Page 1

谐波治理装置在蓄电池企业中的应用

保定巴方电力电子有限公司

蓄电池企业的电网谐波治理方案应用 摘 要:蓄电池企业电池化成设备的大量应用,产生的高次电流谐波严重污染了供电电 网,使供电变压器严重发热,电容器及电力电缆等设备的运行损耗增加。针对电流谐波给电 网带来的危害,结合某蓄电池企业的实际工况,采用多路单调谐滤波器对供电电网的电流谐 波实施综合治理,既消除了谐波对电网的污染,又提高了功率因数。介绍了多路单调谐滤波 治理的基本原理、综合治理措施及结果。 关键词:化成设备;多路单调谐滤波器;谐波治理;无功补偿 0 引言 随着汽车工业的高速发展,也带动了汽车蓄电池产业的高速发展,由可控硅构成的三相 桥式整流装置作为蓄电池生产过程中的化成设备被大量采用,但它们对电网而言是一种大功 率电力电子非线性负载,谐波污染严重,对电网的危害较大。消除谐波危害已成为蓄电池企 业的当务之急。 1 谐波分析 电池化成设备为典型的三相桥式整流电路,忽略换相过程和电流脉动的情况,将电流负、 正半周之间的中心定为零点,则谐波电流(以 a 相为例)为:

式(1)中 k=1,2,3,…。n 次谐波电流含有率 HRIn(Harmonic Ratio In)为:

式(2)中 In 为第 n 次谐波电流有效值;I1 为基波电流有效值。取 k=1 时,就会有 n=5 和 n=7,则可算出 HRI5=20%,HRI7=14.3%。取 k=2 时,就会有 n=11 和 n=13,同样可算出 HRI11=90%,HRI13=7.7%。电流谐波总畸变率 THDi(TotaiHarmonic Distortion)为:

式中 Ih 为总谐波电流有效值。忽略 13 次以上谐波则可算出 THDi=23.5%。 从以上分析可以看到,电池化成设备在电网中产生了高次谐波,一般情况下电流谐波总 畸变率 THDi 大于 20%。在实际工作过程中,由于电池化成设备的路数相当多(一般都在 1 000 路左右),当可控硅移相控制角较大时,电流谐波总畸变率 THDi 可达 30%~60%。 2 实际工况 某蓄电池股份公司 10/0.4kV 配电系统简图如图 l 所示。

地址:河北省保定市高新区复兴西路 118 号

电话:0312-5901608

传真:0312-3181101


谐波治理装置在蓄电池企业中的应用

保定巴方电力电子有限公司

图 l 中,自主变馈线为 10kV 母线,下端接 5 台变压器,现新增 6 号变压器为新充电 车间供电,谐波治理点为 6 号变压器低压侧。6 号变压器目前容量为 l250kVA,负载有 12 台充电机及空压机等动力负载,后续新增加 12 台充电机,配电变压器更换为 2 000kVA。通 过对 1 号充电机群(共 8 台,其中一台只有 50%负荷,故只算为 7.5 台)各种工况的实际测 量,系统正常运行时,充电机系统存在一定含量的 3、5、7、11 次谐波,用谐波测量仪测量 结果如图 2 和图 3 所示。

地址:河北省保定市高新区复兴西路 118 号

电话:0312-5901608

传真:0312-3181101


谐波治理装置在蓄电池企业中的应用

保定巴方电力电子有限公司

从图 2 和图 3 中可以看出:此 8 台充电机系统的工作电流变化范围很大,最大为 843A,最小为 109A,且较长时间处在大电流 600~800A 的工况。2 号充电机群安装 12 台 充电机组,其最大工作电流应为 l350A(843×12/7. 5)。正常运行时 3 次谐波含量最大为 2.516 %,5 次谐波含量最大为 20.81%,7 次谐波含量最大为 29.28%,11 次谐波含量最大为 15.28%;总谐波畸变率 THDi 较大,最大为 41.3190%。鉴于系统电流大,谐波含量很高, 必须进行谐波电流的治理。但在治理过程中要防止系统发生并联谐振,避免谐波电流被放大, 否则会危害并联电容器及设备的安全,甚至使电容器爆炸、设备损坏。 3 谐波治理方案及治理效果 1)单调谐滤波器 (1)工作原理 单调谐滤波器通常采用 CLR 结构,电路原理图如图 4 所示。

