ANAPF有源濾波器生產(chǎn)

安科瑞 王蒙蒙

1狈合、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50H的正弦波笤吵，但是非線性電力設(shè)備 （大功率可控硅捏描、變頻器、UPS叹倒、開關(guān)電源肘蜘、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)生諧波電壓甩芦。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數(shù)分解讽空，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)倍的分量為諧波练歇。諧波是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)楞盼。
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)電蔑枣、輸電及用電設(shè)備的效率锄镜。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災(zāi)萌狂。
●  諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作档玻，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動和噪聲等；使變壓器局部嚴(yán)重過熱；使電容器误趴、電纜等設(shè)備過熱霹琼、絕緣老化、壽命縮短凉当，以致?lián)p壞枣申。
●  引起電網(wǎng)諧振，使得諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍看杭，會對系統(tǒng)忠藤，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楼雹。
●  諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)模孩，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失贮缅。諧波還會使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確榨咐，產(chǎn)生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失焕鲸。
●  臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾忿韧，輕則產(chǎn)生噪聲、降低通信質(zhì)量落寡、計算機(jī)無法正常工作成止，重則導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰痒仆。
1.3 有源濾波器產(chǎn)品效益
●  使諧波指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)揣蒿，避免供電部門罰款或中斷供電；
●  降低變壓器損耗歼呼；
●  減少諧波污染千有，降低諧波對自動控制裝置、電能計量裝置犁捕、繼電保護(hù)裝置的干擾胶向，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電氣設(shè)備的危害萤遥，延長設(shè)備使用壽命裕坊；
●  節(jié)能降耗，提高功率因數(shù)燕酷，節(jié)約電費(fèi)籍凝，避免罰款。
1.4 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
    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：電壓波動和閃變》
    GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》
    GB/T15945-2008 《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/T15576-2008 《低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置》
 
2苗缩、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)中饵蒂，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實時的跟蹤和補(bǔ)償声诸。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)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量退盯，產(chǎn)生諧波電流指令彼乌，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)中渊迁，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流慰照。

 
   
 
      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(yīng)時間琉朽，的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǘ咀猓雀摺⑦\(yùn)行更穩(wěn)定箱叁；
●  一機(jī)多能凳渗，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功裹依，可對2～31次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償倡搞；
●  具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)晨偿、裝置過溫保護(hù)功能；
●  模塊化設(shè)計盲拣，體積小诊踢，安裝便利，方便擴(kuò)容摘裕；
●  采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制脸鸿，使用方便，易于操作和維護(hù)拥耍；
●  輸出端加裝濾波裝置显艘，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；
●  多機(jī)并聯(lián)审拉，達(dá)到較高的電流輸出等級炭庙；
●  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)品型號及說明

 
3煌寇、產(chǎn)品應(yīng)用
3.1 容量計算方法
諧波是由非線性設(shè)備產(chǎn)生的焕蹄，而每種設(shè)備的實際工作狀態(tài)都不同。因此實際諧波電流需采用專門設(shè)備進(jìn)行測量阀溶，考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性腻脏，設(shè)計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量與計算比較復(fù)雜银锻，況且在設(shè)計時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)永品，可以根據(jù)下列公式估算諧波電流進(jìn)行選型做鹰。
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鼎姐、表3或表4钾麸；
    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）症见；
    步驟4：根據(jù)變壓器容量及THDi參考值確定相應(yīng)的諧波電流值喂走；
    步驟5：考慮到一定的裕量，選擇相應(yīng)容量的ANAPF有源電力濾波器谋作。
注：表1～表4參見附錄1兵故。
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缩棉，主要負(fù)載為節(jié)能燈折甸、變頻空調(diào)和電梯等，屬于辦公樓宇颂梆。
    變壓器容量為250KVA闷邑；
    變壓器負(fù)載率為0.8；
    負(fù)載類型屬于辦公樓宇览雁，根據(jù)表1估算THDi為30%峦拥；
    查表4可得估算諧波電流值為83A；
    如果根據(jù)公式（2）計算胜通，結(jié)果是一樣的歧坚；
 
