迟恩先、王海涛  山大华天科技股份有限公司

1.通信行业谐波治理解决方案

随着通信技术的飞速发展，各种通信设备对不间断电源--UPS的供电质量提出了更高的要求。但是UPS设备本身是很严重的谐波源，它产生的谐波一般为5次、7次和11次谐波，可造成配电线缆、变压器发热，降低通话质量，空气开关误动作等不良后果，甚至会使通信中断等。UPS在整流充电过程中所产生的谐波一方面会影响到计算机网络中来，造成网络莫名其妙的停机出错。另一方面，这些谐波反过来又使UPS中的蓄电池中的极板加速氧化，缩短蓄电池的使用寿命，从而为生产和管理带来很大的损失。因此需要对UPS产生的谐波进行治理，提高UPS功率因数，改善电能质量。 

山东山大华天科技股份有限公司推出的HTAF系列有源电力滤波器可对UPS产生的谐波进行治理。该系列有源电力滤波器是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。它由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT或IPM功率模块，生成与谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波，从而实现对电力谐波的动态、快速、彻底治理。

HTAF有源电力滤波器特点：

• 并联接入，便于安装与维护；  • 同时滤除多达20多种谐波；

• 最高可滤除到第50次谐波；   • 主动滤波，滤除谐波含量的95％；

• 滤波效果不受电网阻抗影响；  • 动态实时跟踪补偿，响应速度快；

• 可以多模块并联运行；        • 自动抑制过载，且无共振危险；

• 可同时补偿谐波与无功；      • 无高频纹波电流干扰；

• 滤波效率高，电能损耗低；    • 多重保护功能，确保系统运行安全可靠；

• 数字化控制，中文液晶显示；  • 故障自诊断功能，历史事件纪录功能；

• RS485接口，标准MODBUS通讯协议，计算机远程监控功能。

　　   山东省某通信公司机房的UPS采用HTAF系列有源电力滤波器进行谐波治理。该机房有4台200KVA的UPS，每两台形成并机。安装HTAF系列有源电力滤波器后，分别对1＃UPS并机和2＃UPS并机进行滤波前后的测试，测试报告如下： 

　(1)1#UPS并机滤波器启动前后 

   

   
滤波前 相电流谐波分析 滤波后 

{nextpage}
(2)2#UPS并机滤波器启动前后 

滤波前 相电流波形 滤波后 

   
滤波前 相电流谐波分析 滤波后 

(3)有源电力滤波器未工作时 

电压稳定、正常，对称性良好，波形畸变很小，在国家标准规定的上限值5%以内，但负载电流对称性不好，电流波形畸变严重，UPS1和UPS2相对谐波含量分别为68.3%、62.4%，谐波电流绝对值分别为123.8A和122.1A；1#UPS负载有功功率99.7kW，视在功率140.3kVA，无功功率98.7kvar；2#UPS负载有功功率109.7kW，视在功率148.8kVA，无功功率100.5kvar。两台功率因数都在0.7左右。 电流的不平衡度较大，UPS1电流的负序为5.4%，零序为0.8%；UPS2电流的负序为6.7%，零序为0.3%，这是由于三相负载不对称造成的。
(4)有源电力滤波器运行时

电压稳定、正常，对称性良好，波形畸变很小，在国家标准规定的上限值5%以内；负载电流对称性良好，电流波形畸变很小，UPS1和UPS2相对谐波含量最高相为9.3%，谐波电流绝对值分别为14.2A和11.5A；1#UPS负载有功功率100.7kW，视在功率103.9kVA，无功功率25.58kvar；2#UPS负载有功功率109.2kW，视在功率111.1kVA，无功功率20.2kvar。电流的不平衡度很小，UPS1电流的负序为0.9%，零序为0.3%；UPS2电流的负序为0.9%，零序为0.4%，三相负载对称良好；两台功率因数都提高到0.97以上。 

(5)总结 

　　从两台UPS在滤波器运行和停止的情况看，经过实际测试，数据和频谱分析可以看出，电压谐波和电流谐波得到了很好的抑制，从很大程度上改善了电能质量，有效提高了系统功率因数；消除谐波共振，降低视在功率，减少了无功功率对电力设备容量的占用，使电力设备的容量得到充分利用，降低电能损耗，使设备运行更可靠、更安全。 

