PQFS在客運索道直流調速系統諧波治理上的應用

吳躍輝+洪鋒+劉茹茹

摘要：該文介紹索道直流調速過程諧波產生機理，通過九華山索道實際的運用提出基于使用快速響應的有源動態濾波器，在治理諧波效果有了提升；并通過PQFS在九華山天臺索道上的應用案例，說明PQFS解決諧波問題效果較好。

關鍵詞：諧波治理；PQFS

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）28-0242-02

1 概述

諧波在工業設備以及在電網傳輸的過程中，危害很大，可能導致電壓和電網的波形發生畸變，增加電網的損耗；電氣設備中諧波可能使得設備的負荷量增加，導致設備損壞。本文以九華山天臺索道為例，說明諧波的存在多索道危害極大，通過PQFS可以極大地消除諧波對索道設備的危害，確保設備安全運行。

2 電動機調速系統諧波生成原理

2.1 直流電動機-晶閘管調速系統工作原理

索道的調速系統一般都是整流電路，該電路采用晶閘管相控電路，圖1是直流電動機-晶閘管調速系統的工作原理圖。單向導電性是晶閘管的一個顯著特性，直流電機只有一組相控整流器的電動機不能完成電動機的狀態轉換，即啟動狀態到制動狀態的變換，控制制動性能的標志性參數是電磁轉矩，通過電磁轉矩的工作原理來反應電機的正反轉?？刂普{速電源主電路由硅整流橋的三相反并聯電路控制，最終使得電動機的發電的發動、制動模式發生轉變。

客運索道要求直流電機不僅能夠非常及時的快速制動和啟動，而且能正轉和反轉，只有拖動系統具有四象限運行的特性才能滿足實際客運索道運行需求，即可逆的調速系統必須是必備的。假設調速系統的觸發角為α，相電壓的電壓有效值為U2，晶閘管在工作時發生逆變、整流時側電壓滿足下式：

根據以上公式分析可知，Id 與諧波電流值的大小成正函數關系，而Ud與成Id正函數書關系，根據（1）（2）可得Ud與控制角α的關系，進行恒功率調速時，有如下結論：轉速的快慢與諧波電路沒有直接關系；恒轉矩調速時，諧波電路電流的變化趨勢一致和轉速的變化趨勢一致；即諧波電流與負載的承載能力變化一致。

2.2 直流調速控制方法

直流調速系統能寬范圍內平滑調速和快速響應，這些特點決定其可以得到廣泛得應用。在啟動階段，沒有轉速負反饋，但是有電流負反饋。達穩態時，電流負反饋不發揮作用，轉速負反饋發揮作用，下圖2是該直流調速系統的電路原理圖。

3 諧波分析及諧波波形

在處理直流調速系統的電路模型等效中，可以等效為含高次諧波的供電電網、電阻和電抗的晶閘管三相橋式整流電路的帶阻容性負載的模擬電路。如圖3和圖4分別是安徽九華山天臺索道電網諧波治理前后數據現場，電網使用的負載是電壓為400V，額定功率591KW的直流電機，有源動態濾波器型號為ABB公司的產品：PQFS-M09+S09+S09+S09，諧波電流為360A，為PQFS-M09/90A主模塊配合3臺從模塊S09/90A。

根據以上兩圖的數據對比可知，電壓L1、L2、L3的畸變率THD分別由6.1%、6.1%、6.4%均降低至2.7%；電流L1、L2、L3的畸變率THD分別由66.3%、65.9%、55.9%降低至9.1%、10.1%、8.4%，諧波治理明顯得到改善；使用PQFS以后，電網的功率因素從0.62提高至0.87改善率高達約72%左右，大大改善了電網效率。

PQFS能夠采集電網中諧波電路的變化情況，PQFS根據采用電力電子技術與電網中的諧波源設備并聯，監控電網中的各次諧波電流的變化情況，并根據用戶需求設定濾波的階數，通過對電網注入與諧波電流相位相反的各次諧波來抑制諧波電流。

4 結論

直流調速系統中各次諧波的污染使得電能質量的下降；九華山天臺索道使用PQFS治理污染的諧波，通過運用PQFS減少了變壓器的噪聲振動，降低了電氣設備系統的故障率，達到了消除高次諧波的效果。

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