   
 
    考慮到一定的裕量，選擇100A的ANAPF有源電力濾波器宅溃。
3.3 治理方式分類與說明
    電能質(zhì)量監(jiān)測與治理系統(tǒng)針對不同的場合可選擇不同的治理方案沛药，一般有集中治理、局部治理和就地治理三種技術(shù)方案甚负。
    （一）集中治理
  
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)償柬焕，同時在配電前端設(shè)置有源電力濾波器，采用集中治理的方式抑制諧波梭域。
    集中治理適用于單臺設(shè)備諧波含量小斑举，但數(shù)量龐大、布局分散的場合碰辅，比如辦公大樓(個人電腦懂昂、節(jié)能燈、變頻空調(diào)没宾、電梯等)凌彬，雖然單臺設(shè)備的電流小，諧波含量低循衰，但整棟大樓的總電流大铲敛，總諧波電流也大褐澎。
    （二）局部治理

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，同時在局部諧波源前端設(shè)置有源電力濾波器伐蒋，采用局部治理的方式抑制諧波工三。
    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)院的精密儀器曲苛、UPS電源等舍娜，雖然單臺設(shè)備的電流小，諧波含量低岖习，但為防止其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波對其干擾谨敏，采用局部諧波治理。
    （三）
  
 
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)償创撼，同時在主要諧波源的前端設(shè)置有源電力濾波器考皂，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設(shè)備諧波含量較大的配電系統(tǒng)曼中，比如大型商業(yè)區(qū)的景觀照明遗酷、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)備等肯绅，單臺設(shè)備電流大笛驴、諧波含量高、諧波電流大芽接，為防止諧波電流影響其他用電設(shè)備避归，采用就地治理。
 
4 應(yīng)用案例
4.1  ANAPF在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用
▲ 項目背景：
    常熟智慧城市是一個市民卡信息中心管呵，其中包括大型數(shù)據(jù)機(jī)房，對電能質(zhì)量要求非常高哺窄；為了提高供電可靠度捐下，采用大量的UPS作為設(shè)備電源，機(jī)房內(nèi)還包含空調(diào)設(shè)備萌业、照明設(shè)備等坷襟。此類電力電子設(shè)備皆屬于非線性負(fù)載，在使用過程中會產(chǎn)生大量諧波并注入系統(tǒng)中生年，主要以5次婴程、7次為主；如果不進(jìn)行諧波治理抱婉，對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染档叔，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)錯誤蒸绩，甚至癱瘓衙四、中斷铃肯，降低了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性凹毛。
▲ 治理方案：
    根據(jù)以往測量經(jīng)驗進(jìn)行諧波分析與估算宦逃，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800kVA變壓器及其一臺800kW發(fā)電機(jī)組成鸳岩，采用集中治理方案柄哀，在每臺變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺150A并機(jī)實現(xiàn)听番，型號為ANAPF150-380/BGL把丹，來自動跟蹤補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，保證整個系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行瘩浆。
▲ 治理效果：

  
圖4-1治理之前A磷尊、B、C胡炼、N相電流波形和電流頻譜
 

    由圖可以看出豹女，治理前，N線電流較大碍蚊，3次拷肌、5次、7次等諧波頻次含量較大旨巷；治理后巨缘，N線電流明顯降低、各次諧波電流得到有效抑制采呐，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性若锁，了諧波對通信系統(tǒng)影響的危害，收到了良好的運(yùn)行效果斧吐。
▲ 安裝現(xiàn)場：

