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有源濾波器新聞

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有源濾波器機場助航燈光系統中的諧波分析

有源濾波器機場助航燈光系統中的諧波分析

2018-05-24 11:12:00

有源濾波器機場助航燈光系統中的諧波分析

    機場助航燈光系統是目視助航設施中一個非常重要的組成部分,它通過高光和不同顔色的燈光系列,勾勒出一個機場的跑道、滑行道及進近區域的主要特征,在夜間能見度不好的情況下給飛機駕駛員一個明确的目視信息。助航燈光系統的供電等級屬于一級負荷中的重要負荷,關系到飛機的安全運行,通常在跑道附近的安全區域内設置一座或兩座燈光變電站,專供燈光及導航設備用電。各種類型的助航燈具設置在跑道和滑行道上或道肩上,屬于場外燈具,供電線路較長,國際民航組織推薦使用串聯的供電方式,為保證在串聯電路供電的情況下,有個别燈具故障而不至于造成整個回路中所有燈具都不亮,每個燈具前必須設置隔離變壓器。同時,燈光系統要求采用三至五級的調光,其調光器以可控矽為主。所以在燈光系統的實際運行過程中,會産生大量的諧波。


1.諧波的危害:

    随着科技的進步,技術的發展,節能和自動化設備的應用越來越廣,容量也日益擴大,雖然這些設備能起到很大一部分節能降耗的作用,但是其産生的諧波對電網的污染,以及電磁幹擾等,可能會進一步影響系統中的其他用電設備,也帶來了危害。


2.供電系統諧波的定義是:

    對周期性交流量進行傅立葉級數分解,得到頻率為基波頻率大于1整數倍的分量。諧波頻率與基波頻率的比值(n=fn/f1) 稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波,稱為非諧波(Non-harmonics)或分數諧波。諧波實際上是一種幹擾量,使電網受到“污染”。向公用電網注入諧波電流或在公用電網上産生諧波電壓的電氣設備稱為諧波源。電網中的諧波污染日益嚴重,給電力系統和各類用電設備帶來危害,諧波會增加電氣設備的熱損耗,對變壓器來說,鐵芯産生熱損耗,尤其是渦流損耗大,在變壓器繞組中有諧波電流,在鐵芯中感應磁通,産生鐵損。諧波還會幹擾電子設備,使信息發生失真,可對信息系統産生頻率藕合幹擾。諧波電流在高壓架空線路上的流動除增加線路損耗外,還将對相鄰的通訊線路産生幹擾影響。諧波輕則增加能耗,縮短設備壽命,影響系統的運行效率,重則損壞設備,造成用電事故,甚至危害電力系統的安全運行。因此,消除諧波污染,把諧波含量控制在允許範圍内是非常有必要的。


3.助航燈光産生的諧波分析:

    現在電力系統中的諧波源,不但類型多,而且分布廣,用戶電網中的諧波電流可能來自本身的非線性設備,也可能來自外部線路,具有非線性特性的電氣設備是主要的諧波源,例如帶有功率電子器件的變流設備,交流控制器、變壓器、晶閘管串級調速的風機水泵和冶煉電弧爐等。如不加以區分将給諧波治理造成困難。在機場助航燈光系統中,為了達到有效的調光效果,目前世界上通常采用可控矽恒流調光器(CCR)。


4.恒流調光器的工作原理是:

    用反并聯的可控矽調節器,對一台升壓變壓器進行供電。由一個數字調節器确定可控矽導通角,以便将輸出電流調整到一個基準值。該基準值随着所選定的光級而變化。在此前提條件下,恒流調光器的輸出電流要求保證為一個恒定值,一級光為2.8A,二級光為3.4A,三級光為4.1A,四級光為5.2A,五級光為6.6A。恒流調光器的功能還在于當負荷在二分之一額定負荷到滿負荷的範圍内變化,在30%的隔離變壓器次級開路的情況下維持恒定的電流輸出,變化不大于正負2%。這個可控矽調節器和升壓變壓器就是助航燈光的主要諧波源。在進行諧波治理之前,必須要了解電網中諧波的次數及其含量,即必須進行諧波的測試。諧波測量是諧波問題的一個重要環節,它也是諧波問題研究的主要依據。我們在上海虹橋機場東跑道北燈光站進行了諧波檢測。針對北燈光站兩台變壓器的低壓進線側、跑道邊燈回路


