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有源濾波裝置在機場的應用
1、 引言
隨著城市交通水平的提高，飛機作為一種便捷的交通方式給人們?nèi)粘＝煌ㄉ顜砹硕鄻踊倪x擇，隨之機場也在逐年擴建。但在機場的低壓配電系統(tǒng)中，存在著大量的諧波源，如機場助航燈、直流電機、電爐、軋機、電焊機等，這些諧波源具有電流畸變大、諧波頻譜范圍廣、無功需求變化快等特點。這類負載產(chǎn)生的諧波，危及配電系統(tǒng)的正常運行，甚至引發(fā)嚴重的電氣事故。其中以機場助航燈光系統(tǒng)為例，助航燈光負載設備不斷增加，機場燈光站大量使用可控硅調(diào)光設備，導致產(chǎn)生大量的諧波電流，對電能質(zhì)量造成污染，同時附加電流和額外的熱效應對各類電氣設備和電纜線路安全也造成一定危害。因此，對機場助航燈光站電力諧波問題進行分析與治理極為重要。
2、 機場諧波的產(chǎn)生及危害
電力系統(tǒng)諧波產(chǎn)生的根本原因是一些具有非線性伏安特性的輸配電和用電設備。當電流流經(jīng)非線性負載時，與所加的電壓不呈線性關(guān)系，就形成了非正弦波電流，從而產(chǎn)生諧波。諧波污染越來越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，給同一網(wǎng)絡的線性負載和其它用戶帶來了極大影響。
助航燈光站中的主要設備是控制助航燈光開／關(guān)和調(diào)節(jié)燈光亮度的調(diào)光器，采用可控硅斬波來調(diào)節(jié)輸出電壓，以達到輸出電流保持在規(guī)定值的目的，輸入的正弦波形經(jīng)過可控硅斬波后變成非線性波形。調(diào)光器在調(diào)相變控恒流過程中產(chǎn)生了大量的諧波，對整個助航燈光系統(tǒng)造成污染，導致供電效率極低。
航燈光系統(tǒng)，在市電供電的運行時燈光系統(tǒng)運行平穩(wěn)正常；但在柴油發(fā)電機供電時，系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的電流電壓波動，當發(fā)電機供電時，由于柴油發(fā)電機無法提供全負荷運行所需的有功電能，因此調(diào)光器無法進行高光級下的電流控制和調(diào)節(jié)，嚴重情況下甚至可能會出現(xiàn)設備跳閘的現(xiàn)象，延誤飛機的正常運行。
3、 諧波評估標準
為了限制諧波污染，保障公用電網(wǎng)的安全運行，IEEE 和IEC 從不同角度出發(fā)推出了相應的諧波標準，我國早于1993 年7 月31 日頒布了GB/T14549-1993《電能質(zhì)量——公用電網(wǎng)諧波》國家標準，并于1994 年3 月1 日實施。制定標準的基本原則是限制諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流及其在電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波電壓，防止其對電網(wǎng)中供電設備的干擾，保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行；把電網(wǎng)中的電壓總諧波畸變率及各次諧波含有率控制在允許的范圍內(nèi)，保證供電質(zhì)量，使接入電網(wǎng)中用戶的各種用電器具免受諧波的危害，保持正常工作。
4、 諧波治理方案選擇
根據(jù)對機場助航燈光系統(tǒng)諧波參數(shù)的分析和國家諧波治理標準，我們對機場諧波抑制方案進行了選擇。
目前電力系統(tǒng)諧波治理主要存在兩大主流方式：無源濾波技術(shù)和有源濾波技術(shù)。機場燈光站采用的大功率電力半導體調(diào)光設備，會產(chǎn)生大量高次諧波（主要是3 倍次諧波以外的所有奇次諧波），而無源濾波器對每次諧波都要單獨設計單諧振濾波器，設計參數(shù)要跟系統(tǒng)阻抗有關(guān)（計算系統(tǒng)阻抗很繁瑣，并且系統(tǒng)逐年擴建，系統(tǒng)阻抗也會變化）；無源濾波不能對諧波完全消除，反而存在著放大諧振的危險；電容的老化也會使原來設計諧振點偏移而達不到濾除目標諧波的目的；無源濾波系統(tǒng)適合負荷單一、穩(wěn)定的場合。
與無源濾波器相比，有源濾波系統(tǒng)具有高度可控性和快速響應性（≤1ms），能補償各次諧波，可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點；在性價比上較為合理；濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險；具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。其基本原理是從諧波源（被補償對象）負載回路中檢測出諧波電流，由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而相位相反的補償電流波形，用以抵消諧波源負載所產(chǎn)生的諧波電流，從而使電網(wǎng)側(cè)電流只含有基波分量。
APF有源濾波裝置專門針對此類工況特點的低壓配電系統(tǒng)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(tǒng)振蕩，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性，同時取得明顯的節(jié)能降耗和供電設備增容的效果。
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