有源電力濾波柜

1、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(duì)非正弦的畸變電流作傅立葉級(jí)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(biāo)。

　　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(huì)使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。

　　 諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲等；使變壓器局部嚴(yán)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(huì)對(duì)系統(tǒng)，特別是對(duì)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(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器與自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失。諧波還會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。

　　 臨近的諧波源或較高次諧波會(huì)對(duì)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(jì)算機(jī)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(biāo)滿足家標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)自動(dòng)控制裝置、電能計(jì)量裝置、繼電保護(hù)裝置的干擾，保證供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；

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

　　 節(jié)能降耗，提升功率因數(shù)，節(jié)約電費(fèi)，避免罰款。

1.4執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

　　GB/T《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

　　GB/T《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(dòng)和閃變》

　　GB/T《電能質(zhì)量：暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》

　　GB/T《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/T《低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置》

2、有源電力濾波柜產(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(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)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(jì)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(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)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(diǎn)

　　 DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應(yīng)時(shí)間，主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀?、運(yùn)行更穩(wěn)定；

　　 一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功，可對(duì)2～31次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；

　　 具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能；

　　 模塊化設(shè)計(jì)，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容；

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

　　 輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對(duì)電力系統(tǒng)的影響；

　　 多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級(jí)；

　　 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(hào)及說明

3、產(chǎn)品應(yīng)用3.1容量計(jì)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(shí)際工作狀態(tài)都不同。因此實(shí)際諧波電流需采用專門設(shè)備進(jìn)行測(cè)量，考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)諧波治理裝置的額定諧波補(bǔ)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(cè)量與計(jì)算比較復(fù)雜，況且在設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)行選型。

3.1.1 根據(jù)負(fù)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(fù)載率（一般在0.6~0.8）；

　　步驟2：根據(jù)變壓器負(fù)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(shí)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(fù)載率為0.8，主要負(fù)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(fù)載率為0.8；

　　負(fù)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(jì)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(cè)與治理系統(tǒng)針對(duì)不同的場(chǎng)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(bǔ)償，同時(shí)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(tái)設(shè)備諧波含量小，但數(shù)量龐大、布局分散的場(chǎng)合，比如辦公大樓(個(gè)人電腦、節(jié)能燈、變頻空調(diào)、電梯等)，雖然單臺(tái)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。

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　　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(bǔ)償，同時(shí)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(tái)設(shè)備的電流小，諧波含量低，但為防其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波對(duì)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(bǔ)償，同時(shí)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(tái)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(tái)設(shè)備電流大、諧波含量高、諧波電流大，為防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

　　4.1ANAPF在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用

　　▲ 項(xiàng)目背景：

　　常熟智慧城市是一個(gè)市民卡信息中心，其中包括大型數(shù)據(jù)機(jī)房，對(duì)電能質(zhì)量要求非常高；為了提升供電可靠度，采用大量的UPS作為設(shè)備電源，機(jī)房?jī)?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(fù)載，在使用過程中會(huì)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(jìn)行諧波治理，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，也影響機(jī)房中其他敏感設(shè)備，比如導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)錯(cuò)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(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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(tái)800kVA變壓器及其一臺(tái)800kW發(fā)電機(jī)組成，采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺(tái)150A并機(jī)實(shí)現(xiàn)，型號(hào)為ANAPF150-380/BGL，來自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)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，提升了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除了諧波對(duì)通信系統(tǒng)影響的危害，收到了良好的運(yùn)行效果。

　　▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：

　　圖4-2 安裝現(xiàn)場(chǎng)

　　4.2ANAPF在辦公樓宇的應(yīng)用

　　▲ 項(xiàng)目背景：

　　珠海橫琴口岸項(xiàng)目是臨時(shí)邊檢大樓的新建項(xiàng)目，為邊檢部門電氣設(shè)備提供可靠電力支持，對(duì)電能質(zhì)量要求較高；用電設(shè)備主要是大功率UPS、LED顯示屏、空調(diào)、照明和報(bào)檢大廳動(dòng)力設(shè)備等，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，其諧波主要包括3、5、7、9次；不進(jìn)行合理治理，將對(duì)其他電氣設(shè)備產(chǎn)生危害，如：大量的3次諧波造成中線過熱甚至發(fā)生火災(zāi)；大量諧波造成變壓器局部嚴(yán)重過熱；繼電保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作等。

　　▲ 治理方案：

　　根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)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，該項(xiàng)目有1 2#兩個(gè)配電站，1#配電站有2臺(tái)800kVA的變壓器，2#配電站有2臺(tái)1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器，由于安裝空間有限，選擇我司壁掛式有源電力濾波器進(jìn)行嵌入式安裝，1#配電站中#1和#2變壓器下安裝型號(hào)均為ANAPF75-380/BBL，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺(tái)型號(hào)為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機(jī)使用，保障了整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　▲ 治理效果：

　　圖4-4治理之后電流波形和各次諧波電流畸變率

　　治理前電流波形發(fā)生畸變，三相電流畸變率分別為10.8%、11.1%、12.5%；在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波，各次諧波得到有效抑制，電流畸變率明顯降低，三相電流畸變率降至4.0%、4.1%、4.4%。

　　▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：