圖4-2 安裝現(xiàn)場

4.2  ANAPF在辦公樓宇的應(yīng)用
▲ 項目背景：
    珠海橫琴口岸項目是臨時邊檢大樓的新建項目又固，為邊檢部門電氣設(shè)備提供可靠電力支持，對電能質(zhì)量要求較高煤率；用電設(shè)備主要是大功率UPS仰冠、LED顯示屏、空調(diào)蝶糯、照明和報檢大廳動力設(shè)備等洋只，會產(chǎn)生大量諧波，其諧波主要包括3昼捍、5驮尘、7、9次；不進(jìn)行合理治理扑跌，將對其他電氣設(shè)備產(chǎn)生危害扇殃，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)重過熱创皿；繼電保護(hù)發(fā)生誤動作等投戴。
▲ 治理方案：
    根據(jù)以往測量經(jīng)驗進(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)生爸蝠，該項目有1#梢跳、2#兩個配電站，1#配電站有2臺800kVA的變壓器十旗，2#配電站有2臺1000KVA的變壓器仲峡，分別采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器溯内，由于安裝空間有限酵逾，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變壓器下安裝型號均為ANAPF75-380/BBL闷畸，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺型號為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機(jī)使用尝盼，保障了整個供電系統(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)生畸變佑菩，三相電流畸變率分別為10.8%盾沫、11.1%、12.5%殿漠；在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波赴精，各次諧波得到有效抑制，電流畸變率明顯降低绞幌，三相電流畸變率降至4.0%蕾哟、4.1%、4.4%莲蜘。
▲ 安裝現(xiàn)場：

 
4.3  ANAPF在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
▲ 項目背景：
    合肥日立建機(jī)是日立建機(jī)集團(tuán)在ui大的生產(chǎn)基地渐苏，其主要負(fù)載是變頻器、電焊機(jī)和中頻爐等菇夸，這類負(fù)載屬于中污染設(shè)備，使用時電流變化很快仪吧，無功需求大泻漏，傳統(tǒng)無功柜跟不上負(fù)載變化速度，導(dǎo)致功率因數(shù)很低谷娇，造成無功罰款哆念；同時又會產(chǎn)生大量諧波流入電網(wǎng)中，諧波電流在線路上流動會產(chǎn)生壓降灼鞋，使得電壓也畸變嚴(yán)重桨拉，致使一些精度高的生產(chǎn)設(shè)備不能正常運(yùn)行凡盔，影響公司的生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降涎捆，給客戶帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失幅瑞。
▲ 治理方案：

    該項目共有6臺變壓器，均采用集中治理方案灯葡，在變壓器的出線側(cè)加裝ANAPF系列有源電力濾波器蒙便，型號為：ANPF200-380/BGL，既可補(bǔ)償諧波又可補(bǔ)償部分動態(tài)無功结阅。同時仓陆，建議在變頻器的進(jìn)線端加裝輸入電抗器，用來濾除部分變頻器諧波蝎毡，以達(dá)到更好的治理效果厚柳。
▲ 治理效果：

 
    由圖4-5和圖4-6可以看出，治理前沐兵，電流波形失真十分嚴(yán)重别垮，三相電流畸變率分別為21.3%、25.0%痒筒、28.0%宰闰，主要以5次、7次簿透、11次等符合6n±1次特性的諧波為主移袍，功率因數(shù)約0.83左右，會造成無功罰款老充；加裝ANAPF系列有源電力濾波器后葡盗，電流波形已經(jīng)趨向正弦波，三相電流畸變率分別為2.6%啡浊、2.6%觅够、2.6%，主要頻次諧波得到有效抑制扳辆，功率因數(shù)也都到很明顯的提高尽由。此次諧波治理，電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯雷镀，有效地保護(hù)了生產(chǎn)線上設(shè)備的正常運(yùn)行野戏。   
▲ 安裝現(xiàn)場：

