智能混合谐滤补偿装置在糖厂的应用

智能滤波补偿装置在我公司直流调速系统的应用

广西来宾东糖凤凰有限公司李振兴

上海追日电气有限公司景鹏

摘要：本文介绍了智能滤波补偿装置的原理及在复杂的谐波环境的应用，该文章是基于广西来宾东糖凤凰有限公司压榨车间直流调速供电系统的谐波含量大和功率因数低，针对此工况进行全面分析，并提出ZSVC智能补偿滤波方案，投入设备后效果显著，具有很大的市场潜力和推广价值。

关键词：智能滤波补偿装置；谐波；相对经济性；稳定性；

Abstract: This thesis introduces principle of intelligence filtering compensating device and its use in complicated filtering conditions. Based on the condition of low power factor, high contained harmonic filter in power supply system of one sugar refinery workshop at Guangxi Province ,the thesis makes comprehensive analysis on this condition and proposes the project for ZSVC intelligence compensating filter . After putting this project into practice, it achieves salient effects and shows substantial market potential and publicizing value.

Key words: intelligence filtering compensating device; harmonic filter; relative economy;stability

1、引言

广西是我国蔗糖产业第一大省，目前大多数糖厂压榨车间压榨机传动设备引入大功率整流调速装置，随着整流装置在糖业的广泛应用，无功问题和谐波在糖厂供电系统存在问题也日趋严重，使糖厂供电系统的可靠安全运行存在较大的隐患，加剧了损耗附加值，因此提高用电功率因数和消除谐波也成为近年来糖厂关注的热点之一。

我公司压榨车间的压榨机自2004年开始引入整流装置对其进行调速控制，而随着整流装置的投入使用，我公司压榨机供电系统受到了较为严重污染，运行设备功率因数低，生产设备中的电子设备易损坏，生产运行中的电机电动机异常发热，对生产造成了较大的影响。为了解决以上问题，我公司在2008年引入上海追日公司的ZSVC智能无功滤波补偿装置，对直流电机整流接入端进行电能治理，无功滤波补偿装置的投入使用，收到了较好的效果，系统设备运行稳定，电机发热情况减少，系统功率因数明显提高。为进一步证实ZSVC在在我公司的实际运行状况进行分析和评判，在2011年生产中我公司邀请了行业专业人员进行现场测试，实测了投入ZSVC前后的谐波、功率因数频谱图。测试结果证明了ZSVC在我公司压榨车间直流调速系统中的谐波治理效果较为显著，其中3次、5次和7次谐波得到了明显的抑制，同时系统的功率因数也得到了较大的提高。

2、ZSVC的工作原理

ZSVC是由无源部分和有源部分组成，无源滤波部分滤除特征次谐波，同时兼具容性无功补偿，无源滤波部分通过LC调谐回路，使支路对特定频次谐波呈现低阻抗特性，达到吸收负载谐波电流的目的；有源无功发生器可快速提供从感性到容性的动态无功，用于调节和平衡系统的无功功率。如下图所示，当负载无功需求较大时，ZSVC 实际输出Q1+Q2，从而保证系统较高功率因数；当负荷无功需求较小时，使ZSVC实际输出Q1-Q2，从而保证系统无功平衡。

图1：ZSVC工作特性示意图

图2：ZSVC智能补偿滤波装置结构3、工程概述及分析

我公司压榨车间压榨机的主要控制设备由英国欧陆590扩容的调速装置，电动设备为直流电机，变压器的容量为2000kVA 两台，电压变比6/0.66kV，负载为5台压榨机，功率为1000KW两台，800KW两台。

在该系统中由于整流装置调速等非线性负载的存在，测试时负载正常运行，数值显示产生了大量谐波，基波电流在1400A左右，电压畸变为在 5.8%左右，电流畸变在27.7%左右，降低了系统功率因数，有功功率的波动范围在203.7kW ~1000kW，其功率因数极低，平均值为0.71左右，大大降低了设备的使用效率，增大了系统的无功损耗，在与市电并网的过程中增加的无功消耗，同时了增大设备的故障率和降低设备的使用寿命，系统开关经常出现故障跳闸，电机异常发热声音很大；对此该系统必须进行谐波治理和无功补偿。

根据其负载特性：负载变化比较快，最快时能达到10S左右，有功功率周期性出现负值，谐波含量也比较大，总谐波电流360A 左右，主要有5次、7次、11次谐波，5次比较严重，95%的概率最大值为342.2A，对此本次治理主要以补偿兼顾治理谐波为主。

4、治理措施及应用情况

4.1 治理措施的确定

通过上述工矿分析，满足工矿设备快速无功需求外，同时也考虑到经济性，本方案采用ZSVC智能补偿滤波装置。

传统LC负载变化快，传统的无源动态相应跟不上，若采用固定的无源治理就会出现有当无功需求小时（此种工况有20%的时间）就出现20%时间的过补现象，同时有功功率周期性出现负值所需的感性无功无法索取，因此纯粹的无源LC方案不可取。

ZSVG有源动态相应快，即可滤波也可补偿，作为补偿时即可输出感性无功也可输出容性无功，可以满足工况的需求，但需要的容量大，投资成本高。

采用ZSVC=LC+ZSVG方案，结合ZSVC的自身优点在补偿的同时吸收谐波，相对成本低，再利用有源装置动态响应快的特点，利用小容量有源就可以弥补无源过补的或部分欠补的现象，这样就既减少减少了投资成本又达到很好的治理效果（补偿容量可达无级可调）。

4.2 治理装置的设计

掌握压榨车间整流装置及压榨机的相关参数，提取谐波值和功率外，设定目标功率因数为0.95，谐波降低到标准值以下；

通过系统计算和与系统仿真验算，取总补偿容量为630kvar，同时考虑有源无源的最佳匹配满足负载变化规律，最终确定有源无功发生器ZSVG容量取300kvar,无源容量为330kvar，确保该混联装置能够快速跟踪系统的无功需求，消除大部分谐波，同时保证该补偿滤波装置是安全可靠的。

4.3 应用效果

按照标准进行验收，通过在系统中使用前后进行对比测试，测试结果显示治理取得良好的效果，具体效果见下图所示：

图3：设备投入前谐波电流的频谱图