趙斌

安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定，201801

 0　引言

機場助航燈光係統是目視助航設施中一個非常重要的組成部分，它通過高（中）光強不同顏色的燈光係列，勾勒出一個機場的跑道、huaxingdaojijinjinquyudezhuyaotezheng
，zaiyejianhuonengjiandubuhaodeqingkuangxiatigongfeijijiashiyuanyigemingquedemushixinxi。zhuhangdengguangxitongdegongdiandengjishuyuyijifuhezhongdetebiezhongyaofuhe，guanxidaofeijideanquanyunxing，tongchangzaipaodaofujindeanquanquyuneishezhiyizuohuoliangzuodengguangbiandianzhan
，zhuangongdengguangjidaohangshebeiyongdian。gezhongleixingdezhuhangdengjushezhizaipaodaohehuaxingdaoshanghuodaojianshang，shuyuchangwaidengju
，gongdianxianlujiaochang，guojiminhangzuzhituijianshiyongchuanliandegongdianfangshi，weibaozhengzaichuanliandianlugongdiandeqingkuangxia，yougebiedengjuguzhangerbuzhiyuzaochengzhenggehuiluzhongsuoyoudengjudoubuliang，meigedengjuqianbixushezhigelibianyaqi。tongshi，dengguangxitongyaoqiucaiyongsanzhiwujidetiaoguang，qitiaoguangqiyikekongguiweizhu。yinci
，zaidengguangxitongdeshijiyunxingguochengzhong
，huichanshengdaliangdexiebo。

1　諧波的危害

suizhekejidejinbu，jishudefazhan，jienenghezidonghuashebeideyingyongyuelaiyueguang
，rongliangyeriyikuoda
，suiranzhexieshebeinengqidaohendayibufenjienengjianghaodezuoyong


，danshiqichanshengdexieboduidianwangdewuran，yijidianciganraodeng，kenenghuijinyibuyingxiangxitongzhongdeqitayongdianshebei，yedailaileweihai。

供電係統諧波的定義是：對周期性交流量進行傅立葉級數分解，得到頻率為基波頻率大於1整數倍的分量。諧波頻率與基波頻率的比值（n=fn/f1) 稱為諧波次數。電網中有時也存在非整數倍諧波，稱為非諧波（Non-harmonics)或分數諧波。諧波實際上是一種幹擾量
，使電網受到“汙染”。 向公用電網注入諧波電流或在公用電網上產生諧波電壓的電氣設備稱為諧波源。

dianwangzhongdexiebowuranriyiyanzhong
，geidianlixitonghegeleiyongdianshebeidailaiweihai
，xiebohuizengjiadianqishebeideresunhao，ruduibianyaqilaishuo，tiexinchanshengresunhao，youqishiwoliusunhaoda
，zaibianyaqiraozuzhongyouxiebodianliu，zaitiexinzhongganyingcitong
，chanshengtiesun。xiebohaihuiganraodianzishebei

，shixinxifashengshizhen，keduixinxixitongchanshengpinlvouheganrao。xiebodianliuzaigaoyajiakongxianlushangdeliudongchuzengjiaxianlusunhaowai


，haijiangduixianglindetongxunxianluchanshengganraoyingxiang。xieboqingzezengjianenghao
，suoduanshebeishouming，yingxiangxitongdeyunxingxiaolv，zhongzesunhuaishebei，zaochengyongdianshigu
，shenzhiweihaidianlixitongdeanquanyunxing。yinci，xiaochuxiebowuran，baxiebohanliangkongzhizaiyunxufanweineishifeichangyoubiyaode。

2　助航燈光產生的諧波分析

目(mu)前(qian)


