总畸变率THDi小于5%，电流总畸变率有很大的降幅，很好地滤除谐波，连续动态无功补偿，保证负载平衡和设备安全运行，达到治理电网污染的效果。

4　结语

JL-3L有源滤波器是一款治理电网污染、提高电力安全的绿色产品，该设备现场应用效果较好，有效降低谐波含量，提高电网电能质量，保证电网的安全性，维持电力设备安全稳定运行，设备运行时不产生震动和噪音，提供无污染的电源工作环境，同时减少线路损失，提高功率因数，减少电能浪费，降低生产运行成本，具有一定的市场应用价值。

［1］罗春龙.有源滤波技术在低压配电网系统中的应用［J］.电信技术，2012（12）：60-64.

10.3969/j.issn.2095-1493.2015.09.016

2015-03-26）

刘贺飞，工程师，2004年毕业于哈尔滨理工大学（自动化专业），从事节能测试、评价方面的工作和研究，E-mail：hasen_liu@163.com，地址：黑龙江省大庆市技术监督中心节能技术监测评价中心，163000。