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電能質(zhì)量
專家診治

把電能質(zhì)量問題交給領(lǐng)步400-056-5258

看有源濾波器如何治理劇場中的諧波

返回列表來源：領(lǐng)步電能質(zhì)量發(fā)布時間：2018-02-28分享加入收藏關(guān)注：-

專家講堂2

劇場電氣系統(tǒng)中，由于大量非線性負荷的應用，諧波污染問題較為嚴重。劇場電氣設(shè)備中，舞臺調(diào)光裝置是主要諧波源。由于可控硅調(diào)光設(shè)備在工作時產(chǎn)生的諧波量及諧波頻譜隨導通角變化而改變，傳統(tǒng)的LC無源濾波裝置不能有效治理。有源電力濾波裝置具有動態(tài)補償?shù)奶匦?，可以彌補這些不足。
一般情況下，電力供應應該提供具有正弦波形的電壓。但實際上，供電電壓的波形往往由于某些原因而畸變?yōu)椴煌潭鹊姆钦也ㄐ?，即產(chǎn)生諧波，供電系統(tǒng)中的諧波是指一些頻率為基波頻率(在我國取工頻50 Hz ) 整數(shù)倍的正弦波分量。在供電系統(tǒng)中，產(chǎn)生諧波的根本原因是由于給具有非線性阻抗特性的電氣設(shè)備(又稱為非線性負荷)供電。這些非線性負荷在工作時向電源注入高次諧波，導致供電系統(tǒng)的電壓、電流波形畸變，使電能質(zhì)量變差。因此，諧波是衡量電能質(zhì)量的重要指標之一。
用建筑電氣設(shè)備中存在著眾多的非線性阻抗特性的諧波源負荷，如：熒光燈、氣體放電燈、計算機、UPS、電子調(diào)速裝置、軟啟動設(shè)備等。劇場電氣設(shè)備中也存在大量的諧波源，尤其是舞臺燈光的可控硅調(diào)光裝置引起的電流波形畸變，使諧波問題尤為嚴重。為保證劇場供電系統(tǒng)中所有的電氣、電子設(shè)備正常、和諧的工作，必須采取有效的措施，抑制并防止電網(wǎng)中因諧波危害所造成的嚴重后果。

一、劇場中電氣諧波特性及諧波危害
1、劇場電氣諧波主要特性
劇場非線性負荷包括舞臺調(diào)光設(shè)備、帶電子鎮(zhèn)器的熒光燈、變頻空調(diào)等。根據(jù)劇場非線性負荷的容量及占用系統(tǒng)電源的比例，舞臺調(diào)光設(shè)備屬于劇場電氣主要的非線性負荷。這些調(diào)光設(shè)備造成的諧波污染不僅影響劇場配電系統(tǒng)電能質(zhì)量，還可能造成系統(tǒng)其它用電設(shè)備故障。因此在電氣設(shè)計階段應該著重考慮諧波的影響并采取合理的治理措施。

中間--舞臺

舞臺燈光用的各種調(diào)光器實質(zhì)上就是一個單相的相位控制交流調(diào)壓器。舞臺調(diào)光技術(shù)在經(jīng)歷了電阻型調(diào)光、變壓器式調(diào)光、磁放大器型調(diào)光階段后，發(fā)展為現(xiàn)在的用可控硅調(diào)光和計算機控制的現(xiàn)代化調(diào)光設(shè)備?？煽毓枵{(diào)光器是目前舞臺上的主流調(diào)光器。

燈光--中間

正弦交流電壓過零后的某一時刻t1 (或某一相位角ωt 1)，在可控硅的門極上加一觸發(fā)脈沖，使可控硅導通，這一導通將維持到正弦波正半周結(jié)束。因此在正弦波的正半周(即0 ～ p 區(qū)間)， 0 ～ ωt 1范圍可控硅不導通，這一范圍稱為控制角; 而在ωt 1 ～ p 間可控硅導通，這一范圍稱為導通角。同理在正弦交流電壓的負半周，對處于反向聯(lián)接的另一個可控硅(對兩個單向可控硅反并聯(lián)而言) 在t2時刻(即相位角ωt 2 ) 施加觸發(fā)脈沖，使其導通。如此周而復始，對正弦波的每一半周期控制其導通，獲得相同的導通角。如改變觸發(fā)脈沖的施加時間(或相位)，即改變了導通角(或控制角) 的大小。導通角越大調(diào)光器輸出的電壓越高，燈就越亮。
由以上分析可知，可控硅調(diào)光設(shè)備吸收的不再是正弦電流，因此會造成調(diào)光設(shè)備的輸入電流畸變?yōu)橹芷谛缘姆钦译娏鞑ㄐ巍υ撝芷谛苑钦译娏鬟M行傅里葉級數(shù)分解，可得出電流中除含有與電源相同頻率的基波成分外，還含有一系列頻率為電源頻率奇數(shù)倍的高次諧波電流。這些高次諧波通過導線傳導到其它負荷，同時由于系統(tǒng)中諧波阻抗的存在，這些高次諧波電流還會引起電源電壓波形畸變。