2.冶炼行业谐波集中治理方案

目前，在冶炼、化工、机械等行业普遍使用中频炉进行生产，中频炉具有功率因数高、谐波含量大且谐波种类多等特点。企业产生的电力谐波超标并严重影响电力系统的安全运行，大幅增加电力系统的无功损耗。山大华天科技股份有限公司凭借产品和技术优势，针对该行业的谐波问题，通过对负荷配电系统和运行状况实测结果进行分析计算，确定了无功补偿和谐波治理需求，在此基础上提出了消谐无功补偿的技术方案，配置HTEQ系列动态消谐无功补偿设备。

山大华天HTEQ系列自动跟踪消谐无功补偿设备，是采用微处理器控制专用接触器自动投切调谐电容器组的消谐无功补偿装置，采用微处理器无功功率实时监测、谐波电流抑制、编码加循环投切控制等先进技术，可以在各种复杂的工业现场环境中应用。特别是设备中以调谐电容器组为核心的补偿系统，可以根据被补偿负荷的特征专门设计制造，构成与负荷特性最佳匹配、性价比最好的专用设备。设备由系统控制器、驱动模块，电容器专用交流接触器构成的投切执行器和调谐电容器组四大部分构成。系统控制器通过电压、电流传感器实时检测系统电压和电流的瞬时值，并实时计算出电压与电流有效值、谐波含量和系统所需无功功率等控制参量，按预设控制策略完成逻辑判断，并发出相应的控制指令，通过驱动模块控制投切执行器投切调谐电容器组，实现对负载无功功率的动态跟踪补偿和谐波滤除。

我们对某中频炉使用单位进行谐波治理，该单位有一台250KW的中频炉，由一台350KVA的变压器供电，配电室内装有容量约150Kvar的无功补偿装置，但由于谐波含量较大，该补偿装置无法正常投切，我公司配置HTEQ系列动态消谐无功补偿设备后测试结果如下： 

     滤波前 相电压有效值和波形 滤波后 

滤波前 相电压谐波分析 滤波后 

滤波前 相电流有效值和波形 滤波后 

滤波前 相电流谐波分析 滤波后 

{nextpage}
    通过对自动跟踪消谐无功补偿柜运行前后测得数据的分析认为，自动跟踪消谐无功补偿柜安装后，滤除了配电系统中的绝大多数电力谐波，避免了系统谐振，降低了设备损耗，提高了系统的可靠性。 

配电变压器总进线滤波前后测量结果评价：

①自动跟踪消谐无功补偿柜运行后，电压和电流波形明显改善： 

②自动跟踪消谐无功补偿柜运行后，电压和电流谐波含量明显降低，电压谐波含量由原来的8.6%降到4.3%，电流谐波含量由原来的23.9%降到13.5%； 

③自动跟踪消谐无功补偿柜运行后，功率因数由原来的0.94提高到0.98。　　

谐波治理效果： 

(1)改善电能质量提高设备运行可靠性 

根据现场测试结果，当自动跟踪消谐无功补偿柜开启时，低压系统母线电压畸变率THDV下降为4.3%，已低于国标GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》规定的5%上限值，母线电压畸变率的下降提高了电气设备的技术性能、可靠性和效率；母线谐波电流总量下降为40.4A，而自动跟踪消谐无功补偿柜未开启时为76.9A，谐波电流的大幅减小提高了总功率因数，降低了配电变压器的负荷和损耗，减少了配电线路的额外发热和线损。 

　采用自动跟踪消谐无功补偿柜进行谐波治理后，低压系统母线电压畸变率和负载谐波电流显著降低，同时抑制了谐波共振和暂态震荡的发生，使电能质量显著提高。 

(2)降低视在功率提高电力设备利用率 

　当自动跟踪消谐无功补偿柜开启后，配电变压器无功功率由76kVar下降为41.6kVar，功率因数由0.94提升为0.98，大大减少了无功功率对电力设备容量的占用，提高了电力设备的利用率。 

从自动跟踪消谐无功补偿柜运行和停止的情况看，通过实际测试、数据和频谱分析可以看出，电压谐波和电流谐波得到了很好的抑制，从很大程度上改善了电能质量，有效提高系统功率因数。消除谐波共振，减少无功功率对电力设备容量的占用，使电力设备的容量得到充分利用，极大的降低了电能损耗，不仅使设备运行环境更安全而且也很好的起到了节能降耗的作用。