時間：2023年12月25日 |來源：Acrel
摘要： 隨著電子設備的廣泛使用，非線性負載不斷增加，導致企業電網諧波污染日益嚴重。由於諧波的不利影響，使電能品質惡化，附加損耗增加，電網可靠性降低，使企業用電設備的正常運作受到影響，甚至造成設備損壞。電氣故障。結合用電安全的要求和現狀，分析了主動濾波裝置在生物製藥安全供電系統中的作用和效果。
關鍵字：諧波，電能質量，主動濾波器
一、簡介
如今，各種電力電子裝置在製藥企業中已廣泛應用，其中整流裝置佔了很大的比例。逆變器和直流斬波器等所需的直流電源主要來自整流電路。晶閘管相控整流電路或二極體整流電路是嚴重的諧波源。電氣設備雖然單一容量較小，但數量龐大，其中大部分包含開關電源。各類開關電源和變頻器的使用越來越多，加上螢光燈產生的諧波，使電源的諧波污染越來越突出。電網諧波使電壓、電流波形畸變，使公司電力系統和用電設備出現許多異常現象和故障。有效預防諧波已成為企業電力系統安全運作的重要組成部分。主動濾波器透過CT採集諧波電流，由CPU快速計算提取各次諧波的含量，發出指令使功率元件產生與諧波電流幅值相等、方向相反的補償電流，注入其中。併入電網，以抵消系統中的諧波電流。
2.生物製藥業電能品質的主要特點
2.1生物醫藥產業群聚化發展。產業群聚發展是未來的必然趨勢。生物製藥是一個過程的組合，需要各個環節的銜接，因此電能品質的治理尤其重要。一旦設備或電力系統故障，就會導致經濟效益線性下降。
2.2 主要負載為變頻器驅動的幫浦、馬達。主要諧波源為諧波含量較大的變頻器，需單獨配置APF進行諧波治理。
3.生物製藥供電系統諧波源
隨著製藥業的快速發展，製藥業所需的許多先進設備應運而生。存在大量的泵浦、馬達負載，且許多都配備了變頻器。變頻器的大量應用使得配電系統的諧波含量大大增加。
目前，大多數變頻器採用6脈衝整流將交流電轉換為直流電，因此諧波主要是5次、7次和11次。同時，製藥公司的實驗室和自動化生產線通常擁有大量的精密設備，很多時候它們既是諧波的產生者，也是諧波的受害者。諧波會影響實驗室設備的正常運作，使正在進行的實驗流失；諧波也會影響自動化生產線中的智慧控制器和PLC系統，使自動控制設備故障。因此，醫藥企業的諧波問題影響深遠，危害嚴重，亟待治理。
3.1 研究站與實驗室
在實驗室中，大量敏感設備需要潔淨的電網環境來確保系統的正常運行，如高科技儀器、精密儀器和測量設備、開關電源、整流逆變器、UPS/EPS等，這也是較大的諧波源。實驗室等有大量開關電源負載的場所會產生顯著的3次、5次、7次諧波，應特別注意3次諧波電流對中性線的影響。
3.2 自動化生產線
發酵是原料藥生產的重要環節，原料藥是透過發酵槽製成的。隨著產品產量的不斷擴大、新製程的更新、新品種的增加，對發酵槽的控制、攪拌頻率和時間週期的調整都有不同的要求。針對負載重、電耗大、發酵週期長的情況，近年來發酵廠商也採取多種方式進行設備改造。變頻調速既可以滿足生產流程的要求，又可以降低消耗。然而，隨著自動化程度的不斷提高，自動化設備對電力的污染也越來越嚴重。對應的對自動控制系統的干擾也越來越強。對電源濾波、淨化以獲得相對穩定、綠色電源的要求也越來越高。
4. 實際案例
以山東省某生物製藥電能品質治理計畫為例，據該廠負責人回饋，該廠綜合辦公大樓、生產電容櫃內電抗器頻繁跳脫現象車間似乎被燒毀，N 線電纜過熱。預計主要原因是綜合辦公大樓、生產車間內變頻空調、電腦及通訊設備、LED照明、水泵等負載較多，會產生諧波，影響整個電力系統。供應與分配系統。現在需要對綜合辦公大樓和生產車間的配電室進行測量，並根據相應的電能品質數據給出相應的解決方案。
4.1 綜合辦公大樓配電室諧波測量數據
| 綜合辦公大樓配電室諧波測量數據 | ||||||
| 目前的 | 電流畸變率 | 諧波含量 | 三次諧波 | 5次諧波 | 七次諧波 | |
| A | 346A | 22.3% | 77.16A | 29.4A | 58.9A | 35.9A |
| B | 323A | 20.8% | 67.18A | 16.4A | 55.7A | 29.4A |
| C | 320A | 22.6% | 72.32A | 21.7A | 57.1A | 35.2A |
4.2 生產車間配電室諧波測量數據
| 生產車間配電室諧波測量數據 | ||||||
| 目前的 | 電流畸變率 | 諧波含量 | 三次諧波 | 5次諧波 | 七次諧波 | |
| A | 152.71 | 88.03% | 134 | 78.1 | 52.85 | 32.54 |
| B | 130.14 | 81.9% | 106 | 63.56 | 42.39 | 27.81 |
| C | 155.84 | 83.54% | 130 | 78.56 | 51.99 | 30.52 |
| N | 220.74 | 223.1 | ||||
從以上兩組測量數據可看出，綜合辦公大樓的諧波主要為5次、7次諧波，電流畸變率高達22%。5.7次諧波可在配電室集中管理，消除諧波對整個供電系統、變壓器、電容櫃等用電設備的影響，確保生物製藥的正常生產。生產車間配電室諧波較嚴重，其中3次、5次諧波已超過國家GB/T14549-1993《公共供電網路諧波》0.38KV系統諧波電流值標準。現場電容櫃串聯7%電抗。3次、5次諧波流入電容器櫃，諧波電流疊加在電容器的基波電流上，使電容器的工作電流變大，溫度升高，導致過熱，降低電容器的使用壽命或導致電容器損壞。
主動濾波器裝置可以解決這些問題，該裝置採用DSP+FPGA全數位控制方法，並聯在系統中。它們可以全面補償2次至51次諧波或補償特定諧波，消除系統中的諧波，防止N線損壞，並保護電路免受火災。
5. 結論
隨著現代生產流程、電力設備等先進科學手段的引進和深化，大量非線性電力電子設備湧現，在提高生物製藥品質的同時，也為供電和電力的電能品質帶來了嚴重影響。同時整個廠區的配電系統，特別是科研實驗室，負載多樣，諧波的產生和變化具有很大的隨機性和複雜性。透過研究生物製藥建築供電系統的電能質量，並結合系統平台提出合理的解決方案，可以提高生物製藥建築的供電質量，確保電網和能源的安全經濟運作。可以減少消耗。
參考：
[1] Acrel企業微電網設計與應用手冊。版本2022.05
發佈時間：2023年12月26日
