农业物流园区谐波综合治理策略与验证

　　摘要:针对大功率、冲击性、非线性、敏感性和不对称性负荷集中形成的复合谐波，及其作为背景谐波对农业物流园区内同级和下级供配电网构成的二次污染问题，提出一种面向背景谐波下的复合谐波源整体治理策略;该策略采用傅里叶级数分解展开和收敛特性，同步系统治理区域迭代后的谐波问题，并应用到某农业物流园区局域电网优化中。结果表明:供电系统高压侧A相和C相的电流分别由治理前的48.6、49.1A减小至治理后的38.4、40.6A，对于电压较高(6kV)的供电系统，由此项电流下降所呈现的节能效果显著;同时，低压侧及高压侧的功率因数分别增大至0.977、0.930，实现了涵盖背景谐波的复合谐波源根治性优化治理。

　　关键词:农业物流园区;复合谐波;背景谐波;治理策略

　　近年来，为了适应我国规模化物流产业的快速发展，各级地方政府积极推进物流园区规划和建设，因地制宜地建成和发展了不同类型的物流园区，初步显现了集聚和一体化服务效应，但是，从总体上看，发展水平还比较低，在建设、运营和管理等方面还存在一些问题，如在建设农业物流园区时，面对日趋严峻的资源和环境地约束，节能降耗、可持续发展能力方面的问题十分突出。农业物流园区主体架构一般包括生鲜、成品加工区，冷链贮藏区，流水装卸多层作业区，农产品计量清算区，电商中转区，无人值守信息传导服务区等二级区域，这些区域集成应用了大量交直流变频冷库制冷设备(变频整流装置)、风机水泵(变流调速装置)、冲击性起重机设备、非线性堆垛设备(大功率调速电机)、高密度自动化信息控制系统单元等[1-4]。从区域配电网角度审视，在上述类目繁多、比例不断增加的设备设施运行期间，各自引发的谐波、闪变、电压波动中断等电能质量问题导致相互叠加相互干扰，不仅污染自身局域配电网，造成设备损坏、寿命减少、耗能增加、设备操作精确度降低等问题，而且对同级和下级供配电网构成背景谐波，造成二次污染源，严重影响了园区供配电网的安全稳定运行[5-9]。

　　1复合谐波源治理策略模型

　　1.1复合谐波源的电流、电压计算公式推导

　　现代农业物流园区多采用三相交流电源，每个测点各有3个电压输入通道和3个电流输入通道。电流I(t)和电压U(t)是周期为T的正弦函数，其傅里叶级数展开式为

　　1.2纳入背景谐波的复合谐波源同步治理模型

　　当复合谐波源所在的供配电网被注入背景谐波时，需同时纳入背景谐波的同步治理。对背景谐波的治理通常采取先关停治理区设备进行一次测量，结合公式(1)、(2)得出数据为背景谐波的污染成分，再启动治理区设备进行二次测量，得出自身谐波含量。当背景谐波源容量、扰动、工艺流程或运行工况等任何一方面发生变化时，往往会导致一次测量数据的误差。本文中基于背景谐波建立根源治理、协同复合谐波源综合治理的策略模型，即在一次测量过程中，改为背景谐波源的专项治理，充分根据农业物流作业区工艺流程、工况周期和容量波动等划分数据处理时间，建构背景谐波关联型物流园区，开展电能质量的分布式综合治理，使其污染被封控于源头处。谐波治理策略模型流程见图1。

　　2谐波综合治理案例

　　2.1某农业物流园区基本工况分析

　　本文中以某现代农业物流园区内所辖2个毗邻的二级区域(分别设定为区域甲与区域乙)为研究对象。二级区域甲内有2台动力变压器，分别供该区内的物流1#区和物流2#区运行。物流1#区所带负载包括1#泵、2#泵、制冷设备(变频)、照明、升降电梯、热值仪等。物流2#区所带负载包括3#鼓风机、4#鼓风机、引风机、水循环泵等。2个物流分区构成复合谐波源。毗邻的二级区域乙内有2个大型自动化立体物流仓库，分别为1#物流仓和2#物流仓，设备主要为大型制冷设备和大功率变频电机构成的起重机、行车和堆垛机，对二级区域甲内物流1#区和物流2#区构成背景谐波。同时，区域乙内2个自动化立体物流仓所带负荷集中了大容量调速变频器，物流生产线投运后，2个物流仓的供配电系统和负荷的电抗器、电容器时常烧毁，并携带大快熔等高频次故障。为了保障区域甲物流1#区和物流2#区的优化治理效果，必须对区域乙内1#物流仓和2#物流仓进行协同治理。

