ANAPF有源濾波裝置在0.4KV中小型企業(yè)配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

安科瑞 戴金花

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

1 引言

隨著電力電子技術(shù)的不斷成熟,，節(jié)能燈、計算機、復(fù)印機等非線性設(shè)備被越來越廣泛的應(yīng)用于住宅和辦公建筑中，低壓配電系統(tǒng)中諧波污染日趨嚴(yán)重，而供電企業(yè)和用戶對電能質(zhì)量的要求卻越來越高，諧波問題已經(jīng)引起了越來越多人的注意。有效的治理諧波，將其控制在允許的范圍內(nèi)，成為電力工作者必須要考慮的問題。

2 低壓配電系統(tǒng)中主要的諧波污染源

當(dāng)正弦波電壓施加在非線性負(fù)載上，電流就變成了非正弦波，非正弦波電流在電網(wǎng)阻抗上產(chǎn)生壓降，會使電壓波形也變?yōu)榉钦也?。對非正弦波作傅立葉級數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量稱為基波，頻率大于工頻的分量稱為諧波。如今廣泛使用的負(fù)載大部分是非線性的，如整流器、變頻器、電弧爐、焊接設(shè)備、UPS、電梯、空調(diào)、節(jié)能燈（熒光燈）、復(fù)印機等等，這些非線性負(fù)載會產(chǎn)生大量的諧波電流并注入到電網(wǎng)中，使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變，這種諧波污染會對電網(wǎng)和用戶產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。

3 諧波對低壓配電系統(tǒng)的危害

增加輸電線損耗，縮短輸電線壽命；增加變壓器銅耗和鐵耗，降低變壓器的出力；引起配電裝置的誤動或拒動，導(dǎo)致停電事故；影響電動機效率和正常運行，產(chǎn)生震動和噪音，縮短電動機壽命；引起諧波放大或諧振問題；使電力系統(tǒng)各種測量儀表產(chǎn)生誤差；干擾通訊系統(tǒng)，損壞敏感設(shè)備；導(dǎo)致中性線上出現(xiàn)大電流而引發(fā)系統(tǒng)故障。

4 低壓配電網(wǎng)的諧波治理措施

低壓配電網(wǎng)的諧波治理措施主要有兩個：一是主動措施，即從諧波源本身出發(fā)，使其不產(chǎn)生諧波或降低其輸出的諧波的含量；二是被動措施，即通過安裝電力濾波器，濾掉諧波源產(chǎn)生的諧波，或者阻礙電力系統(tǒng)的諧波流入用戶電網(wǎng)。主動措施包括多脈沖整流技術(shù)、脈寬調(diào)制技術(shù)（PWM）、矩陣變換器、四象限變流器等。采用主動措施可以有效限制諧波的產(chǎn)生，但由于非線性負(fù)載的多樣性，通過主動措施完全消除諧波電流是不可能的。被動措施主要有PPF以及近幾年來興起的APF。PPF因其成本低、結(jié)構(gòu)簡單和維護方便的原因得到了廣泛應(yīng)用，但其有些缺點是難以克服的，如只能濾除特定頻率的諧波、容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振、對于波動性負(fù)載濾波效果不理想等。APF具有響應(yīng)速度快、濾波能力強、安裝靈活、方便擴展的特點，近幾年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

5 APF（有源電力濾波器）的原理介紹及特點

ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實時檢測負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。

原理如下圖：

ANAPF不僅僅具有濾除諧波功能，還可以提供超前或滯后的無功電流，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)和實現(xiàn)動態(tài)無功補償。同時還具有補償三相不平衡功能，減少中性線流過的電流。

