福建建设科技２０１３．Ｎｏ．４■建筑电气有源电力滤波器的应用设计吴永其（厦门华呖建筑工程设计有限公司福建厦门３６１０００）［摘要］［关键词］本文阐述电力谐波的危害，并通过实际工程案例解析如何配置有源电力滤波器来进行谐波滤除，展望了有源电电力谐波有源电力滤波器模块化蓝宝石炉ＤｅｓｉｇｎａｎｄａｐｐＵｃａｔｉｏｎｏｆａｃｔｉＶｅｐｏｗｅｒ６ｌｔｅｒ力滤波器的发展前景。Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐ印ｅｒ，ｔｈｅｐｏｗｅｒｈ删０ｆｐｏｗｅｒｈ删ｏｎｉｃｗａｖｅ；ａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｗａＶｅｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｒｏｕ曲ｔＩｌｅｆｕｍａｃｅａｃｔｕａｌｐｒｏｊｅｃｔｃａｓｅ，ｈｏｗｔｏｃｏ曲ｇｕｒｅｔｈｅａｃｔｉｖｅｆｉｌｔｅｒｆ．ｏｒｈａ胁ｏｎｉｃＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｈ咖ｏｎｉｃｆｉｌｔｅｒｉｎｇｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｐＩＤｓｐｅｃｔｏｆａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｆｉｌｔｅｒｗａｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．ｆｉｌｔｅｒ；ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；ｓａｐｐｈｉｒｅ在电力系统中有非线性负载时，电源以工频５０Ｈｚ供电，当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于正弦波的畸变电压或电流，用傅氏级数展开，可以分解出除５０Ｈｚ的基波分量外，还有许多高于５０ＨＺ的正弦波分量，后者统称为电力谐波．１电力谐波的危害电力谐波的主要危害有以下几点：乱引起公用电网中局部的并联谐振或串联谐振，放大谐波，造成危险的过压或过流．ｂ．产生了附加谐波损耗，降低了发电，输电及用电设备的效率（导致用电量大量增加）。Ｃ．加速电气设备及线缆绝缘老化，使其容易击穿，降低使用寿命．ｄ．谐波还会影响电气线路中的保护元件，继电器、自动系统装置的误操作，电气测量仪表不准确等等。ｅ．干扰通讯信号，甚至破坏通信设备．如上所述，电力谐波的危害是很严重，进行谐波冶理是必须的，进行谐波冶理的方法有很多种，本文就有源电力滤波器如何进行谐波冶理进行阐述．在存在非线性负载的交流电网中，装设有源电力滤波器已成为抑制谐波和无功功率补偿的一种有效措施，近几年来有源电力滤波器广泛应用于各行业配电网中，如：通信行业、半导体行业、石化行业、钢铁行业、甲级办公大楼、医疗机构、精密电子行业、剧场／体育馆、汽车制造业等。根据应用对象不同，有源电力滤波器的应用普遍起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。２案例分析２．１项目概况：福建省内的某大型ＬＥＤ蓝宝石衬底项目．主要谐波设备为进口蓝宝石长晶炉，每组１８台，共４０组．蓝宝石长晶炉一个长晶周期要１０天，根据加热的程度每个阶段的电流谐波畸变率都是有所不同，且谐波次数多样化．２．２冶理方案：根据目前同行业对此谐波冶理的经验，所有蓝宝石长晶炉都配置有源电力滤波器，所以本次前期方案选用可拼装模块化的有源电力滤波器．２．２．