Ｊｌ ＳＨＵ ＪＩＡＯ ＬＩＵ ＹＵ ＹＩＮＧ ＹＯＮＧ 技术交流与应 变频器常用３ｅｌ＇经济型滤波方法对比 崔怀宇 ，贾晓辉 ，尚尔发 （１．交通运输部水运科学研究院，北京 １０００８８； ２．华北电力大学电气与电子工程学院，北京 １０２２０６： ３．通辽市盛发热电公司，内蒙古通辽０２８０５１） 摘要：为了有效抑制变频器大量应用产生的高次谐波，文章在考虑设备成本、方案实施可行性等因素基础上， 对变频器常用的３种经济型谐波治理方案进行了对比分析。对比结果显示：变频器进线端带３％ ５％输入电抗且 变频器内置直流电抗器的谐波治理效果最好，经过现场长期运行验证了该方法的可靠性。文中研究结果可为企 业谐波治理提供参考．同时也为变频器供电系统的安全可靠运行提供技术支持 关键词：变频器；滤波；谐波治理；经济型滤波方法 中图分类号：ＴＭ７１４．３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７３—７５９８（２０１０）０９—００５９—０４ 态补偿，且效果较好，但其价格过高且自身损耗和高 ０ 引言 频发热问题尚未得到很好解决 使其应用受到了 很大的局限性，因此，成本较低的经济型无源滤波装 目前，利用变频器驱动 机和泵类负载是同内 置仍是目前应用最为广泛的谐波抑制手段。 大多数企业采用的节能降耗措施…。但变频器的大 本文针对多台变频器并联运行产生的谐波治理 量使用在实现节能的同时也会产生大量的高次谐 问题．对Ａ企业变频器群常用的３种经济型滤波装置 波，大量高次谐波会导致母线及用电设备的损耗增 进行对比分析，确定了一种成本低、谐波抑制效果较 加，甚至影响整个系统的安全可靠运行。冈此，对实 好的滤波方法，并在现场得到了长期应用。 际应用的变频器采取滤波是十分必要的。 在企业谐波治理方面，文献【２Ｊ从变频器的角度 １ 多台变频器并联运行导致母线过热 叶Ｉｊ发，详细地分析了谐波的影响；文献【３—８］介绍了 的现象 目前变频调速技术在电厂中的应用，分析了几种变 频应用的基本原理及其在电厂中具体的工作方式， 在Ａ企业中，其供电系统主接线的低压系统中 简要介绍了应用变频技术后系统节能的情况。其中 共包括４段母线，每段母线由１台２ ５００ ｋＶ・Ａ变压器 文献［３】介绍了中压变频技术在工业巾的研究与应 供电，各段母线上又安装有１４台１ １０ ｋｗ变频器。在 用．通过对Ｙ一△变换、高一低一高变频调速系统、高一 使用这些变频器供电时，电压和电流均会产生很大 高变频调速系统３种实现方式的详细比较分析后，确 的谐波，谐波使母线段所带设备产生附加的谐波损 定了胜利发电厂２号炉吸风机中压电动机变频调速 耗，降低发电、输电及用电设备的效率，谐波电流的 技术的实现方式．即采用中压直接变频调速技术，这 流动会在线路上产生有功功率损耗。在采用多台变 样既可实现节能降耗，又可实现中压电机的软启动； 频器并联运行一段时问后，母线Ｈ｛现了严重发热现 文献【９—１ １］则针对电能质量的相关问题及提高电能 象．现场观测的母线发热情况见图１。南于母线过 质量的方法进行了阐述；文献［】２】针对目前变频器 热．导致铜排发黑，如图１中红色区域所示。因此，有 群供电时母线端的谐波治理问题，指出有源滤波器 必要采取相应的谐波治理方案来降低高次谐波带 可以对大小和频率均变化的谐波及无功功率进行动 来的危害。 收稿日期：２０１０－０７—１ ８ 作者简介：崔怀宁ｆ】９７４—●，男，山两大 人，Ｊ：学硕士，电气ｊ．程师，主要从事电力系统供 电及电能质量的研究Ｔ 作。 ＪＩ ＳＨＵ ＪＩＡＯ ＬＩＵ ＹＵ ＹＩＮＧ ＹＯＮＧ 技术交流与应用 ３．２带输入电抗但不带中间直流电抗的变频器出 线端电流波形 采取本方案治理谐波后的实测电流波形如图７ 所示。通过一段时间检测可分析得到该情况下的电 流畸变率通常为ＩＴ￣＝３０％～４５％。 图７带输入电抗但不带中间直流电抗的电流波形 ３．３不带输入电抗但内置中间直流电抗器的变频 器出线端电流波形 采取本方案治理谐波后的实测电流波形如图８ 所示。通过一段时间检测可分析得到该情况下的电 流畸变率通常为 。）＝３０％～４０％。 图８不带输入电抗但内置中间直流电抗器的电流波形 ３．