1、有源濾波器概述

　　1.1 諧波的產(chǎn)生

　　電力系統中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz的正弦波，但是非線(xiàn)性電力設備 （大功率可控硅、變頻器、UPS、開(kāi)關(guān)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(xiàn)路上產(chǎn)生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數分解，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、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過(guò)中線(xiàn)會(huì )使線(xiàn)路過(guò)熱，甚至引起火災。

　?。?）諧波會(huì )影響電氣設備的正常工作，使電機產(chǎn)生機械振動(dòng)和噪聲等；使變壓器局部嚴重過(guò)熱；使電容器、電纜等設備過(guò)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十倍，會(huì )對系統，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(huì )導致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動(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 )使電氣測量?jì)x表計量不準確，產(chǎn)生計量誤差，給用電管理部門(mén)或電力用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟損失。

　?。?）臨近的諧波源或較高次諧波會(huì )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(zhì)量、計算機無(wú)法正常工作，重則導致信息丟失，使工控系統崩潰。

　　1.3 有源電力濾波器產(chǎn)品效益

　?。?）使諧波指標滿(mǎn)足家標準，避免供電部門(mén)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(dòng)控制裝置、電能計量裝置、繼電保護裝置的干擾，保證供配電系統穩定運行；

　?。?）避免諧波過(guò)電壓和諧波過(guò)電流對電氣設備的危害，延長(cháng)設備使用壽命；

　?。?）節能降耗，提高功率因數，節約電費，避免罰款。

　　1.4 執行標準

　　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(dòng)和閃變》

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

　　GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統頻率偏差》

　　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(wú)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中，能夠對動(dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補償。其原理為：通過(guò)CT采集系統諧波電流，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(guò)功率執行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線(xiàn)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(diǎn)

　?。?）DSP+FPGA全數字控制方式，具有極快的響應時(shí)間，先進(jìn)的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩定；

　?。?）機多能，既可補諧波，又可兼補無(wú)功，可對2～31次諧波進(jìn)行全補償或特定次諧波進(jìn)行補償；

　?。?）具有完善的橋臂過(guò)流保護、直流過(guò)壓保護、裝置過(guò)溫保護功能；

　?。?）模塊化設計，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(shí)現參數設置和控制，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的影響；

　?。?）多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

　?。?）擁有技術(shù)。

　　3.1.3  根據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(shí)使用）；

　　步驟4：根據變壓器容量及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。

　　▲ 安裝現場(chǎng)：  　　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(mén)機、行車(chē)和些辦公設備，門(mén)機在運行時(shí)需要大量無(wú)功，且電流沖擊大，波動(dòng)很快，產(chǎn)生大量的諧波電流，功率因數很低，造成無(wú)功罰款；傳統的純容無(wú)功補償裝置已經(jīng)不能解決這些電能質(zhì)量問(wèn)題，不及時(shí)治理，甚至會(huì )對無(wú)功柜產(chǎn)生危害，使得電容壽命降低，更換頻繁。

　　▲ 治理方案：

　　因現場(chǎng)非線(xiàn)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(diǎn)，易采用集中治理方式，在每個(gè)變電站進(jìn)行諧波治理。采用無(wú)功功率補償和諧波治理綜合方案可兼顧無(wú)功補償和諧波治理功能，該方案利用現有無(wú)功補償控制柜，減少用戶(hù)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，不影響現場(chǎng)的正常運營(yíng)。

　　▲ 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(zhì)量得到明顯改善，有效地保護了其他電氣設備。  

▲ 安裝現場(chǎng)：

　　4.5  ANAPF在商業(yè)的應用

　　▲ 項目背景：

　　無(wú)錫恒隆廣場(chǎng)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能性，使用大量變頻器驅動(dòng)這些設備，但同時(shí)會(huì )產(chǎn)生大量3次、5次、7次等諧波電流。諧波電流在線(xiàn)路上流動(dòng)產(chǎn)生壓降，使得電壓也跟著(zhù)畸變，電壓畸變率超過(guò)標限值，供電質(zhì)量相當糟糕，影響其他用電設備的正常使用，現場(chǎng)會(huì )出現燈具閃爍的現象。

　　▲ 治理方案：

　　無(wú)錫恒隆廣場(chǎng)該配電系統中共有2臺2000KVA的變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線(xiàn)側加裝400A的ANAPF系列有源電力濾波器，使用2臺200A并機實(shí)現，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(zhì)量達到很大提高，給用電帶來(lái)保障。

▲ 現場(chǎng)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(dòng)裝置，均會(huì )產(chǎn)生大量諧波，使得電力系統正弦波畸變，電能質(zhì)量降低。諧波進(jìn)行綜合治理，給交通、順暢帶來(lái)保障。

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

    醫院

    醫院行業(yè)主要是核磁共振機、CT機等設備會(huì )產(chǎn)生大量諧波，大量先進(jìn)設備對供電電源的諧波質(zhì)量要求非常高，如果不進(jìn)行治理，很可能造成檢測數據誤差大，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(lèi)似行業(yè)案例：陜西榆林*人民醫院、上海第二康復醫院、滁州市第二人民醫院、安徽六安第六人民醫院等。

    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(wú)功補償裝置的情況下，功率因數極低，且產(chǎn)生大量畸變的諧波，嚴重危害電力系統的運行和電氣設備經(jīng)濟地運行。

    類(lèi)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(lèi)場(chǎng)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(zhì)量變差，及時(shí)進(jìn)行諧波治理可保障設備本身的使用效果，給用電帶來(lái)保障。

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