，電(dian)力(li)係(xi)統(tong)中(zhong)的(de)諧(xie)波(bo)源(yuan)，不(bu)但(dan)類(lei)型(xing)多(duo)，而(er)且(qie)分(fen)布(bu)廣(guang)
，用(yong)戶(hu)電(dian)網(wang)中(zhong)的(de)諧(xie)波(bo)電(dian)流(liu)可(ke)能(neng)來(lai)自(zi)本(ben)身(shen)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)設(she)備(bei)
，也(ye)可(ke)能(neng)來(lai)自(zi)外(wai)部(bu)線(xian)路(lu)，具(ju)有(you)非(fei)線(xian)性(xing)特(te)性(xing)的(de)電(dian)氣(qi)設(she)備(bei)是(shi)主(zhu)要(yao)的(de)諧(xie)波(bo)源(yuan)，例(li)如(ru)帶(dai)有(you)功(gong)率(lv)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)的(de)變(bian)流(liu)設(she)備(bei)，交(jiao)流(liu)控(kong)製(zhi)器(qi)
、變壓器、晶閘管串級調速的風機水泵和冶煉電弧爐等。如不加以區分將給諧波治理造成困難。

在機場助航燈光係統中，為了達到有效的調光效果，目前世界上通常采用可控矽恒流調光器(CCR）。恒流調光器的工作原理是：yongfanbingliandekekongguitiaojieqi
，duiyitaishengyabianyaqijinxinggongdian。youyigeshuzitiaojieqiquedingkekongguidaotongjiao，yibianjiangshuchudianliutiaozhengdaoyigejizhunzhi。gaijizhunzhisuizhesuoxuandingdeguangjierbianhua。zaiciqiantitiaojianxia
，hengliutiaoguangqideshuchudianliuyaoqiubaozhengweiyigehengdingzhi
，yijiguangwei2.8A，二級光為3.4A
，三級光為4.1A
，四級光為5.2A，五級光為6.6A。恒流調光器的功能還在於當負荷在二分之一額定負荷到滿負荷的範圍內變化，在30%的隔離變壓器次級開路的情況下維持恒定的電流輸出
，變化不大於正負2%。這個可控矽調節器和升壓變壓器就是助航燈光的主要諧波源。

在zai進jin行xing諧xie波bo治zhi理li之zhi前qian，必bi須xu要yao了le解jie電dian網wang中zhong諧xie波bo的de次ci數shu及ji其qi含han量liang
，即ji必bi須xu進jin行xing諧xie波bo的de測ce試shi。諧xie波bo測ce量liang是shi諧xie波bo問wen題ti的de一yi個ge重zhong要yao環huan節jie，它ta也ye是shi諧xie波bo問wen題ti研yan究jiu的de主zhu要yao依yi據ju。我wo們men在zai上shang海hai虹hong橋qiao機ji場chang東dong跑pao道dao北bei燈deng光guang站zhan進jin行xing了le諧xie波bo檢jian測ce。針zhen對dui北bei燈deng光guang站zhan兩liang台tai變bian壓ya器qi的de低di壓ya進jin線xian側ce、跑道邊燈回路2
、滑行道中線燈回路3的調光器進線側進行了電能質量等各項數據的測量和采集。（測量點位見圖1）

