有源濾波器 無功補償及濾波裝置

　　1、有源濾波器概述

　　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，但是非線性電力設備 （大功率可控硅、變頻器、UPS、開關電源、中頻爐等）的廣泛應用產(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。

　?。?）諧波會影響電氣設備的正常工作，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、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

　　（3）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備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲、降低通信質量、計算機無法正常工作，重則導致信息丟失，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)穩(wěn)定運行；

　?。?）避免諧波過電壓和諧波過電流對電氣設備的危害，延長設備使用壽命；

　?。?）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 《電能質量：公用電網(wǎng)諧波》

　　GB/T15543-2008 《電能質量：三相電壓不平衡度》

　　GB/T12325-2008 《電能質量：供電電壓偏差》

　　GB/T12326-2008 《電能質量：電壓波動和閃變》

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

　　GB/T15945-2008 《電能質量：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、有源濾波器產(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，能夠對動態(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。其原理為：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，具有極快的響應時間，先進的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；

　?。?）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；

　?。?）模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

　　（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設置和控制，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；

　?。?）擁有技術。

　　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（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參考值確定相應的諧波電流值；

　　步驟5：考慮到定的裕量，選擇相應容量的ANAPF有源電力濾波器。

　　▲ 安裝現(xiàn)場：  　　4.4  ANAPF在港口碼頭的應用

　　▲ 項目背景：

　　江陰港港口的主要諧波源是門機、行車和些辦公設備，門機在運行時需要大量無功，且電流沖擊大，波動很快，產(chǎn)生大量的諧波電流，功率因數(shù)很低，造成無功罰款；傳統(tǒng)的純?nèi)轃o功補償裝置已經(jīng)不能解決這些電能質量問題，不及時治理，甚至會對無功柜產(chǎn)生危害，使得電容壽命降低，更換頻繁。

　　▲ 治理方案：

　　因現(xiàn)場非線性負載（經(jīng)檢測，主要為起重機回路）多，且具有地域分散，沖擊電流大的特點，易采用集中治理方式，在每個變電站進行諧波治理。采用無功功率補償和諧波治理綜合方案可兼顧無功補償和諧波治理功能，該方案利用現(xiàn)有無功補償控制柜，減少用戶改造投入成本，將ANAPF系列有源電力濾波裝置并聯(lián)到配電系統(tǒng)中，方面可有效抑制諧波放大，保護電容器，而裝置的檢修與日常維護只需從電網(wǎng)中切除，不影響現(xiàn)場的正常運營。

　　▲ 治理效果：

    由圖4-7和圖4-8可以看出，治理前，電流波形失真十分嚴重，呈現(xiàn)典型的M型，三相電流畸變率分別為18.3%、25.1%、32.5%，主要以5次、7次諧波為主；加裝ANAPF系列有源電力濾波器后，電流波形已經(jīng)趨向正弦波，三相電流畸變率分別為2.6%、2.6%、2.6%，主要頻次諧波得到有效抑制，電網(wǎng)質量得到明顯改善，有效地保護了其他電氣設備。  

▲ 安裝現(xiàn)場：

　　4.5  ANAPF在商業(yè)的應用

　　▲ 項目背景：

　　無錫恒隆廣場屬于大型商業(yè)建筑，主要負載是空調、電梯和照明設備等，由于變頻器高效的節(jié)能性，使用大量變頻器驅動這些設備，但同時會產(chǎn)生大量3次、5次、7次等諧波電流。諧波電流在線路上流動產(chǎn)生壓降，使得電壓也跟著畸變，電壓畸變率超過標限值，供電質量相當糟糕，影響其他用電設備的正常使用，現(xiàn)場會出現(xiàn)燈具閃爍的現(xiàn)象。

　　▲ 治理方案：

　　無錫恒隆廣場該配電系統(tǒng)中共有2臺2000KVA的變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線側加裝400A的ANAPF系列有源電力濾波器，使用2臺200A并機實現(xiàn)，型號為：ANPF200-380/BGL。

　　▲ 治理效果：

圖4-9治理前電流波形

圖4-10治理后電流波形

    從圖4-9和圖4-10可看出，治理前電流波形發(fā)生畸變，出現(xiàn)多出鋸齒狀；治理后電流波形明顯得到改善，趨向標準正弦波，電能質量達到很大提高，給用電帶來保障。

▲ 現(xiàn)場安裝：

4.6  ANAPF在其它行業(yè)的應用

    軌道交通

    城市軌道交通存在大量熒光燈、UPS電源、變頻器及軟啟動裝置，均會產(chǎn)生大量諧波，使得電力系統(tǒng)正弦波畸變，電能質量降低。諧波進行綜合治理，給交通、順暢帶來保障。

    類似行業(yè)案例：、山東日照機場、南海三沙市機場、吉林站西廣場交通樞紐等。

    醫(yī)院

    醫(yī)院行業(yè)主要是核磁共振機、CT機等設備會產(chǎn)生大量諧波，大量先進設備對供電電源的諧波質量要求非常高，如果不進行治理，很可能造成檢測數(shù)據(jù)誤差大，設備之間干擾不能正常工作，造成嚴重的事故。諧波治理后，降低了用電隱患。

    類似行業(yè)案例：陜西榆林*人民醫(yī)院、上海第二康復醫(yī)院、滁州市第二人民醫(yī)院、安徽六安第六人民醫(yī)院等。

    冶金

    冶金行業(yè)中大量使用了電弧爐、加熱爐、軋機等，這些負載不僅容量大，而且大部分為感性負荷，在不使用無功補償裝置的情況下，功率因數(shù)極低，且產(chǎn)生大量畸變的諧波，嚴重危害電力系統(tǒng)的運行和電氣設備經(jīng)濟地運行。

    類似行業(yè)案例：江蘇省鑌鑫特鋼材材料有限公司、宇東能源化工基地等。

    體育館、演播廳

    體育館、演播這類場所，主要就是大量舞臺燈光、LED屏幕、高桿燈等設備產(chǎn)生諧波。使得電能質量變差，及時進行諧波治理可保障設備本身的使用效果，給用電帶來保障。

    類似行業(yè)案例：蘇州澹臺湖會議、廣州文化宮、武漢市教育電視臺演播廳、岳陽市奧體及游泳館等。