１前期设计计算如下：乱前期数据：以组为单元配置供电系统，蓝宝石长晶炉一组１８台，每台加热功率Ｐｅ＝５５ｋｗ功率因数ｃｏｓ‘ｐ＝０．６，电流谐波畸变率ＴＨＤｉ＝３０％．由于无功是由谐波无功和基波无功两部分构成，补偿谐波能够释放谐波无功占用的系统容量，所有本次计算不考虑谐波无功对自然功率因数的影响。ｂ．配置方案一：不进行无功补偿，仅配置有源电力滤波器．基波电流…：，１＝∥面万＋ｕ＋ｃ。ｓ妒∥面：＿』堕坠掣坠；：２４０１．２Ａ√３｝３８０￥０．６√１＋０．３２谐波电流：，＾＝，，￥７彻ｉ＝２４０１．２￥０．３＝７２０．３６Ａ有源电力滤波（ＡＰＦ）容量：ｔ＝１．２￥厶＝１．２￥７２０．３６＝８６４．４３２ＡｕＰＳ容量配置：∑Ｊｓ。＝∑巴／ｃｏｓ妒＝１８￥５５／０．６＝１６５０ｋＶＡ方案一配置９台１００ＡＡＰＦ，ｕＰＳ容量为４×５００ｋＶＡ．ｃ．配置方案二：进行无功补偿后配置有源电力滤波器．无功补偿量计算：功率因数ｃｏｓ‘ｐ从０．６补偿至０．９，∑Ｑ。＝ｄ￥∑ｐ。＋ｇ＝０．７￥５５￥１８｝０．８４８—５８７．６６ｋｖａｒ按安装４４０Ｖ电容计算口］：∑Ｑ畦＝∑Ｑ蝌＊器舞－５８７．６６“２１＝７１１ｋｖａｒｄ：负荷平均系数，取值０．７～０．８∑Ｐ。：最大负荷ｑ一补偿率ｋｖ∥ｋｗ一功率因数０．６补偿至０．９的速算值为０．８４８（查表）基波电流：，１＝：＿』选墅霉坠＝：１６００．８Ａ√３￥３８０｝０．９￣／１＋０．３２谐波电流：，＾＝，．｝Ｚ阳）扣１６００．８￥Ｏ．３＝４８０．２４Ａ有源电力滤波（ＡＰＦ）容量：厶＝１．２￥，＾＝１．２￥４８０．２４＝５７６．２８Ａ万方数据一建筑电气福建建设科技２０１３Ｎｏ４ＵＰｓ容量配置：∑≮＝∑巴／ｃｏｓ‘ｐ＝１８￥５５／０．９＝１１００ｋＶＡ方案二配置６台１００ＡＡＰＦ，８００ｋｖａｒ智能电容，ｕＰｓ容量为３×５００ｋＶＡ．ｄ．方案选择：表１：序号设备名称方案一成本方案二成本备注（万元）（万元）１ＵＰＳ２００１５０５０万元／台２有源滤波１８０１２００．２万元／１Ａ３智能电容０８０．Ｏｌ万元／ｌｋｖａｒ４总成本３８０２７８如上表所示，方案二相对于方案一有如下几个优势：乱方案二比方案一节约约４０％的成本．ｂ．方案二比方案一占用的空间小．ｃ．方案二比方案一占用的供电系统容量小．综上所述，显然选择方案二是最好的选择．３实际运行情况：３．１蓝宝石的主要生产设备为蓝宝石炉，蓝宝石炉的工作原理为将市电整流为小电压、大电流的方式来达到高温加热的目的。由于该类负载在整流的过程中会产生大量的谐波电流，而生产线对工艺要求非常严格，并且为了保证供电质量，炉子均由ｕＰｓ供电。为了最大程度的降低谐波对系统的危害，保证炉子的稳定生产以及ｕＰＳ的正常工作，采取了在ｕＰＳ的出线端安装了有源滤波器进行谐波治理的措施。业主最终选用国产某品牌的有源电力滤波器．具体接线示意详下图１：３．２运行状况：实测波形对比：未开启ＡＰＦ的波形图１２２０．９ｖ＠２２１．２ｖ０２２１．４Ｖｏ０ＶＱＶ＼、／厂～＞＜■～…一，／＞‘＜／＼Ｖ目５１ｍｓＶ１＝＋３０６６Ｖ２—１３０６Ｖ３＝一１７６３ＶＮ＝＋０＞ＲＭｓ■—●■—■●●—■●●—■●●——■●电压波形图万方数据电流波形图电流畸变率图电压畸变率图电流频谱图开启ＡＰＦ后的波形图电压波形图福建建设科技２０１３．Ｎｏ．４■建筑电气ｒ疋］—■ｉＡ畲１７９．７＾廷）６３．９＾ｏ６３．５＾・ｐ…一＾Ａｈ０１１１００．０ｘ７９．９＾＋０００。＜参１００．０ｘ６４．３＾＋０００。＠１００．０鬈６３．９＾・０００。圈口爿Ｅ！■田型＿『ｄ５１ｍｓＡ１＝＋１１０６Ａ２＝一６８２Ａ３＝一２４２ＡＮ－－－一一）翻豳Ａ锺麓■豳螬＿■－电流频谱图电流波形图滤波器开启后，波形都接近标准正弦波，尤其是电流波形，由畸变非常严重的波形补偿至较为规则的正弦波．