有源濾波器

　　1、安科瑞APF有源濾波柜動態(tài)無功補償 諧波補償概述

　　1.1 諧波的產(chǎn)生

　　電力系統(tǒng)中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz的正弦波，但是非線性電力設(shè)備 （大功率可控硅、變頻器、UPS、開關(guān)電源、中頻爐等）的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產(chǎn)生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量為基波，頻率是基波頻率整數(shù)倍的分量為諧波。諧波是電能質(zhì)量的重要指標。

　　1.2 諧波的危害

　　● 諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。

　　● 諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機產(chǎn)生機械振動和噪聲等；使變壓器局部嚴重過熱；使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

　　● 引起電網(wǎng)諧振，使得諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)，特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅，經(jīng)常使電容器和電抗器燒毀。

　　● 諧波會導(dǎo)致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失。諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產(chǎn)生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟損失。

　　● 臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲、降低通信質(zhì)量、計算機無法正常工作，重則導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

　　1.3 有源電力濾波器產(chǎn)品效益

　　● 使諧波指標滿足國家標準，避免供電部門罰款或中斷供電；

　　● 降低變壓器損耗；

　　● 減少諧波污染，降低諧波對自動控制裝置、電能計量裝置、繼電保護裝置的干擾，保證供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行；

　　● 避免諧波過電壓和諧波過電流對電氣設(shè)備的危害，延長設(shè)備使用壽命；

　　● 節(jié)能降耗，提高功率因數(shù)，節(jié)約電費，避免罰款。

　　1.4 執(zhí)行標準

　　GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

　　GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量：三相電壓不平衡度》

　　GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓偏差》

　　GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量：電壓波動和閃變》

　　GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》

　　GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率偏差》

　　GB17625.1-2012 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值》

　　GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補償裝置》

　　2、安科瑞APF有源濾波柜動態(tài)無功補償 諧波補償產(chǎn)品介紹

　　2.1 工作原理

　　ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負載所產(chǎn)生的諧波電流。

　　圖2-1 ANAPF有源電力濾波器原理圖

　　2.2 產(chǎn)品特點

　　● DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應(yīng)時間，先進的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；

　　● 一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～31次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

　　● 具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

　　● 模塊化設(shè)計，體積小，安裝便利，方便擴容；

　　● 采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護；

　　● 輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

　　● 多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

　　● 擁有自主技術(shù)。

　　2.3 主要技術(shù)參數(shù)

　　表2-1 ANAPF有源電力濾波器技術(shù)參數(shù)

　　2.4 產(chǎn)品型號及說明

　　3、產(chǎn)品應(yīng)用

　　3.1 容量計算方法

　　諧波是由非線性設(shè)備產(chǎn)生的，而每種設(shè)備的實際工作狀態(tài)都不同。因此實際諧波電流需采用專門設(shè)備進行測量，考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟性，設(shè)計諧波治理裝置的額定諧波補償電流應(yīng)略大于系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電流本身的測量與計算比較復(fù)雜，況且在設(shè)計時往往很難采集到足夠的電氣設(shè)備使用中的諧波數(shù)據(jù)，可以根據(jù)下列公式估算諧波電流進行選型。