2、劇場諧波危害
  電源電壓波形畸變造成電網(wǎng)諧波污染，使電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、配電設(shè)備出現(xiàn)許多異常現(xiàn)象和故障。諧波的危害是多方面的，就劇場電氣系統(tǒng)而言，主要有一下幾方面。
諧波對配電線路的危害
  三相四線配電線路中，相線上3 的整數(shù)倍次諧波(零序諧波) 在中性線上會疊加，使中性線的電流值可能超過相線上的電流值。由于中性線電流過大，使配電系統(tǒng)中性線出現(xiàn)過負荷，從而引起絕緣老化加速，增加了火災隱患。
諧波對電力設(shè)備的危害
  當電網(wǎng)存在諧波時，入電力電容器后其端電壓增大。通過電容器的電流增加得更大，使電容器損耗功率增加，加速絕緣介質(zhì)老化。在諧波嚴重的情況下，還會使電容器鼓肚、擊穿或爆炸。尤其是電容器投入到電壓已經(jīng)畸變的電網(wǎng)中時，還可能使電網(wǎng)的諧波加劇，即產(chǎn)生諧波放大現(xiàn)象。
  諧波使電力變壓器的銅耗增大，包括電阻損耗、導體中的渦流損耗與導體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，主要表現(xiàn)在鐵芯中的磁滯損耗增加。由于以上兩方面的損耗增加，降低了變壓器的設(shè)備利用率。因此設(shè)計階段在選擇變壓器額定容量時需要考慮電網(wǎng)中的諧波含量，適當放大變壓器容量。

三、劇場諧波治理措施
1、對劇場進行改造
  目前，國內(nèi)有采用提高變壓器質(zhì)量及容量、增大電纜截面積(特別是加大中性線電纜截面積)、選用整定值較大的斷路器、熔斷器等保護元件的方法減小諧波的影響，這些方法并不能從根本上消除諧波，反而降低了保護特性與功能，加大了投資成本，增加了供電系統(tǒng)隱患。
  為有效抑制諧波，在劇場電氣設(shè)計中，可采用的方法主要有：合理設(shè)計配電線路、適當?shù)淖儔浩鹘泳€方式、合理布線、裝設(shè)濾波裝置等。
2、加裝有源濾波器
  有源電力濾波裝置的基本原理是從電網(wǎng)中檢測出諧波電流，經(jīng)內(nèi)部芯片快速計算、分析、比較，控制主功率單元產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流，從而使電網(wǎng)電流只含基波成分。這種濾波器能對頻率和幅值都變化的諧波進行跟蹤補償，且補償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響。該有源電力諧波濾波裝置, 引進美國 TMS320F2812 芯片，根據(jù)Z新的瞬時無功功率理論，應用數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP），脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM），智能化功率單元技術(shù)（IPM），觸摸屏技術(shù)（GP）等前沿科技，可實現(xiàn)動態(tài)消除諧波，平衡三相負荷，是一種高技術(shù)含量，濾波效率Z理想諧波治理和無功補償產(chǎn)品。

有源濾濾波器的選型
剛剛提到過劇場內(nèi)的接線方式為三相四線，那么有源濾波器的選型，自然也就是三相四線的接線方式。
有源濾波器的容量確定
有源濾波器工作原理是：通過電流互感器檢測到的電流信號，進行諧波分離計算，濾波器產(chǎn)生一個與諧波電流幅值相等、相位相反的電流，注人到系統(tǒng)線路中，以抵消系統(tǒng)中的諧波電流。有源濾波器可同時濾除多次諧波，只要濾波器的容量(濾波額定輸出電流)足夠大，濾波器可以動態(tài)自適應，可從2次諧波到50次諧波中選擇特定濾波次數(shù)，選擇濾波優(yōu)先次序。因此有源濾波器是根據(jù)濾波器濾波額定輸出電流來選擇的。

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