控制谐波失真

虽然变频驱动器(vfd)为关键电机速度控制和优化能耗提供了许多优势，但众所周知，它们会在邻近的配电系统中产生显着的谐波失真。公用事业系统可以吸收一些失真，但当变频器在由发电机驱动的电路上时，干扰可能会威胁到可靠的运行。

水处理厂通常配备变频器、臭氧发生器和其他产生谐波失真的负荷。在许多情况下，这些设施还有应急备用发电机，以便在电力设施长时间停电期间运行关键的电力负荷。一个这样的设施，一个反渗透海水淡化厂，担心谐波的长期影响，以及它的938千伏安备用发电机在为泵电机服务的大型变频器注入谐波失真的情况下可靠运行的能力。

设施操作员担心在长时间紧急运行期间可能出现发电机故障。为了确定问题的严重程度，运营商进行了谐波测量，比较了公用事业和发电机源的失真水平，并进行了工程分析，以评估谐波缓解技术。

监测变形

施耐德电气在为设施服务的配电板的线路(源)侧进行测试，以测量谐波失真。测试是用便携式电路监测器进行的，该监测器能够测量200多个电力系统参数。谐波失真测量以每周期512点的采样率进行，以提供250次谐波的精度。

随着额外的设备投入使用，电力消耗明显增加。

功率因数特性是相似的，无论运行在公用事业或发电机供电。94%的满负荷功率因数使使用一种缓解战略成为不可能。

负载测量表明，在当时的条件下，现场备用发电机的负载约为其额定容量的53%。(见平均电流图。)在测试期间，负载水平峰值为403 kW和431 kVA。测试期间的平均均方根电流显示了各种机器运行的影响。

当使用发电机电源时，电压水平略低，但在测试期间，公用事业和发电机电源都能够保持可接受的稳态电压- 480 v的100-103%。电压不平衡也在小于1%的可接受范围内。

负载测试表明，功率因数在最轻负载时最低，而在所有驱动器运行时功率因数都很高。(参见功率因数图表。)由于其固有的功率因数改善特性，这使得使用传统的谐波滤波器来减少该电路上的谐波变得困难。

负载测试还表明，480v母线的电压畸变峰值在公用电源上约为6.5%，在发电机电源上约为10%。(见谐波失真图)当60马力的驱动器与250马力的驱动器一起工作时，由于三角眼变压器和线路电抗器组合的抵消效应，电流失真下降。电流总需求失真(TDD)是基于谐波电流除以发电机额定功率的80%，即900安培。

多少失真才算太多?

电气和电子工程师协会(IEEE)标准519-1992电力系统谐波控制的推荐规范和要求，提供了多少谐波失真是可以容忍的指导方针。虽然本标准主要是作为电力公司及其客户的推荐做法而制定的，但它可以用作评估设施内设备现有谐波电流水平的指南。

谐波失真峰值与所有三个250马力的驱动器运行，但增加60马力的单位减轻了它通过有益的抵消效果。

对海水淡化厂的电力公用事业和发电机电源的测试表明，关键的电力系统参数，包括电压调节和不平衡，以及电流不平衡，都在可接受的范围内。虽然谐波失真水平不会对设施负载造成明显的操作问题，但设施考虑谐波降低仍然很重要。操作员担心谐波的长期影响，更重要的是担心发电机在长时间紧急运行期间的可靠性，因为在备用发电机上运行时，已经超过了IEEE标准519-1992的谐波限值。此外，谐波降低技术还可以最大限度地提高设备寿命和系统可靠性。

谐波限值表(图形)显示了与通常应用于发电设备的IEEE标准519-1992的谐波限值相比较的测试结果。如所示，在现场测量期间超过了这些限制。除了将测试结果与标准进行比较外，施耐德电气还对不同的缓解技术进行了计算机模拟。

模拟和缓解分析

施耐德电气进行了谐波模拟，以估计通过进行各种修改可以实现的谐波电流的减少。如前所述，当250马力和60马力的驱动器同时运行时，已经实现了5次和7次谐波电流的谐波消除。尽管总RMS电流增加了19%，但系统在第5次和第7次谐波上所需的电流分别减少了27%和16%。“最坏情况”或最高谐波水平发生在只有250马力的驱动器运行时。总共考虑了四项修改:

旁路一个三角眼隔离变压器-每个250马力的驱动器都有一个三角眼隔离变压器。绕过其中一个具有有益的效果，减少了谐波电流畸变的量。旁路增加了上述250马力和60马力驱动器的抵消效果，减少了5次和7次谐波电流。旁路单元上的第5和第7次谐波电流保持不变，一旦将这些电流添加到另一个或两个250 HP驱动电流中，就会发生额外的抵消。然而，在安装更有效的手段之前，这种技术只适用于暂时的改进。

更换一个三角眼隔离变压器-更有效的谐波缓解技术是将其中一个三角型绕线隔离变压器替换为一个三角型之字形绕线变压器，而不是绕过它。这种修改增加了第5和第7电流的抵消效果，因为谐波电流不会通过三角曲折绕组变压器相移。它还保持了谐波衰减的有益效果。

无源谐波滤波器-第5个无源谐波滤波器本可以在480 V主电源处添加，但这个选项不实用，因为无源谐波滤波器也会增加基波功率因数。由于设备的功率因数已经很高(满负荷时为94%)，如果不使设备处于领先的功率因数状态，系统无法承受太多的寄生电容。

有源谐波滤波器-该工厂的整体最佳解决方案是通过在480v主电源安装有源滤波器来减少谐波电流。有源滤波器测量负载所需的谐波电流，并注入180度的异相电流。这种技术大大降低了谐波失真水平，并经常用于应用严格的谐波限制。此外，施耐德电气建议安装现场电力监控设备，以跟踪设施在谐波失真、电压质量、干扰和成本方面的表现。

临时的、永久的解决方案

通过暂时绕过隔离变压器，该设施能够通过增加谐波抵消来降低其谐波失真水平。这种不同寻常的技术帮助该设施度过了夏季的高峰期。后来，他们在主配电盘上安装了一个有源谐波滤波器。这种装置实际上消除了谐波失真问题。安装有源滤波器后进行的测量显示，电流失真低于8%，电压失真低于2%。

谐波极限表

谐波:	和11	11日至17日这段时间内	17-23
IEEE“限制”	4.0%	2.0%	1.5%
测量
坏的情况下	11%	3.4%	1.5%
所有驱动器	7.9%	3.4%	1.5%
模拟
W /o隔离变压器	6.5%	2.0%	1.1%

作者信息

埃迪·琼斯，体育教练;拉里·雷，体育教练;体育教练蒂姆·舒特;在施耐德电气的水处理能力中心工作。通过以下方式联系他们:info@squared-water.com；

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