电能质量治理方式

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本文引述某公司的电能质量质量方案（高压采用SVG、高压FC、高压串抗；低压采用APF、LCL ），旨在引起各相关发电、供电、配电系统各级电气人员对电能质量的重视，本案例可作为各发、输、配电系统电能质量治理的指导文件。不足之处，还请各位雅正。

某公司由于设计院在供电设计中将大量变频器、大功率整流设备与要求较为苛刻的进口成套设备混用，导致了严峻的设备安全稳定生产电能质量问题，急需进行全厂电能质量治理。由于负荷没有上全，电能质量问题尚未完全显现，各厂家的治理方案所依据的测量数据不细致不全面，因此在项目招定标时将全厂电能质量治理作为一项长期综合治理来通盘考虑，为慎重定方案，我们外出考察15天，足迹8个省市，厂家及业绩20家，考察涉及太阳能发电、科研单位、钢铁、铝板带深加工、电解铝、化纤等。

就目前国内及国外的电能质量治理的方案而言，不外乎从低压、中压和高压三个层面进行治理。现将各电压等级选型及治理情况阐述：

1、400V低压。负荷主要是变频设备，谐波严重，治理手段主要有有源滤波APF和无源滤波器固定补偿FC。分散、分布范围广，变化大，需要就地补偿，在前期设计未考虑加装滤波装置的情况下，安装空间有限。大体补偿点在30-50处。

1.1、FC滤波器，顾名思义是固定补偿，由电感电容组成的单调谐LC滤波器，每个补偿点都需要需要配置5次、7次、11次和高通（有些可以省略）滤波器，各次滤波器设计参数固定不能变化，同时相互之间有一定的影响，效果属于相对治理而不能完全治理，适应负荷变化的能力极差，很可能1-2年之后需要推倒重新设计和购买。FC另一个致命缺点是设计不好会产生谐振，还可能放大谐波；FC的设计，需要厂家事先对负荷尤其是谐波负荷进行完整和细致的测量。同时由于电容器长期流入谐波电流影响寿命有限，很少有超过5年的。由于占地大，现场也没有空余位置。FC不能适应与冲击性负荷或变化性负荷。单纯FC虽然能滤谐波，但带来基波严重过补偿，如果采用SVC方案的TCR去吸收，损耗会加大同时还会增加造价和增加谐波，可靠性会进一步降低。因此在低压系统一般不建议采用SVC。FC优点，便宜，对要求不高的工矿企业，尤其负荷和谐波情况固定不变的场合，是最经济的治理方法，就像我们各铝业公司高压母线处加装的FC。

1.2、APF滤波器，是智能型谐波电流跟踪式滤波器，有电力电子元器件（德国英飞凌IGBT）加数字信号处理技术（美国德州仪器DSP芯片）构成，可以实施测量和跟踪补偿各次谐波电流，体积小，寿命长，适应范围广，不怕将来负荷变化，尤其对处于调试期，各厂家都没有完整详细的测量数据条件下，FC难于精确设计，因此APF不失为最优选的方案。APF可以适应与冲击性负荷和快速变化性负荷，补偿无功和谐波可以同时进行，但其缺点比FC要贵。

2、3KV中压。采用较多的PWM和SPWM整流技术，功率巨大，是谐波主要来源。因大量的低次谐波在10kV侧是可以相互抵消的，再在中压侧进行APF或FC治理，均不经济，重复设置大量的低次谐波滤波器，同时设计不好还极易导致谐波的放大，也没有充分利用多相整流的拓扑优势。因此针对中压，最为经济的手段是不治理和留到高压去治理。

3、10kV高压，一般两种方案：SVC或MCR方案，SVG方案。

3.1、SVC，原理是调节电抗器来实现无功变化的目的。由二部分组成，TCR可控硅调节的电抗器和FC滤波器。SVC其实更适合无功补偿应用，作为谐波补偿滤波器，它没有优势，首先TCR本身是产生谐波的谐波源，靠FC固定式的滤波器去吸收谐波，由于TCR本身产生大量的5、7、11次谐波因此必须要有5、7、11次谐波的FC滤波器补偿TCR，就新材料项目而言，中压系统会有大量的典型的特征次高次谐波进入10kV系统，如19次、23和25次、41和43次等，还必须针对这些负荷产生的谐波设置FC滤波器，因此针对新材料的SVC，其FC将会十分复杂，很难设计。同时SVC占地巨大，现有的高压补偿室完全不够SVC的安装，同时SVC还存在损耗大，寿命短的缺点。SVC是模拟式的补偿装置，属于不能完全性治理装置，适应负荷变化性能极差，也存在1-2年后负荷变化了，必须重新设计和更换FC的可能性。另外，SVC调节速度慢，很多时候不能跟踪上负荷的快速变化，尤其是冲击性负荷和高次谐波。

3.2、MCR，磁控电抗器，从系统角度看与SVC原理基本相同，都是调节电抗器来实现无功变化的目的。与SVC不同的是，SVC是在电抗器主回路串联进可控硅阀组来调节电抗器中电流来实现调节电抗器等效电抗值的目的，这种调节产生大量的谐波电流，需要FC滤波器去滤波和补偿；而MCR则是在电抗器加上一个副绕组，用可控硅向次副绕组内注入可调节的直流电流，让电抗器不同程度的饱和，而达到调节电抗值的目的，这种调节因为电抗器饱和也产生大量的谐波电流，也需要FC滤波器去滤波和补偿。和SVC比MCR调节速度更慢，更不能适应快速变化的负荷和快速变化的谐波，损耗比SVC更大，噪音巨大，占地比SVC还大。同样MCR是模拟式的补偿装置，属于不能完全性治理装置，适应负荷变化性能极差，也存在1-2年后负荷变化了，必须重新设计和更换FC的可能性。

3.3、SVG，高压链式SVG是有电力电子器件组成，它是纯数字化的控制技术，经过特殊设计和制造的具有超大链节数的三角接法SVG，在补偿无功的同时可以对13次以下的谐波电流进行全补偿，由于链节数和开关频率的限制它不能对23次以上的谐波进行补偿，我们可以采用混合式技术，对本工程中的特征次谐波21、23、41次谐波进行FC滤波。

SVG，可以补偿无功和中低次谐波，可以补偿三相不平衡，可以补偿电压闪变，具有损耗小，体积小的优点。SVG+FC，可以补偿无功、中低次谐波和大部分补偿高次谐波（FC属于非完全补偿设备）。

混合式SVG用的FC，只需要对高次谐波进行补偿即可，FC容量相对较小，且不易放大谐波和造成运行中的谐振，因此高次的FC设计相对容易，FC中的电容器寿命也长。

4、当前国内电能质量工作中的问题：

4.1、无谐波治理装置国标。

4.2、企业制造的资质未统一要求。

4.3、国内对于电能质量的认识仍是不足的，包括设计院、使用单位，需要大力宣传。

5、电能质量工作中普遍存在的问题：

5.1、未考核各电解铝、氧化铝、新材料、纺织等供电变电站处的功率因数、谐波含量、无功补偿、电能平衡、电压闪变等电能质量指标，电能质量差会影响发电机、电网等电气设备的使用寿命。

5.2、没有对电能质量了解、熟悉的人员，重视程度不高。

5.3、电能质量问题得不到重视和提高，无形中的浪费巨大。