有源濾波器APF在中頻電爐中的節(jié)能分析

中頻電爐通過整流電路將電網(wǎng)的基頻變成直流,然后通過逆變電路將直流逆變成所需頻率電流。對(duì)于傳統(tǒng)的六脈整流電爐主要產(chǎn)生6k±1次諧波,即主要有5、7、11、13等次諧波。中頻電爐產(chǎn)生的諧波電流對(duì)電網(wǎng)有多方面的危害:六脈整流中頻電爐主要產(chǎn)生5、7、11、13次諧波,若電網(wǎng)中存在諧振點(diǎn)與此相同的電感、電容時(shí)就會(huì)發(fā)生諧振,從而導(dǎo)致器件損壞;由于諧波也占據(jù)能量,所以導(dǎo)致原本網(wǎng)側(cè)輸出的基波能量降低,原本輸送基波的母線會(huì)因輸送的電流頻率升高引起集膚效應(yīng),導(dǎo)致線體發(fā)熱,甚至引發(fā)**事故;與母線相連的變壓器、電機(jī)等也會(huì)由于諧波導(dǎo)致的鐵耗、銅耗的增加,甚至?xí)鹬行渣c(diǎn)位移,影響正常運(yùn)行;諧波對(duì)各種電能測量器件、儀表、通信設(shè)備等也會(huì)產(chǎn)生較大的干擾,導(dǎo)致測量結(jié)果、接收信號(hào)產(chǎn)生較大誤差。實(shí)際中,在沒有諧波治理裝置下中頻電爐對(duì)電網(wǎng)造成的諧波畸變率高達(dá)28%,嚴(yán)重超出了國家標(biāo)準(zhǔn),因此對(duì)中頻電爐進(jìn)行諧波抑制的研究和設(shè)計(jì)是保證網(wǎng)側(cè)電能質(zhì)量的重要任務(wù)。
中頻電爐諧波抑制的研究現(xiàn)狀針對(duì)中頻電爐諧波的產(chǎn)生,傳統(tǒng)的諧波抑制裝置是裝設(shè)LC調(diào)諧濾波器。根據(jù)LC的串并聯(lián)諧振原理,對(duì)固定頻率的諧波進(jìn)行消除。一般情況下,單調(diào)諧濾波器只能用于濾除某個(gè)固定次諧波,若要濾除多次諧波,則需相應(yīng)地用幾個(gè)單調(diào)諧濾波器并聯(lián)。同時(shí),LC調(diào)諧濾波器存在易于系統(tǒng)發(fā)生諧振、工作地點(diǎn)固定、體積大等缺點(diǎn),難以滿足目前諧波治理的要求。因此,為解決傳統(tǒng)婺源濾波器的局限性,提出了有源電力濾波技術(shù)。有源濾波器APF能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償,速度快、可控制,其介入不受系統(tǒng)阻抗的影響,可抑制串并聯(lián)諧振,這正克服了LC調(diào)諧濾波器只能對(duì)固定次諧波補(bǔ)償、濾波特性受系統(tǒng)參數(shù)影響的缺點(diǎn),基于以上優(yōu)點(diǎn),有源電力濾波器在電力系統(tǒng)中被廣泛使用。
有源濾波器APF的種類有源電力濾波器的主電路通常采用單個(gè)PWM逆變器結(jié)構(gòu),按其直流側(cè)儲(chǔ)能元件不同進(jìn)行分類:儲(chǔ)能元件選擇電容的是電壓型有源電力濾波器,儲(chǔ)能元件選擇電感的是電流型有源電力濾波器。電壓型APF由于具有內(nèi)阻損耗小、效率高、初期投資少、可任意并聯(lián)擴(kuò)容、易于單機(jī)小型化等優(yōu)點(diǎn),更適用于諧波補(bǔ)償裝置。并聯(lián)型有源濾波器的PWM變流器并聯(lián)在電網(wǎng)上,相當(dāng)于受控電流源,產(chǎn)生與負(fù)載諧波電流大小相同但方向相反的補(bǔ)償電流。串聯(lián)型有源濾波于受控電壓源。通過控制補(bǔ)償電壓改變負(fù)載端的電壓,兩者相結(jié)合的是混合型有源電力濾波器。并聯(lián)型有源濾波器的電源基波電壓全部加在變流器上,因而裝置容量較大,且能連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率,并在補(bǔ)償諧波的同時(shí)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功功率,目前較為常用。
有源濾波器APF工作原理有源濾波器主要由兩大部分組成:指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流的產(chǎn)生電路。其中補(bǔ)償電流發(fā)生電路包括電流跟蹤控制電路,驅(qū)動(dòng)電路和逆變主電路。指令電流運(yùn)算電路用于檢測出出網(wǎng)側(cè)的諧波電流,然后通過A/D轉(zhuǎn)換器將所要補(bǔ)償?shù)碾娏鞣至哭D(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);電流跟蹤控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和逆變電路組合成了補(bǔ)償電流產(chǎn)生電路,接收指令并按照指令逆變出相應(yīng)的電流。

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