　　3.1.1 根據(jù)負載額定電流和行業(yè)類型選型

　　3.1.2 根據(jù)變壓器容量和行業(yè)類型選型

　　3.1.3 根據(jù)快速選型表查表選型

　　查表步驟：

　　步驟1：確定變壓器容量和變壓器負載率（一般在0.6~0.8）；

　　步驟2：根據(jù)變壓器負載率確定表2、表3或表4；

　　步驟3：確定電流總諧波畸變率（THDi）（表1中THDi值為參考值，僅在估算諧波電流時使用）；

　　步驟4：根據(jù)變壓器容量及THDi參考值確定相應(yīng)的諧波電流值；

　　步驟5：考慮到一定的裕量，選擇相應(yīng)容量的ANAPF有源電力濾波器。

　　注：表1～表4參見附錄1。

　　3.2 選型示例

　　上海某工廠辦公大樓變壓器容量為250KVA，變壓器負載率為0.8，主要負載為節(jié)能燈、變頻空調(diào)和電梯等，屬于辦公樓宇。

　　變壓器容量為250KVA；

　　變壓器負載率為0.8；

　　負載類型屬于辦公樓宇，根據(jù)表1估算THDi為30%；

　　查表4可得估算諧波電流值為83A；

　　如果根據(jù)公式（2）計算，結(jié)果是一樣的；

　　考慮到一定的裕量，選擇100A的ANAPF有源電力濾波器。

　　3.3 治理方式分類與說明

　　電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)針對不同的場合可選擇不同的治理方案，一般有集中治理、局部治理和就地治理三種技術(shù)方案。

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　　集中治理上圖示例

　　本案例是在變電所低壓電容柜中設(shè)置無功補償，同時在配電前端設(shè)置有源電力濾波器，采用集中治理的方式抑制諧波。

　　集中治理適用于單臺設(shè)備諧波含量小，但數(shù)量龐大、布局分散的場合，比如辦公大樓(個人電腦、節(jié)能燈、變頻空調(diào)、電梯等)，雖然單臺設(shè)備的電流小，諧波含量低，但整棟大樓的總電流大，總諧波電流也大。

　　（二）局部治理

　　局部治理上圖示例

　　本案例是在變電所低壓電容柜中設(shè)置無功補償，同時在局部諧波源前端設(shè)置有源電力濾波器，采用局部治理的方式抑制諧波。

　　局部治理適用于諧波源集中在某一條或幾條饋出支路的配電系統(tǒng)，比如醫(yī)院的精密儀器、UPS電源等，雖然單臺設(shè)備的電流小，諧波含量低，但為防止其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波對其干擾，采用局部諧波治理。

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　　就地治理上圖示例

　　本案例是在變電所低壓電容柜中設(shè)置無功補償，同時在主要諧波源的前端設(shè)置有源電力濾波器，采用就地治理方式的抑制諧波。

　　就地治理適用于諧波源比較明確且單臺設(shè)備諧波含量較大的配電系統(tǒng)，比如大型商業(yè)區(qū)的景觀照明、影劇院的可控硅調(diào)光設(shè)備、工業(yè)區(qū)的變頻器調(diào)速設(shè)備等，單臺設(shè)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(shè)備，采用就地治理。

　　4 應(yīng)用案例

　　4.1 ANAPF在數(shù)據(jù)機房的應(yīng)用

　　▲ 項目背景：

　　常熟智慧城市是一個市民卡信息中心，其中包括大型數(shù)據(jù)機房，對電能質(zhì)量要求非常高；為了提高供電可靠度，采用大量的UPS作為設(shè)備電源，機房內(nèi)還包含空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備等。此類電力電子設(shè)備皆屬于非線性負載，在使用過程中會產(chǎn)生大量諧波并注入系統(tǒng)中，主要以5次、7次為主；如果不進行諧波治理，對電網(wǎng)造成嚴重的污染，也影響機房中其他敏感設(shè)備，比如導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)錯誤，甚至癱瘓、中斷，降低了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性。

　　▲ 治理方案：

　　根據(jù)以往測量經(jīng)驗進行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產(chǎn)生，供電系統(tǒng)由2臺800kVA變壓器及其一臺800kW發(fā)電機組成，采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺150A并機實現(xiàn)，型號為ANAPF150-380/BGL，來自動跟蹤補償負載產(chǎn)生的諧波電流，保證整個系統(tǒng)安全可靠運行。

　　▲ 治理效果：

　　圖4-1治理之前A、B、C、N相電流波形和電流頻譜

　　由圖可以看出，治理前，N線電流較大，3次、5次、7次等諧波頻次含量較大；治理后，N線電流明顯降低、各次諧波電流得到有效抑制，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除了諧波對通信系統(tǒng)影響的危害，收到了良好的運行效果。