ANAPF應(yīng)用瞬時無功理論提取諧波分量可以在20μs內(nèi)響應(yīng)負(fù)荷的變化，全響應(yīng)時間為20ms，可以用于負(fù)荷快速波動的場合。ANAPF可以補償2～50次諧波。ANAPF具有自動限流功能，不會發(fā)生過載。ANAPF保護措施齊全，保障設(shè)備安全運行。ANAPF自定義功能強大，可以設(shè)置只補償諧波，只補償無功，或兩者同時補償。ANAPF采用大容量，高清晰的人機界面彩色觸摸屏，能實時顯示系統(tǒng)的電壓、電流、諧波、功率因數(shù)等各項電氣參數(shù)，菜單中文顯示，圖文并茂，可實時顯示裝置運行參數(shù)和歷史事件記錄，顯示界面能觸摸設(shè)定，操作簡單快捷。ANAPF設(shè)計選型簡單，不需要進行詳細(xì)的電網(wǎng)分析，只需測量諧波電流大小。ANAPF安裝簡單方便，易于擴展，可以根據(jù)負(fù)載和配電系統(tǒng)實際情況，以及預(yù)期的補償效果，靈活選擇不同的安裝方式補償形式，使得投資少效果好。按照ANAPF安裝位置的不同，分為綜合補償和就地補償兩種形式。ANAPF有三相三線和三相四線兩大系列，容量有50A、100A、及150A，能滿足不同用戶的需求。

6 APF（有源電力濾波器）的主要技術(shù)指標(biāo)

7 ANAPF有源濾波器報價及主要元件清單

8 ANAPF在低壓配電系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

上海某中小型企業(yè)，變壓器容量為150kVA，到了冬季當(dāng)有大量的空調(diào)同時打開時，斷路器就會跳閘，嚴(yán)重影響了公司的日常運營。經(jīng)調(diào)查該公司有大量節(jié)能燈、變頻空調(diào)、計算機、打印機和電梯等非線性負(fù)載，正是這些非線性負(fù)載降低了變壓器的出力。研究表明諧波電流會引起變壓器外殼外層硅鋼片或某些緊固件發(fā)熱，可能導(dǎo)致局部過熱的發(fā)生，使絕緣介質(zhì)老化加速，導(dǎo)致絕緣損壞，縮減變壓器使用壽命。諧波的存在會使視在功率增加，不考慮諧波的情況下，視在功率S和有功功率P以及無功功率Q的關(guān)系為   ；在有諧波的情況下，必須考慮諧波功率D，其關(guān)系；而D和Q一樣，都無法轉(zhuǎn)化為有用功率。由此可見，諧波對變壓器的使用效率產(chǎn)生重大的負(fù)面影響。經(jīng)實際勘測分析發(fā)現(xiàn)該公司變壓器裕量雖不大，但如果把諧波降低到符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)，就可以滿足日常的供電需求，沒有必要擴容。對公司的用電負(fù)荷進行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)照明回路負(fù)荷較大，并且因為照明回路使用了大量的節(jié)能燈，使該回路諧波含量比較高，是降低變壓器出力的主要原因。

用FLUKE 434對照明回路進行測量得到電流波形如圖1所示。由圖可知，電流波形與理想的正弦波相去甚遠，畸變較為嚴(yán)重。電流波形的畸變會導(dǎo)致電壓波形的畸變進而影響到其他設(shè)備如計算機的正常運轉(zhuǎn)。同時N相電流達37A，電流不平衡問題也比較突出，存在較大的用電隱患。

分次諧波含量數(shù)據(jù)如圖2所示。由圖可知，A相、B相、C相的THDi分別為19.7%、27.8%、26.6%，諧波污染非常嚴(yán)重，存在安全隱患。

根據(jù)諧波含量，選用額定容量為50A的ANAPF對照明回路進行單獨補償，治理后得到的電流波形圖、分次諧波含量數(shù)據(jù)分別如圖3、圖4所示。

從圖3、圖4可以看出，治理后電流波形接近于完美的正弦波，電流的畸變得到了有效的控制；中性線電流也從37A降低到5A，消除了因中性線電流過大而引起的火災(zāi)隱患；電流的諧波含量也從20%左右降到了3%左右，諧波含量大為降低，已符合GB T14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

ANAPF有效的降低了THDi，同時抑制了三相不平衡，減少了中性線流過的電流，有效的提高了各項電能指標(biāo)，使各種用電設(shè)備能正常穩(wěn)定運行，延長了設(shè)備的使用壽命，減少了因電路故障而產(chǎn)生的損失。

通過本次的數(shù)據(jù)采集與分析，積累了大量的參考數(shù)據(jù)，為以后進行諧波治理打下了堅實的基礎(chǔ)。

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