韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量的電力電子裝置廣泛的應用于工業(yè)的冬個(gè)領(lǐng)域，給工業(yè)帶來(lái)了翻天覆地的變化，但大量電力電子裝置的廣泛應用，同時(shí)也給電力系統這個(gè)環(huán)境帶來(lái)了嚴重的“污染"，其根本原因就是電力電子裝置是非線(xiàn)性負荷，在系統中運行會(huì )產(chǎn)生諧波，造成十分嚴重的危害。有源電力濾波器(ActivePowerFilter)是目前研究比較深入的一種裝置，它是一種用于動(dòng)態(tài)補償，既可抑制諧波，又可以補償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補償，其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波抑制和無(wú)功補償方法的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞:有源電力濾波器APF;小區配電網(wǎng);諧波源

1導言

有源濾波器采用的是現代電力電子技術(shù)、數字信號處理技術(shù)和先進(jìn)控制理論的電力技術(shù)，它有助于電網(wǎng)諧波的動(dòng)態(tài)性實(shí)時(shí)補償，是目前解決諧波污染、改善電能質(zhì)量*有效和*具潛力的途徑之一。一直以來(lái)諧波問(wèn)題只在工業(yè)領(lǐng)域受到重視，在小區配電網(wǎng)中很少受到關(guān)注。有調查結果表明，小區配電網(wǎng)諧波污染程度已經(jīng)非常嚴重，且有逐年加劇的形勢。因此，小區配電網(wǎng)的諧波治理勢在必行。

2低壓配電網(wǎng)的主要諧波源

隨著(zhù)現代工業(yè)技術(shù)和民用建筑行業(yè)的快速發(fā)展,配電網(wǎng)中非線(xiàn)性負荷迅速增加。各種非線(xiàn)性和時(shí)變性電子變流器如逆變器、整流器和各種開(kāi)關(guān)電源在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到越來(lái)越廣泛地應用,其對電網(wǎng)的污染也日益嚴重,這些裝置從電網(wǎng)中消耗大量的無(wú)功功率,并產(chǎn)生大量的諧波分量注入電網(wǎng),導致電網(wǎng)的電壓和電流波形嚴重變形,從而逐漸成為配電網(wǎng)中*主要的諧波源。而在低壓配電網(wǎng)中,民用和商業(yè)用電量所占的比例日益增大,各種辦公自動(dòng)化設備和家電的日益普及,雖然這些電器單個(gè)的功率并不大,向電網(wǎng)注入的諧波很小,但由于總體數量龐大且工作同時(shí)性強,它們向電網(wǎng)注入的總諧波電流非常巨大,所以建筑用電逐漸成為低壓配電網(wǎng)的主要諧波污染源之一。

3諧的治方案

3.1主動(dòng)型治理方案

常見(jiàn)的主動(dòng)型治理方案就是采用高功率因數變流器。電力電子裝置是電力系統中*主要的諧波源,抑制諧波*直接的的途徑,就是開(kāi)發(fā)新型變流器一一單位功率因數變流器(UnityPowerFactorConverter),這種變流器在工作過(guò)程中不產(chǎn)生諧波,且功率因數為1。高功率因數變流器可近似看成為單位功率因數變流器。采用多重化技術(shù)可以有效地減少變流器諧波,其原理是:多個(gè)方波的疊加可以消除次數較低的諧波,從而得到近似正弦波的階梯波,重數越多,所得波形越接近正弦波,但電路結構也越復雜。如果將多重化技術(shù)與PWM技術(shù)相配合,可取得更加理想的結果。這種方案一般需要投入大量的資金,普通電力用戶(hù)難以接受。因此這種方法大多應用于大容量場(chǎng)合。