地址:河北省保定市高新区复兴西路 118 号

电话:0312-5901608

传真:0312-3181101


谐波治理装置在蓄电池企业中的应用

保定巴方电力电子有限公司

即滤波器的电抗为 Zfn=Rfn,则谐振角频率 n 次谐波电流将通过低阻值 Rfn,而很少流 到系统中去,因而使该次谐波电压大为下降。而对其他次数的谐波,Zfn》Rfn,滤波器分流 很少。简单地说,只要将滤波器的谐振次数设定为与所需要滤除的滤波次数一致,则该次谐 波将大部分流入滤波器,从而起到滤除该次谐波的目的。 (2)参数的确定 所要确定的参数有:电感 L,电容 C,电阻 R。在理想调谐状态下,调谐在 n 次谐波频率

的单调谐滤波器电容器和电抗器关系是

2)总体方案 从理论分析和实际工况分析可知,电网中谐波含量非常大,必须进行谐波治理,而且在 谐波治理的同时还要进行无功补偿。因此,总体方案以单调谐滤波器设计方案为基础,采用 在并联电容器支路串联一定大小的电感,使电容和电感对某次谐波电流发生串联谐振,这样 既可以抑制该次谐波电流,同时又可以补偿基波无功功率,提高系统功率因数。基于这一思 想的综合治理方案如图 5 所示。

地址:河北省保定市高新区复兴西路 118 号

电话:0312-5901608

传真:0312-3181101


谐波治理装置在蓄电池企业中的应用

保定巴方电力电子有限公司

负载端设计并联无源滤波支路,既可以抑制谐波,又可以补偿无功功率。为了满足 补偿后功率因数达到 0.92 的要求,共设计 3 台相同的谐波治理补偿柜。根据仿真结果和实 际试验结果综合考虑,每台柜设计 10 条滤波支路,8 组 4 次滤波支路,主要滤除 3 次和 5 次谐波,两组 10 次滤波支路,主要滤除 7 次和 11 次谐波;总进线端串联 8%的滤波电感。 3)参数确定 根据单调谐滤波器各参数计算方法,结合实际测量的相关参量,可以计算出无源滤波器 各支路的相关参数,如表 1 所示。总进线串联滤波电感的额定容量为 160kVA;电感量为 23.55μH;额定电流为 2500A。

4)补偿效果 根据实际测量结果和理论计算结果,建立模型来模拟实际运行工况,并进行了谐波及无 功补偿。补偿前,线电流为 l612.2A,功率因数为 0.571,总谐波电流畸变率 THD,为 41.3190%。补偿后,线电流为 956.9A,功率因数为 0.994,总谐波电流畸变率 THDi 为 8.54%。补偿时投入 4 次支路 19 条,投入 10 次支路 4 条。补偿后的电压、电流波形如 图 6 所示,补偿后各次谐波电流含量如图 7 所示。

地址:河北省保定市高新区复兴西路 118 号

电话:0312-5901608

传真:0312-3181101


谐波治理装置在蓄电池企业中的应用

保定巴方电力电子有限公司

4 结束语 从仿真和实际运行结果可以看出,在投入了相应的滤波支路后,基本上能够滤除电网中 非线性负载工作过程产生的大部分谐波电流,使治理点处的谐波电流注入值及谐波电压畸变 率满足 GB/T14549—93 中的相关规定,且补偿了无功电流,降低低压配电电流值,增加供 电能力,系统的月平均功率因数达到 0.95~1,达到了治理效果。

地址:河北省保定市高新区复兴西路 118 号

电话:0312-5901608

传真:0312-3181101


蓄电池企业的电网谐波治理应用-bf  

0 引言 随着汽车工业的高速发展,也带动了汽车蓄电池产业的高速发展,由可控硅构成的三相 桥式整流装置作为蓄电池生产过程中的化成设备被大量采用,但它们对电网而言是一种大功 率电力电子非线性负载,谐波污染严重,对电网的危害较大。消除谐波危害已成为蓄电池企 业的当务之急。 式(1)中k...

Advertisement
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you