1 項目背景
某大型制藥企業(yè)主要諧波源來自發(fā)酵車間，該車間有容量為2000kVA變壓器4臺，每兩臺并聯(lián)為一組，分兩組獨(dú)立運(yùn)行，其中一組下面帶6臺容量為280kW的變頻器，另外一組下面帶7臺容量為200kW的變頻器;另外，提取精練車間有容量為1250 kVA的變壓器兩臺，運(yùn)行方式為獨(dú)立運(yùn)行，其負(fù)載為籠型電機(jī)和變頻器。
變頻器作為非線性負(fù)載在工作過程中會產(chǎn)生較大的非正弦畸變電流，這對電網(wǎng)造成嚴(yán)重干擾。為凈化電網(wǎng)、消除諧波帶來的隱患，必須進(jìn)行諧波治理。
　2 治理方案
現(xiàn)場配電室工況和測試結(jié)果：
? 系統(tǒng)主要以5、7、11、13次特征次諧波為主;
? 特征次諧波中5次諧波電流所占比重較大;
? 系統(tǒng)的功率因數(shù)比較低;
無源濾波器的特點(diǎn)是可以補(bǔ)償無功和低次諧波，它結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)且成本低。線路變化、支路增加等引起系統(tǒng)阻抗值的變化，這會影響其補(bǔ)償效果，更為嚴(yán)重的是無源濾波器本身就是系統(tǒng)阻抗元件。若單獨(dú)選用無源濾波器在某些條件下就很可能會與電網(wǎng)阻抗發(fā)生諧振;若單獨(dú)使用有源濾波器，則要求其裝置具有較大的容量，但這樣就不可避免增加了成本。因此，基于成本和補(bǔ)償效果考慮，我們采取低壓系統(tǒng)混合型諧波治理方案，即將無源濾波器和有源電力濾波器并聯(lián)組合在一起進(jìn)行集中補(bǔ)償。這樣二者結(jié)合使用，既克服了單獨(dú)使用有源電力濾波器成本高的缺點(diǎn)，又可使整個系統(tǒng)獲得良好的補(bǔ)償效果。
針對藥廠的電能質(zhì)量狀況測試結(jié)果，我們將無源濾波器設(shè)計成5次單調(diào)諧濾波器來濾除5次諧波同時補(bǔ)償無功功率，而7、11、13次等高次諧波使用有源電力濾波器來補(bǔ)償。每臺變壓器系統(tǒng)治理示意圖如下：

圖1 諧波治理系統(tǒng)示意圖

3 治理效果分析
投入有源電力濾波器后，諧波電流治理效果如下：

圖2 諧波電流治理效果
效果分析：
(1) 將電流頻譜圖用數(shù)據(jù)表格的形式表示，則濾波器投入前的諧波電流含量如下：
表1 濾波器投入前的諧波電流含量

諧波次數(shù)5 ??7 ??11 ??13 ??17 ??19 ??21 ??23

諧波含量 (A)72 ??30 ??7 ??7 ??5 ??3 ??0 ??3

總畸變率(THD)

12.5%

總諧波電流(A)

641.0*12.5%=80.13
可以看到，諧波電流主要為5~23次特征諧波，其中7~23次特征諧波含量為(5次諧波由SPF濾除)：

(2)將電流頻譜圖用數(shù)據(jù)表格的形式表示，則濾波器投入后的諧波電流含量如下：
表2 濾波器投入后的諧波電流含量

諧波次數(shù)5 ??7 ??11 ??13 ??17 ??19 ??21 ??23

諧波含量 (A)14 ??1 ??1 ??0 ??0 ??0 ??0 ??0

總畸變率(THD)2.7%

總諧波電流(A)584.0*2.7%=15.7
可以看到，諧波電流主要為5~23次特征諧波，其中7~23次特征諧波含量為(5次諧波由SPF濾除)：

(3)根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)可以得到：
APF對7~23次特征諧波的濾波效率為：
SPF對5次諧波電流的濾波效率為：
APF和SPF對總諧波電流的濾波效率為：
從功率圖可以看出，在APF和SPF投入后，系統(tǒng)的功率因數(shù)從0.91提高到0.98以上。通過對調(diào)試后APF和SPF實(shí)際濾波效果的測試可以確信，APF和SPF濾波效率大于80%，有源電力濾波器和無源電力濾波器的工作狀態(tài)符合標(biāo)稱性能指標(biāo)。
4 結(jié)論
采取有源加無源的混合型諧波補(bǔ)償方案，是為了克服單獨(dú)使用有源電力濾波器成本高和補(bǔ)償無功效率低的缺點(diǎn)而提出的，其基本思想是利用無源濾波器來補(bǔ)償無功及分擔(dān)有源電力濾波器的部分補(bǔ)償任務(wù)。無源濾波器與有源電力濾波器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)且成本低;有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)是補(bǔ)償性能好。二者結(jié)合使用，既可克服單獨(dú)使用的有源電力濾波器容量大、成本高的缺點(diǎn)，又可使整個系統(tǒng)獲得良好的性能。將有源電力濾波器與電網(wǎng)已有的無源濾波裝置并聯(lián)混合使用，來改善電網(wǎng)供電品質(zhì)無疑是一種好的選擇。