3.2被動(dòng)型治理方案

1)傳統的諧波補償裝置就是采用由電感電容串并聯(lián)構成的LC調諧濾波器,結構如圖1所示.利用諧振原理對特定次數諧波電流形成低阻抗,達到對諧波電流的分離,使其不注入電網(wǎng)。這種方法既可抑制諧波,又可補償無(wú)功功率,而且結構簡(jiǎn)單,已經(jīng)被廣泛使用于電力系統。然而,這種諧波補償裝置的補償性能受電網(wǎng)阻抗和運行狀態(tài)影響,因其與系統的并聯(lián)連接方式，容易發(fā)生并聯(lián)諧振,使諧波電流放大,導致LC濾波器過(guò)載甚至燒毀。此外,固定的拓撲結構決定這種濾波器只能對固定頻率的諧波進(jìn)行補償,且補償效果并不理想。盡管如此,因其結構簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)勢,LC濾波器目前仍是補償諧波*主要的方案。

圖1LC濾波器結構示意圖

1. 現今越來(lái)越流行的一種抑制諧波的被動(dòng)型方案,就是采用有源電力濾波器(ActivePowerFilterAPF)。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。其基本原理是從補償對象中檢測出諧波電流,由補償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流注入電網(wǎng),與諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流相抵消,從而使電網(wǎng)電流不含諧波分量、只含基波分量。這種濾波器能對幅值和頻率都變化的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤補償,且補償性能不受電網(wǎng)阻抗的影響,因而受到很大的重視。

圖2有源電力濾波器原理圖

4小區網(wǎng)產(chǎn)及

4.1小區配電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因

正弦電壓作用在非線(xiàn)性負載上產(chǎn)生的電流不是標準正弦電流，而是發(fā)生了畸變。根據傅里葉級數理論，可以將負載電流進(jìn)行傅里葉積分，分解出以基波頻率為基礎的各次諧波，即電流中除了基波(50Hz)的電流以外，還有2次(100Hz)、3次(150Hz)··...·各次諧波電流。家庭中使用的電器設備多數都是非線(xiàn)性負載，所以在使用過(guò)程中都會(huì )產(chǎn)生諧波。2、小區配

4.2電網(wǎng)諧波的危害

1)引起零序諧波，并造成三相不平衡，降低供電質(zhì)量:

2)使配電變壓器產(chǎn)生附加功率損耗、發(fā)熱量增加，誘發(fā)變壓器故障;

3)加速絕緣介質(zhì)老化，引起配電網(wǎng)短路故障，甚至造成人身傷害:

4)對斷路器、熔斷器、繼電器等設備產(chǎn)生干擾，造成其誤動(dòng)，降低供電可靠性:5)引發(fā)無(wú)功補償設備諧振，導致無(wú)功補償設備無(wú)法投切，功率因數無(wú)法提高:

6)使電氣計量和測量的誤差加大:

7)縮短電器設備的使用壽命:

4.3APF用于小區配電網(wǎng)

1)有源電力濾波器APF工作原理

APF由兩部分組成:諧波和無(wú)功電流檢測電路及補償電流發(fā)生電路(由補償電流控制電路、驅動(dòng)隔離電路和主電路三個(gè)部分構成)。前者的作用是檢測出負載電流中的諧波和無(wú)功分量;后者的作用是根據檢測出來(lái)的諧波和無(wú)功電流等產(chǎn)生相應的補償電流。

有源電力濾波器APF工作原理APF由兩部分組成:諧波和無(wú)功電流檢測電路及補償電流發(fā)生電路(由補償電流控制電路、驅動(dòng)隔離電路和主電路三個(gè)部分構成)。前者的作用是檢測出負載電流中的諧波和無(wú)功分量;后者的作用是根據檢測出來(lái)的諧波和無(wú)功電流等產(chǎn)生相應的補償電流。諧波無(wú)功電流檢測電路將負載電流iL中的諧波電流iLh和無(wú)功電流iLg分離出來(lái)，然后把它們反相并產(chǎn)生出補償電流iC的調制波信號iC*，也就是指令信號iC*=iLh+iLq。補償電流控制電路根據iC*的值輸出觸發(fā)脈沖，通過(guò)驅動(dòng)隔離電路驅動(dòng)主電路的功率開(kāi)關(guān)，使其創(chuàng )建出補償電流iC，iC要跟蹤iC*，故iC~-iC*，因此:iS=iL+iC=iL-iC*=iL-(iLh+ilLq)=iLp，即電源電流iS中只含有基波有功分iLp量，從而達到消除諧波和補償無(wú)功功率的目的。根據此原理，對于三相APF，還能對電流的不對稱(chēng)度和負序電流等進(jìn)行補償