5.諧波治理方案的選擇:

    從上述系統配電簡圖及測量數據表明:北燈光站1#、2#變壓器供電系統的電能質量問題相當突出,其中首要問題是諧波污染非常嚴重,并且功率因數很低。由于變壓器下主要負載可控矽調光器為典型的非線性諧波源,該裝置在調光過程中造成大量的諧波污染,同時電流也嚴重滞後于電壓,功率因數非常低;其次,調光器要求采用兩相供電方式(AB相、BC相、CA相),這将導緻嚴重的三相不平衡,在快速頻繁的電容櫃投切過程中導緻電壓、電流波動和大量的無功功率沖擊,同時對系統諧波有明顯的放大作用,進一步影響供配電系統的安全可靠性,對整個助航燈光系統的運行存在安全隐患。這些問題也長期困擾着我們設計和管理人員。因此,采用諧波治理裝置提高系統的安全穩定性,通過治理消除系統諧波,同時提高功率因數和改善系統三相不平衡等主要電能質量問題已迫切需要。合理設計和選擇濾波器,并正确地安裝和使用濾波器,是抑制諧波幹擾的重要環節。

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有源濾波器


工作原理:

    有源濾波器是由電力電子元件和DSP等構成的電能變換設備,檢測負載側的諧波電流後,利用瞬時提取的無功成分和諧波成分作為參考值,主動提供與之相對應的反向補償電流,補償後系統剩下的基波有功電流幾乎為純正弦波,其行為模式為主動式電流源輸出。


特點:

    實時産生幅值相等、相位相反的諧波電流抵消需要治理的諧波。可實時動态濾波各次諧波,不受負載變化影響,理論濾波率大于97%。


無源濾波器


工作原理:

    由LC等元件組成,将其設計為某頻率下極低阻抗,對相應頻率諧波電流進行分流,其行為模式為提供某幾次的諧波電流旁路通;電容器和電抗器串聯成需治理諧波的低阻抗“陷阱”。


特點:

    隻能濾除固定幾次諧波,進行靜态治理,負載率較小的情況下,會出現過補現象,易與電網發生諧振,理論濾波率小于70%。根據現場測量結果,北燈光站變壓器低壓出線側的諧波相當大、頻譜非常寬,同時負載率變化範圍大且存在部分三相不平衡,因而不适合采用無源濾波器進行治理,并且存在很大的諧振風險。有源濾波器專門針對此類工況特點的低壓配電系統而設計,該裝置濾波效率高、實時跟蹤、響應速度快特點,可高效濾除負載諧波,抑制系統振蕩,提高電網的穩定性,同時取得明顯的節能降耗和供電設備增容的效果。


諧波治理方案:

    有源電力濾波器以并聯方式接入電網,通過實時檢測負載的諧波和無功分量,采用PWM變流技術,從變流器中産生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統,從而實現諧波治理和無功補償。


    動态有源濾波器可實時動态過濾各次諧波,不受負載變化影響,可以在諧波源處安裝,也可以在變電站集中治理,安裝方便,能耗小,效率高,并具備無功補償和三相平衡功能,大大改善了功率因數。安裝動态有源濾波器後,燈光站的各級諧波分量均低于3%,滿足了公共電網接入點的總諧波限值要求,各項指标符合《電能質量公用電網諧波》的國家标準,避免了集中諧波源設備之間的相互幹擾和影響,從而保證調光器負載、内部供電系統的正常連續運行。