４ ３％输入电抗＋变频器内置直流电抗器出线端 电流波形 ３％输人电抗，是指额定情况下电抗器的感抗和 电容器容抗的比值百分数，不同的电抗率主要是用 来抑制不同次数谐波．此外，其还有限制浪涌电流的 作用。采取本方案治理谐波后的实测电流波形如图９ 所示。通过一段时问检测可分析得到该情况下的电 流畸变率通常为 １５％～２５％。 图９ ３％输入电抗、变频器内置直流电抗器的电流波形 ４实施效果 将上述３％输入电抗＋变频器内置直流电抗器的 谐波治理措施应用于Ａ企业，变频器控制柜体及实 际接线图如图１０所示，经过长时间运行，母线没有明 显温升，完全满足企业安全生产要求。在现场长期运 行所测得的变频器进线端以及电机机端的电压电流 波形如图１１所示 图１ ０变频器控制柜体及实际接线 Ｉ ３７９ ３Ｖ １ ４Ｃｂ ５００Ｉｑｚ Ｉ３５４ ６Ｖ １ ４Ｃｂ＂４６ ５｝｛ｚ Ｉ 妙 ＿＾ ◇ｔ 一 一。 睡 ７一；． 一 ．｜ 一 ・ Ｉ； ” 。０ ０ 、０ 。越 吨 ｌ ｃＦ １３８ ７Ａ １ Ｉ １ ５ＣＦ １６５ ９Ａ＝Ｉ ．ｖ ．＾ 一＾ｔ ２００，￣ 一 ’ ｄ … 竺…。 … …２％ Ａ 、 Ｗ ～、 （ａ）交频器进线瑞 图１ １ 变频器进线端和电机机端电压电流波形 由罔１ｌ可以看 ．变频器进线端的电流谐波含 量较高，经分析可得电压总谐波失真为９．１％，而电 流总谐波失真为２４．４％；电机机端电流谐波含量明 显降低．经分析可得，电机机端电压总谐波失真为 ３４．６％，而电流总谐波失真则降低至６．５％。 ５ 结语 （１）本文经过上述３种方法的对比最终确定了Ａ 企业变频器的滤波方法，经过改造后Ａ企业整个供 电系统的谐波污染变得非常小，因此企业的设备运 ” ； 摹 一 技术交流与应用 Ｊ！ＳＨＵ ＪＩＡＯ Ｌ［Ｕ ＹＵ ＹＩＮＧ ＹＯＮＧ 行事故率大大降低。 （２）当今各种滤波技术发展很快，虽然不断有 新的滤波装置出现，但是这些装置目前的稳定性或 者价格尚不能得到用户的广泛认可。短期内采用本 文介绍的谐波治理方法作为企业的谐波治理方案还 电厂中的应用【ＪＪ．电力系统自动化，２００４，２８（６）：６５—６８． 【６】张平军，周玲玲，李高文，等．高压变频调速技术在热电 厂循环水泵中的应用ｌＪＩ．变频器世界，２００６，９（７）：７７—８Ｏ． 【７】刘英肖．高压交流变频调速技术在火力发电厂的应用［Ｊ】． 华北电力技术，２００５，３４（９）：２４—２８． 是有很大的优势。 参考文献 【１】梁国富．电厂泵与风机的节能研究ｆＪ】．大众科技，２００６，７ （２）：１２０－１２１． ［２】ＫＩＭ Ｔ Ｊ，ＫＡＮＧ Ｄ Ｗ，ＬＥＥ Ｙ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｌｏｓｓｅｓ ｉｎ Ｍｕｌｔｉ—ｌｅｖｅｌ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ ［８】王贺岑，邹文华，马淮军，等．风机变频改造节能技术在火 电厂的应用研究Ⅲ．中国电力，２００２，３５（２）：７０—７４． 『９Ｊ杨坤．电能质量监测与分析系统【ＤＪ．成都：四川大学， ２００４． ［１０】钱众林．电能质量综合控制系统的研究【Ｄ］．武汉：中南大 学．２００５． 【１１】肖冰．电力系统电能质量分析方法的研究【Ｄ】．济南：山东 大学．２００５． 【１２】胡友强．电力系统谐波测试分析机理与治理技术研究【Ｄ］． Ｓｙｓｔｅｍ『Ｃ］．Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００ １． ＰＥＳＣ．２００１ ＩＥＥＥ ３２ｎｄ Ａｎｎｕａｌ，ｖｏ１．３，Ｊｕｎｅ ２００１，１ ３６３— １３６８． 重庆：重庆大学．２００４． 『１３１卓放，王兆安．有源电力滤波器技术的发展与电能质量 的提高ｌＪ１．电Ｔ技术杂志，２００２，２０（６）：１－３． ｆｌ４１王琪，孙建国，秦成果，等．凝结泵变频改造后除氧器 【３］黄成山．中压变频技术在火电厂的研究与应用［Ｄ１．杭州： 浙江大学．２００５． 【４】金曙光，张新强，许提海．新一代高压变频器在电厂水泵 节能改造中的应用［Ｊ１．