PQFS在客运索道直流调速系统谐波治理上的应用

吴跃辉+洪锋+刘茹茹

摘要：該文介绍索道直流调速过程谐波产生机理，通过九华山索道实际的运用提出基于使用快速响应的有源动态滤波器，在治理谐波效果有了提升；并通过PQFS在九华山天台索道上的应用案例，说明PQFS解决谐波问题效果较好。

关键词：谐波治理；PQFS

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）28-0242-02

1 概述

谐波在工业设备以及在电网传输的过程中，危害很大，可能导致电压和电网的波形发生畸变，增加电网的损耗；电气设备中谐波可能使得设备的负荷量增加，导致设备损坏。本文以九华山天台索道为例，说明谐波的存在多索道危害极大，通过PQFS可以极大地消除谐波对索道设备的危害，确保设备安全运行。

2 电动机调速系统谐波生成原理

2.1 直流电动机-晶闸管调速系统工作原理

索道的调速系统一般都是整流电路，该电路采用晶闸管相控电路，图1是直流电动机-晶闸管调速系统的工作原理图。单向导电性是晶闸管的一个显著特性，直流电机只有一组相控整流器的电动机不能完成电动机的状态转换，即启动状态到制动状态的变换，控制制动性能的标志性参数是电磁转矩，通过电磁转矩的工作原理来反应电机的正反转。控制调速电源主电路由硅整流桥的三相反并联电路控制，最终使得电动机的发电的发动、制动模式发生转变。

客运索道要求直流电机不仅能够非常及时的快速制动和启动，而且能正转和反转，只有拖动系统具有四象限运行的特性才能满足实际客运索道运行需求，即可逆的调速系统必须是必备的。假设调速系统的触发角为α，相电压的电压有效值为U2，晶闸管在工作时发生逆变、整流时侧电压满足下式：

根据以上公式分析可知，Id 与谐波电流值的大小成正函数关系，而Ud与成Id正函数书关系，根据（1）（2）可得Ud与控制角α的关系，进行恒功率调速时，有如下结论：转速的快慢与谐波电路没有直接关系；恒转矩调速时，谐波电路电流的变化趋势一致和转速的变化趋势一致；即谐波电流与负载的承载能力变化一致。

2.2 直流调速控制方法

直流调速系统能宽范围内平滑调速和快速响应，这些特点决定其可以得到广泛得应用。在启动阶段，没有转速负反馈，但是有电流负反馈。达稳态时，电流负反馈不发挥作用，转速负反馈发挥作用，下图2是该直流调速系统的电路原理图。

3 谐波分析及谐波波形

在处理直流调速系统的电路模型等效中，可以等效为含高次谐波的供电电网、电阻和电抗的晶闸管三相桥式整流电路的带阻容性负载的模拟电路。如图3和图4分别是安徽九华山天台索道电网谐波治理前后数据现场，电网使用的负载是电压为400V，额定功率591KW的直流电机，有源动态滤波器型号为ABB公司的产品：PQFS-M09+S09+S09+S09，谐波电流为360A，为PQFS-M09/90A主模块配合3台从模块S09/90A。

根据以上两图的数据对比可知，电压L1、L2、L3的畸变率THD分别由6.1%、6.1%、6.4%均降低至2.7%；电流L1、L2、L3的畸变率THD分别由66.3%、65.9%、55.9%降低至9.1%、10.1%、8.4%，谐波治理明显得到改善；使用PQFS以后，电网的功率因素从0.62提高至0.87改善率高达约72%左右，大大改善了电网效率。

PQFS能够采集电网中谐波电路的变化情况，PQFS根据采用电力电子技术与电网中的谐波源设备并联，监控电网中的各次谐波电流的变化情况，并根据用户需求设定滤波的阶数，通过对电网注入与谐波电流相位相反的各次谐波来抑制谐波电流。

4 结论

直流调速系统中各次谐波的污染使得电能质量的下降；九华山天台索道使用PQFS治理污染的谐波，通过运用PQFS减少了变压器的噪声振动，降低了电气设备系统的故障率，达到了消除高次谐波的效果。

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