电压畸变率由３．６％下降到１．６％，由柱状图上可以明显的看出，系统中蓝宝石炉主要产生的谐波次数以５次、７次、１１次、１３次、１７次、１９次为主，补偿后，谐波电流含量明显减小．ＵＰＳ出现端的电流畸变率由原来的７６％下降到平均ｌｌ％，治理效果非常明显．对ｕＰＳ起到了很好的保护作用，也减少了蓝宝石炉产生的谐波对系统的影响。４市场展望随着电力电子技术和控制技术的进步，国产有源滤波器电流畸变率图有自已的专利技术，已经在各种项目上因价格及产品性能的１２．７茗１１０．４ｘ＠１２．７戈ｏ１５３０‘吣５．１＼／心ＷＡ３＝一２２７优势，逐渐代替进口产品，有源电力滤波器ＡＰＦ以其巨大的技术优势、强大功能、逐渐下降的价格，必将最终取代传统无一、●３＾源型滤波器ＰＦ。在ＡＰＦ的发展过程中，模块化的有源滤波设备以其体积小，安装方便，集成化程度高。工作稳定，扩容方便等优点慢慢取代了传统的柜式ＡＰＦ，在深圳盛弘、艾普瑞斯等Ⅵ。埘／Ｋ＾一．．．，Ａ／—１５３≮ｔ＝＼一一一、，Ａ＞模块化行业领头羊的带领下，国产品牌山大华天、西安赛博、上海双电也纷纷在２０１２年推出了模块化产品，在未来的几年中，模块化的有源滤波ＡＰＦ与静止无功发生器ＳＶＧ的组合必将成为电能质量行业中最有力的解决方案，并被市场广泛的认可。参考资料［１］王兆安，杨君，刘进军，王跃．谐波抑制和无功功率补偿［Ｍ］．北京：机械工业出版社出版．ｍ３ＴＨｎ。—－。－Ｉ。‘‘电压畸变率图Ａ１＝＋１０７６Ａ２＝一５９１对比小结：有源电力滤波器开启前，电流波形的畸变非常明显，蓝宝石炉产生的谐波使得波形畸变率高达７６％．有源笞啦莽葛譬雾舞潍牙鸳莽若氧撰苔ｑ莽苍氧牙弛孓苔譬莽凌孓苔电器努弛≠弛再零苔啦孓苔她萍零撰祭琴琴琴零祭零祭零零撰秘琴秘祭零秘祭（上接第６９页）表４本项目加铺沥青面层的路面结构表面层下面层夹层４ｃｍ橡胶沥青ＲＡｃ—１３６ｃｍ中粗式沥青混凝土ＡＣ一２０Ｃｌｃｍ橡胶沥青应力吸收层ＳＡＭＩ旧水泥混凝土路面处治合格和社会效益，是顺应交通市政行业建设可持续发展的战略举措。参考文献［１］中交公路规划设计院有限公司．肿Ｄ４０—２０１１．公路水泥混凝土路面设计规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２０１１．［２］廖卫东，陈拴发，李祖仲．改性沥青混合料应力吸收层材料特性与结构行为［Ｍ］．北京：科学出版社，２０ｌＯ：２９—３１．［３］中华人民共和国交通部．ＪｒｒＪ０７３．１—２００１．公路水泥混凝土路面养护技术规范［ｓ］．北京：人民交通出版社，２００１．［４］姚祖康．公路设计手册（路面）［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６：２８０—２８１．４结语３２４国道莆田城区段路面改造后通车近一年，目前无反射裂缝产生，路面使用效果良好。旧水泥混凝土路面沥青加铺技术是公路建设可持续发展战略的重要组成部分，在我国现阶段具有重要的现实意义。因此，针对旧水泥混凝土路面加铺沥青层进行关键技术研究及应用，蕴涵巨大的经济效益［５］中华人民共和国住房和城乡建设部．ｃＪＪ１６９—２０１２．城镇道路路面设计规范［Ｓ］．北京：中国建筑工业出版社，２０１２．万方数据有源电力滤波器的应用设计
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
吴永其
厦门华旸建筑工程设计有限公司 福建厦门361000福建建设科技
Fujian Construction Science & Technology2013(4)
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