变频器世界，２００５，８（５）：５８—６０． 水位和凝结水压力的控制优化ＩＪｌ】．内蒙古电力技术， ２０１０，２８（３）：４７—４９． 【５】张文义，佟为明，杨乐民，等．特定消谐式变频器及其在火 （责任编辑徐钊愈） Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｎ ３ Ｐｒａｃｔｉｃａｌ Ｅｃｏｎｏｍｙ Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ＣＵＩ Ｈｕａｉ—ｙｕ ，ＪＩＡ Ｘｉａｏ—ｈｕｉ ，ＳＨＡＮＧ Ｅｒ—ｆａ （１．Ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８８，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０２２０６，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｔｏｎｇｌｉａｏ Ｓｈｅｎｇｆａ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔｏｎｇｌｉａｏ ０２８０５ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅｓｔｒａｉｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｍａｓｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ，ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｒｅｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｆｉｈｅｒｉｎｇ ｓｅｈｅｎｌｅｓ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｓｃｈｅｍｅｓ．Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｉｎｐｕｔ ｔｅｒｍｉｎａｌ ０ｆ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｗｉｔｈ ３％～５％ｉｎｐｕｔ ｒｅａｃｔａｎｃｅ ａｎｄ ＤＣ ｒｅａｃｔａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｅｒｓ ｃａｎ ｒｅｓｔｒａｉｎ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｖ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ａｒｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ｒｕｎｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｈｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆ０ｒ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｉｎ ｆａｅｔｍ７ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ，ｉｔ ｃａｎ ａｌｓｏ ｂｅ ｈｅｌｐｆｕｌ ｔｏ ｓａｆｅｒ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｃｏｎｖｅｎｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ；ｈａｒｍｏｎｉｃ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ。ｅｅｏｎｏｍｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