2)有源電力濾波器APF實(shí)際應用效果

圖3為某小區配電室加裝有源電力濾波器前后電壓、電流波形對比。在安裝APF裝置前，電流中3、5、7次諧波含量較大，APF投入使用后，電流中3、5、7次諧波含量幾乎全部被濾除，同時(shí)，電壓波形得到改善，提高了供電質(zhì)量。

圖3某小區使用APF前后電壓、電流波形對比

5有源電力濾波器APF的使用成效

1)諧波得到有效消除，提高供電電能質(zhì)量:

2)減少3、5、7次諧波流入上級電網(wǎng)，避免造成諧波污染的進(jìn)一步危害:3)減少諧波造成的停電事故，保障安全、優(yōu)質(zhì)、穩定供電;

4)少諧波對配電設備的損害，降低維護工作量和維護檢修費用:

5)諧波無(wú)功功率得到補償，同時(shí)保障基波無(wú)功功率補償，提高供電能力。

6安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

6.1產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）DSP+FPGA控制方式，響應時(shí)間短，全數字控制算法，運行穩定；

（2）一機多能，既可補諧波，又可兼補無(wú)功，可對2～51次諧波進(jìn)行全補償或特定次諧波進(jìn)行補償；

（3）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；

（4）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(shí)現參數設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

（6）輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統的影響；

（7）多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

（8）擁有自主技術(shù)。

6.2型號說(shuō)明

6.3尺寸說(shuō)明

6.4產(chǎn)品實(shí)物展示

ANAPF有源濾波器

7安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

7.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節省能源、降低線(xiàn)損、提高功率因數和電能質(zhì)量的新一代無(wú)功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，線(xiàn)路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ幱扇劢z、復合開(kāi)關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線(xiàn)連接而組成的自動(dòng)無(wú)功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長(cháng)，可靠性高的特點(diǎn)，適應現代電網(wǎng)對無(wú)功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線(xiàn)電壓、三相母線(xiàn)電流、三相功率因數、頻率、電容器路數及投切狀態(tài)、有功功率、無(wú)功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過(guò)內部晶閘管復合開(kāi)關(guān)電路，自動(dòng)尋找適宜投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現過(guò)零投切，具有過(guò)壓保護、缺相保護、過(guò)諧保護、過(guò)溫保護等保護功能。

7.2型號說(shuō)明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

7.3產(chǎn)品實(shí)物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無(wú)功補償裝置智能電容方案

8結論

通過(guò)在小區低壓補償柜和無(wú)功補償箱上加裝APF裝置，解決了小區無(wú)功補償裝置因諧波超標投不上的問(wèn)題，又防止了高頻裝置因產(chǎn)生高幅值諧波電流引起的開(kāi)關(guān)誤動(dòng)。因此，綜合其自身特點(diǎn)可以推而廣之，可應用于配網(wǎng)低壓諧波超標、功率因數偏低以及沒(méi)裝消諧裝置的高頻裝置上，以限制或消除諧波、提高功率因數，很大的改善電能質(zhì)量。

參考文獻

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版

[4]柳楊.有源電力濾波器APF在小區配電網(wǎng)中的應用

作者簡(jiǎn)介

韓歡慶,現任職于安科瑞電氣股份有限公司。