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有源滤波装置在机场的应用

 1 引言

    随着城市交通水平的提高,飞机作为一种便捷的交通方式给人们日常交通生活带来了多样化的选择,随之机场也在逐年扩建。但在机场的低压配电系统中,存在着大量的谐波源,如机场助航灯、直流电机、电炉、轧机、电焊机等,这些谐波源具有电流畸变大、谐波频谱范围广、无功需求变化快等特点。这类负载产生的谐波,危及配电系统的正常运行,甚至引发严重的电气事故。其中以机场助航灯光系统为例,助航灯光负载设备不断增加,机场灯光站大量使用可控硅调光设备,导致产生大量的谐波电流,对电能质量造成污染,同时附加电流和额外的热效应对各类电气设备和电缆线路安全也造成一定危害。因此,对机场助航灯光站电力谐波问题进行分析与治理极为重要。

2 机场谐波的产生及危害

    电力系统谐波产生的根本原因是一些具有非线性伏安特性的输配电和用电设备。当电流流经非线性负载时,与所加的电压不呈线性关系,就形成了非正弦波电流,从而产生谐波。谐波污染越来越多地威胁到电力系统安全、稳定、经济运行,给同一网络的线性负载和其它用户带来了极大影响。

    助航灯光站中的主要设备是控制助航灯光开/关和调节灯光亮度的调光器,采用可控硅斩波来调节输出电压,以达到输出电流保持在规定值的目的,输入的正弦波形经过可控硅斩波后变成非线性波形。调光器在调相变控恒流过程中产生了大量的谐波,对整个助航灯光系统造成污染,导致供电效率极低。

    航灯光系统,在市电供电的运行时灯光系统运行平稳正常;但在柴油发电机供电时,系统出现明显的电流电压波动,当发电机供电时,由于柴油发电机无法提供全负荷运行所需的有功电能,因此调光器无法进行高光级下的电流控制和调节,严重情况下甚至可能会出现设备跳闸的现象,延误飞机的正常运行。

3 谐波评估标准

    为了限制谐波污染,保障公用电网的安全运行,IEEE 和IEC 从不同角度出发推出了相应的谐波标准,金沙国际唯一官网网址国早于1993 年7 月31 日颁布了GB/T14549-1993《电能质量——公用电网谐波》国家标准,并于1994 年3 月1 日实施。制定标准的基本原则是限制谐波源注入电网的谐波电流及其在电网中产生的谐波电压,防止其对电网中供电设备的干扰,保证电网的安全经济运行;把电网中的电压总谐波畸变率及各次谐波含有率控制在允许的范围内,保证供电质量,使接入电网中用户的各种用电器具免受谐波的危害,保持正常工作。

4 谐波治理方案选择

    根据对机场助航灯光系统谐波参数的分析和国家谐波治理标准,金沙国际唯一官网网址对机场谐波抑制方案进行了选择。

    目前电力系统谐波治理主要存在两大主流方式:无源滤波技术和有源滤波技术。机场灯光站采用的大功率电力半导体调光设备,会产生大量高次谐波(主要是3 倍次谐波以外的所有奇次谐波),而无源滤波器对每次谐波都要单独设计单谐振滤波器,设计参数要跟系统阻抗有关(计算系统阻抗很繁琐,并且系统逐年扩建,系统阻抗也会变化);无源滤波不能对谐波完全消除,反而存在着放大谐振的危险;电容的老化也会使原来设计谐振点偏移而达不到滤除目标谐波的目的;无源滤波系统适合负荷单一、稳定的场合。

    与无源滤波器相比,有源滤波系统具有高度可控性和快速响应性(≤1ms),能补偿各次谐波,可抑制闪变、补偿无功,有一机多能的特点;在性价比上较为合理;滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波。其基本原理是从谐波源(被补偿对象)负载回路中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而相位相反的补偿电流波形,用以抵消谐波源负载所产生的谐波电流,从而使电网侧电流只含有基波分量。

    APF有源滤波装置专门针对此类工况特点的低压配电系统而设计,该装置滤波效率高、实时跟踪、响应速度快特点,可高效滤除负载谐波,抑制系统振荡,提高电网的稳定性,同时取得明显的节能降耗和供电设备增容的效果。

 


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