圖1 測量點位簡圖

具體測量情況如下：

測量點1 ：北燈光站進線乙的變壓器低壓側
，電容櫃投切前後，實時測量 1 級光至 5 級光時的情況；

測量點2 ：滑行道中線燈回路 3 調光器進線側，實時測量 1 級光至5 級光的情況；

測量點3 ：北燈光站進線甲的變壓器低壓側，電容櫃投切前後，實時測量 1 級光至 5 級光的情況；

測量點4 ：跑道邊燈回路2 調光器的進線側
，實時測量 1 級光至 5 級光的情況；

1）主要諧波源——調光器（以測量點1為例）

電壓波形　　　　　　　　　　　　　　　　　電流波形

A相電壓、電流對比波形　　　　　　　　　B相電壓

、電流對比波形

C 相電壓、電流對比波形　　　　　　　　  　　　諧波柱狀分布圖

從上圖的對比中可以看出：電壓波形畸變很小，而電流波形畸變率非常嚴重，這是由於大量高次諧波疊加導致正弦波出現嚴重畸變。

從諧波柱狀分布圖可知可控矽恒流調光器諧波電流的頻譜範圍很寬
，除3、5、7
、9
、11 和13 次以外，還存在15
、17

、19、25
、29、31 和34 次等更高次諧波。電容櫃切除情況下的數據彙總見表1

表一：測量數據彙總（切除電容櫃數據）

3　治理措施

3.1 諧波治理方案的選擇

從上述係統配電簡圖及測量數據表明：北燈光站1#、2#bianyaqigongdianxitongdediannengzhiliangwentixiangdangtuchu，qizhongshouyaowentishixiebowuranfeichangyanzhong，bingqiegonglvyinshuhendi。youyubianyaqixiazhuyaofuzaikekongguitiaoguangqiweidianxingdefeixianxingxieboyuan，gaizhuangzhizaitiaoguangguochengzhongzaochengdaliangdexiebowuran
，tongshidianliuyeyanzhongzhihouyudianya，gonglvyinshufeichangdi
；其次
，調光器要求采用兩相供電方式（AB相
、BC相、CA相），這將導致嚴重的三相不平衡，在快速頻繁的電容櫃投切過程中導致電壓、電(dian)流(liu)波(bo)動(dong)和(he)大(da)量(liang)的(de)無(wu)功(gong)功(gong)率(lv)衝(chong)擊(ji)，同(tong)時(shi)對(dui)係(xi)統(tong)諧(xie)波(bo)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)放(fang)大(da)作(zuo)用(yong)，進(jin)一(yi)步(bu)影(ying)響(xiang)供(gong)配(pei)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)可(ke)靠(kao)性(xing)，對(dui)整(zheng)個(ge)助(zhu)航(hang)燈(deng)光(guang)係(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)存(cun)在(zai)安(an)全(quan)隱(yin)患(huan)。這(zhe)些(xie)問(wen)題(ti)也(ye)長(chang)期(qi)困(kun)擾(rao)著(zhe)我(wo)們(men)設(she)計(ji)和(he)管(guan)理(li)人(ren)員(yuan)。因(yin)此(ci)

，采(cai)用(yong)諧(xie)波(bo)治(zhi)理(li)裝(zhuang)置(zhi)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)安(an)全(quan)穩(wen)定(ding)性(xing)

，通(tong)過(guo)治(zhi)理(li)消(xiao)除(chu)係(xi)統(tong)諧(xie)波(bo)，同(tong)時(shi)提(ti)高(gao)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)和(he)改(gai)善(shan)係(xi)統(tong)三(san)相(xiang)不(bu)平(ping)衡(heng)等(deng)主(zhu)要(yao)電(dian)能(neng)質(zhi)量(liang)問(wen)題(ti)已(yi)迫(po)切(qie)需(xu)要(yao)。

合理設計和選擇濾波器

，並正確地安裝和使用濾波器，是抑製諧波幹擾的重要環節。通常有以下幾種方法：

1）有源電力濾波器（APF）

工作原理：有源濾波器是由電力電子元件和DSP等deng構gou成cheng的de電dian能neng變bian換huan設she備bei，檢jian測ce負fu載zai側ce的de諧xie波bo電dian流liu後hou，利li用yong瞬shun時shi提ti取qu的de無wu功gong成cheng分fen和he諧xie波bo成cheng分fen作zuo為wei參can考kao值zhi

，主zhu動dong提ti供gong與yu之zhi相xiang對dui應ying的de反fan向xiang補bu償chang電dian流liu，補bu償chang後hou係xi統tong剩sheng下xia的de基ji波bo有you功gong電dian流liu幾ji乎hu為wei純chun正zheng弦xian波bo，其qi行xing為wei模mo式shi為wei主zhu動dong式shi電dian流liu源yuan輸shu出chu。

