中冶华天工程技术有限公司
近年，针对我国冶金行业来讲，其选用了许多非线性负载，比如晶闸管整流、直流传动及变频器等，受此影响，系统的整体供电质量出现较大程度下降，其中，最具严重性的便是由此些设备所形成的各次谐波，其在一定参数情况，与供配电系统当中的系统感抗与系统容抗相结合，便会产生串并联谐振，部分比较敏感的设备在此影响下，出现误动作，严重的还会出现烧坏情况，因而会对整个设备系统的正常运行造成影响，进而会影响到产品的质量。本文就冶金行业中大容量混合型滤波装置的实际应用作一探讨。
1.谐波抑制与无功补偿方法
1.1无源滤波
针对无源滤波器来讲，其实为一种用于抑制谐波及进行无功补偿的比较传统且常见方法；对于其工作原理而言，即由电阻、电感与电容等无源组件所组成的谐振电路，针对一些谐波频率谐振，能够形成低阻通路，使一些谐波电流流至无源支路，而防止其误流到电网当中。对于无源滤波器而言，其最大优点就是容易实现，结构简单，而且成本低、方便维护与保养。但也有一些不足与缺点，比如单调谐滤波器的谐振频率由于电感参数或电容阐述出现偏差而发生改变，并且整个电网的频率也会有较大波动，这势必会造成滤波器出现失谐的情况。另外，针对电网阻变化来讲，其会较大程度影响到单调谐滤波器的滤波效果，甚至滤波装置与电网阻抗之间还有可能出现并联谐振情况。
1.2有源电力谐波器
因无源电力谐波器存在一些缺点，所以，早在1976年，研究者便提出了利用大功率晶体管PWM变换器，开发有源电力谐波器，并且还首次对外提出了有源谐波的基本概念。针对有源滤波器来讲，依据其在接入系统方式方面的不同，可以将其分为两种类型，其一为串联有源滤波器，其二是并联有源滤波器。但无论是哪种类型，其机构基本相当，即均由1个DC/AC逆变桥与1个谐波注入电路组成。（1）串联有源电力滤波器。在整个系统当中，串联有源电力滤波器好比是一个受控电压源，能够对电源电压当中的谐波分量进行实时跟踪，并且还能形成与之呈相反状态的谐波电压，因而能使负载端交流侧的电压转变成正弦波。（2）并联有源电力滤波器。针对此装置而言，其好比是一个谐波电流发生器，其能够对负载电流当中的谐波分量进行实时跟踪，并且还能产生与其自身呈相反状态的谐波电流，因而能够将线路当中的谐波电流给抵消掉。通过实施各种控制，能够对不平衡分量、无功及谐波等，实施有效且全面的补偿，所以，此装置功能多样，并且联接也比较的方便。
当单独使用有源电力滤波器时，其特点主要有如下几点：（1）可实现动态补偿，不仅能对大孝频率均变化的谐波进行补偿，而且还能对变化的无功加以补偿，而对于补偿对象的变化来讲，其响应非常快。（2）能够同时补偿无功与谐波，另外，在对无功进行补偿时，能够根据实际需要，对其大小做出连续性的调节。（3）在对无功进行补偿时，不需要设置储能组件；在对谐波进行补偿时，需要储能的组件有较小的容量。（4）针对补偿的对象而言，尽管存在过大的电流，有源电力谐波器也不会发生超载的情况，并且其补偿作用仍然能够得到正常的发挥。（5）不易受电网阻抗的影响，而且与电网阻抗之间，也不易发生谐振。（6）可以对电网频率的变化进行实时跟踪，因此，在具体的补偿性能方面，电网频率变化不会对其造成较大影响。（7）除了能够对多个谐波与无功源进行集中补偿之外，还能对一个谐波与无功源进行单独的补偿。（8）容量小，成本较高。
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1.3混合型滤波器
为了能够防止单独使用无功补偿及大容量负载谐波治理的情况，本文在设计补偿方案方面，选择无源滤波结合有源滤波的方式进行补偿。从根本上来讲，其思想即为借助无源滤波，对有源滤波当中的大多补偿任务予以分担；无源滤波主要由高通滤波器与若干单调谐构成，多数为5、7次，有些甚至能达11、13次，因此，许多由谐波源所形成的谐波，便可以由无源滤波来治理；而对于有源滤波来讲，其主要负责对其它次高次谐波进行治理。最终便能使系统保持良好、优质的电能状态。
2.系统仿真模型分析
本文根据实际需要，选用了先进的PSCAD技术，对整个系统进行仿真分析，针对混合型滤波设备而言，其仿真模型多由无源部分、非线性负载、电网电源及有源部分等构成，其中，针对有源滤波器部分来讲，其又可划分为两部分，其一为信号检测算法电路部分，其二是有源滤波器部分。（1）一次电路仿真模型。首先，对于电网电源模型来讲，其主要利用电压源以及与之呈现串联状态的阻抗来实现等效的。电源的电压是380V、50Hz，而对于电压源的频率来讲，其始终维持固定值；而针对滤波系统谐波检测电路来讲，其与电网电压的基波电压相位相一致，所以，在整个仿真模型当中，可将现实当中的锁相电压环节省略掉。其次，针对负荷来讲，其所选用的是电流型谐波源，为了能够更加准确的对其谐波电流波形进行模拟，可将三相全控桥整流器当作其负载；再次，在整个无源滤波器当中，囊括电感与电力电容，步长100kvar，容量900kvar；而对于有源电力滤波器来讲，其容量为150A。最后，对于高频吸收电路而言，其所选用的是RC电路，其在接入系统时，往往采取的是与有源电力滤波装置并联接入的方式。（2）有源逆变电路仿真模型。针对谐波检测仿真电路来讲，其采用以瞬时无功功率理论为基础的d-q检测算法。而针对谐波检测而言，其乃是对有源滤波进行检测的核心技术。在检测过程中，需要对负荷电流、公共连接点位置处的母线电压、逆变器输出电流及逆变器直流侧电压等处的信号进行测量。而对于谐波检测电路的作用来讲，就是依据电流互感器，对所得到的输入信号，分别进行d-q、低通滤波及d-q反变换等运算，最终便可得到补偿电流的指令信号。
3.补偿效果
当前，混合型补偿设备已经投入许多冶金企业中，依据客户现阶段的技术条件，进行联机调试，且制定了多种组合投切方式；在运行过程中，装置都没有出现谐波与谐振放大的情况，运营2年时间内，没有出现故障。因此，此设备达到客户要求，不仅提高了产品质量，而且还节约了维修成本。
4.结语
综上，针对大容量无功补偿与谐波治理系统来讲，混合型滤波设备有着较高的应用效能，可以对系统谐波实施有效抑制。经现场验证得知，此设备能够故障发生少，能显著提高产品质量，对于大容量、波动性负载当中的无功补偿与谐波治理，效果突出。
参考文献：
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论文作者:徐爱萍
论文发表刊物:《科技尚品》2019年第1期
论文发表时间:2019/7/18
标签：谐波论文; 无源论文; 滤波器论文; 电网论文; 电压论文; 电流论文; 谐振论文; 《科技尚品》2019年第1期论文;