　　2.2复合谐波源改造治理方案与效果验证

　　通过对研究对象的基本工况分析，本文中基于同步治理背景谐波和自身多谐波源的原则，从整体上同步系统治理生态区内迭代后的谐波问题，治理方案分局域网路改造，电能质量综合治理和控制背景谐波局域网渗入等3步实施，最后对实施效果进行验证分析。

　　2.2.1局域网路改造

　　对物流1#区和物流2#区所有负载进行变压器需量计算和局域网路改造，充分释放变压器容量。2个物流区的2台变压器在电能质量优化前，其低压侧母联处在断开状态，其中一台变压器的负载运行很少，可基本视为空载。正常工艺运行工况下，可将2台变压器低压侧母联闭合，物流1#和物流2#区的负荷总量由一台变压器承担。采用上述运行方式后，除减少原单台变压器所带负载的电能损耗、释放容量外，额外减少了一台变压器的空载损耗或低载损耗。

　　2.2.2电能质量综合治理

　　将2个物流区合并后进行电能质量综合治理。通过2.1节计算出的2个物流区内各次谐波电压含有率和谐波电流含有率，确定总的谐波补偿量。根据已设定的目标功率因数，计算2个物流区低压侧需要实时动态补偿的无功功率容量。本项目初期设定目标功率因数为0.98，无功补偿需量计算公式为Q=P(tanφ1-tanφ2)，式中:Q为需要补偿的无功功率;P为有功功率;φ1为补偿前的功率因数角;φ2为补偿后的功率因数角。

　　3结语

　　1)针对现代农业物流园区转型升级发展的趋势，分析了新型物流园区内自动化生产线的主体架构、电气设备负荷类型和布局，以及由此引发的以各种谐波污染为主的电能质量问题，提出了一种面向背景谐波下的复合谐波源整体治理策略。

　　2)传统的谐波治理方法存在以下问题:一是主要在发电侧安装预估容量的大型治理设备，一定程度上解决了进户电能的清洁度，但因远离客户端，对用户侧的谐波污染治理收效甚微;二是主要针对用户端园区内单个设备的谐波治理，过于局部化，不能灵敏准确地响应设备所在系统的实际工况变化、负载波动以及外围背景园区内谐波的影响。

　　3)本文中提出的纳入背景谐波的复合谐波源综合治理策略，充分考量了现代农业物流园区的运行工况和负荷特性，基于傅里叶变换叠加了多谐波源各次特征谐波电流含量，收敛计算出单次谐波电压含量和谐波电流含量，同时计算出背景谐波电流总含量，展开专项协同关联根治。优化配置了园区配电系统架构，优化设计了热搭接模块化有源电力滤波装置和远程客户端交互型调功装置。2种装置构成联锁保护，为系统、全局地治理谐波污染提供了较为有效的途径，为实现现代农业物流园区电能质量的全覆盖能效监督管理提供了借鉴，提高了园区农产品物流存储、运输和吞吐的效率，降低了耗能成本。

　　参考文献:

　　[1]肖湘宁.电能质量分析与控制[M].北京:电力出版社，2010:164-201.

　　[2]韩建平，李国宁.基于生物地理学算法的微电网多目标优化调度[J].济南大学学报(自然科学版)，2017，31(3):220-228.

　　[3]郑红平，孙玉坤，任明炜.基于小波变换的基波无功实时检测[J].农业机械学报，2005，36(10):130-133.

　　[4]杨信廷，钱建平，范蓓蕾，等.农产品物流过程追溯中的智能配送系统[J].农业机械学报，2011，42(5):125-130.

　　[5]孙媛媛，王小宇，尹志明.多谐波源系统的非迭代式谐波潮流分析[J].电机工程学报，2012，32(7):83-90.

　　刘悦，郭风军，张长峰