特點：實時產生幅值相等


、相位相反的諧波電流抵消需要治理的諧波。可實時動態濾波各次諧波，不受負載變化影響，理論濾波率大於97%。

2）無源電力濾波器（PF）

工作原理：由LC等元件組成，將其設計為某頻率下極低阻抗
，對相應頻率諧波電流進行分流，其行為模式為提供某幾次的諧波電流旁路通

；電容器和電抗器串聯成需治理諧波的低阻抗“陷阱”。

特點：隻能濾除固定幾次諧波，進行靜態治理，負載率較小的情況下，會出現過補現象，易與電網發生諧振
，理論濾波率小於70%。

根據現場測量結果，北燈光站變壓器低壓出線側的諧波相當大、pinpufeichangkuan，tongshifuzailvbianhuafanweidaqiecunzaibufensanxiangbupingheng，yinerbushihecaiyongwuyuanlvboqijinxingzhili，bingqiecunzaihendadexiezhenfengxian。youyuanlvboqizhuanmenzhenduicileigongkuangtediandediyapeidianxitongersheji，gaizhuangzhilvboxiaolvgao、實時跟蹤、響應速度快特點
，可高效濾除負載諧波
，抑製係統振蕩，提高電網的穩定性
，同時取得明顯的節能降耗和供電設備增容的效果。

3.2諧波治理方案
安科瑞ANAPF係列有源電力濾波器，以並聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量
，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量並實時注入電力係統
，從而實現諧波治理和無功補償，如圖2所示：

　　圖2 ANAPF有源電力濾波器原理圖

（1）集中治理

適用於單台設備諧波含量小
，但數量龐大
、布局分散的場合，比如辦公大樓(個人電腦
、節能燈、變頻空調、電梯等)
，雖然單台設備的電流小，諧波含量低，但整棟大樓的電流大

，諧波電流也大，如圖3所示：

圖3 集中治理

（2）局部治理

適用於諧波源集中在某一條或幾條饋出支路的配電係統，比如醫院的精密儀器
、UPS電源等
，雖然單台設備的電流小，諧波含量低
，但為防止其他設備產生的諧波對其幹擾，采用局部諧波補償，如圖4所示：

圖4 局部治理

（3）就地治理

適用於諧波源比較明確且單台設備諧波含量較大的配電係統
，比如大型商業區的景觀照明、影劇院的可控矽調光設備、工業區的變頻器調速設備等，單台設備電流大、諧波含量高、諧波電流大，為防止諧波電流影響其他用電設備，采用就地治理
，如圖5所示：

圖5 就地治理

3.3 主要設備清單

有源濾波器報價及主要元件清單

4　結語

dongtaiyouyuanlvboqikeshishidongtaiguolvgecixiebo，bushoufuzaibianhuayingxiang，keyizaixieboyuanchuanzhuang，yekeyizaibiandianzhanjizhongzhili
，anzhuangfangbian，nenghaoxiao，xiaolvgao，bingjubeiwugongbuchanghesanxiangpinghenggongneng，dadagaishanlegonglvyinshu。

安裝動態有源濾波器後，燈光站的各級諧波分量均低於3％，滿足了公共電網接入點（PCC）的總諧波限值要求，各項指標符合《電能質量公用電網諧波》的國家標準，避免了集中諧波源設備之間的相互幹擾和影響
，從而保證調光器負載
、內部供電係統的正常連續運行。治理效果較好，改善了供電質量，達到了預期的治理目標。

參考文獻

[1] 安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2013.01.版

[2] 柴潔瓊.機場助航燈光係統中諧波的分析與治理[J].電氣應用
，2013(16)

[3] 《民用機場飛行區技術標準》（MH5001-2006)

[4] 《電能質量 公用電網諧波》 GB/T 14549-93

趙斌
，男
，本科
，安科瑞電氣股份有限公司

，主要研究方向為醫療供配電設計，Email:7377987@qq.com 手機： QQ:7377987