4.4  ANAPF在港口碼頭的應(yīng)用
▲ 項目背景：
    江陰港港口的主要諧波源是門機(jī)、行車和一些辦公設(shè)備兆剃，門機(jī)在運(yùn)行時需要大量無功哺挺，且電流沖擊大，波動很快，產(chǎn)生大量的諧波電流暴姓，功率因數(shù)很低娇紊，造成無功罰款；傳統(tǒng)的純?nèi)轃o功補(bǔ)償裝置已經(jīng)不能解決這些電能質(zhì)量問題湿儡，不及時治理触茎，甚至?xí)o功柜產(chǎn)生危害，使得電容壽命降低眷滤，更換頻繁蜕煌。
▲ 治理方案：
    因現(xiàn)場非線性負(fù)載（經(jīng)檢測，主要為起重機(jī)回路）多诬留，且具有地域分散斜纪，沖擊電流大的特點，易采用集中治理方式文兑，在每個變電站進(jìn)行諧波治理盒刚。采用無功功率補(bǔ)償和諧波治理綜合方案可兼顧無功補(bǔ)償和諧波治理功能，該方案利用現(xiàn)有無功補(bǔ)償控制柜绿贞，減少用戶改造投入成本因块，將ANAPF系列有源電力濾波裝置并聯(lián)到配電系統(tǒng)中，一方面可有效抑制諧波放大籍铁，保護(hù)電容器涡上，而裝置的檢修與日常維護(hù)只需從電網(wǎng)中切除，不影響現(xiàn)場的正常運(yùn)營拒名。
▲ 治理效果：

    由圖4-7和圖4-8可以看出吩愧，治理前，電流波形失真十分嚴(yán)重增显，呈現(xiàn)典型的M型慎瓮，三相電流畸變率分別為18.3%、25.1%伊丘、32.5%捧法，主要以5次、7次諧波為主异瞭；加裝ANAPF系列有源電力濾波器后裹五，電流波形已經(jīng)趨向正弦波，三相電流畸變率分別為2.6%睛宝、2.6%捅县、2.6%，主要頻次諧波得到有效抑制昼薯，電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯，有效地保護(hù)了其他電氣設(shè)備。  
▲ 安裝現(xiàn)場：

4.5  ANAPF在商業(yè)中心的應(yīng)用
 ▲ 項目背景：
    無錫恒隆廣場屬于大型商業(yè)建筑彪珠，主要負(fù)載是中央空調(diào)质法、電梯和照明設(shè)備等，由于變頻器的節(jié)能性浸船，使用大量變頻器驅(qū)動這些設(shè)備妄迁，但同時會產(chǎn)生大量3次、5次李命、7次等諧波電流登淘。諧波電流在線路上流動產(chǎn)生壓降，使得電壓也跟著畸變封字，電壓畸變率超過標(biāo)限值黔州，供電質(zhì)量相當(dāng)糟糕，影響其他用電設(shè)備的正常使用阔籽，現(xiàn)場會出現(xiàn)燈具閃爍的現(xiàn)象流妻。
▲ 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笆制，在變壓器的出線側(cè)加裝400A的ANAPF系列有源電力濾波器绅这，使用2臺200A并機(jī)實現(xiàn)，型號為：ANPF200-380/BGL在辆。
▲ 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可看出证薇，治理前電流波形發(fā)生畸變，出現(xiàn)多出鋸齒狀匆篓；治理后電流波形明顯得到猬肖，趨向標(biāo)準(zhǔn)正弦波，電能質(zhì)量達(dá)到很大提高妙帆，給用電帶來保障仙尔。
▲ 現(xiàn)場安裝：

4.6  ANAPF在其它行業(yè)的應(yīng)用

 
    軌道交通

    城市軌道交通存在大量熒光燈、UPS電源兵雪、變頻器及軟啟動裝置编撵，均會產(chǎn)生大量諧波，使得電力系統(tǒng)正弦波畸變晒茁，電能質(zhì)量降低易仍。諧波進(jìn)行綜合治理，給交通安全捷嘁、順暢帶來保障绵盔。
    類似行業(yè)案例：、山東日照機(jī)場鳍彪、南海三沙市機(jī)場璃璧、吉林站西廣場交通樞紐等荔鸵。

 
   
    醫(yī)院

    醫(yī)院行業(yè)主要是核磁共振機(jī)、CT機(jī)等設(shè)備會產(chǎn)生大量諧波踊跟，大量醫(yī)療設(shè)備對供電電源的諧波質(zhì)量要求非常高踩验，如果不進(jìn)行治理，很可能造成檢測數(shù)據(jù)誤差大商玫，設(shè)備之間干擾不能正常工作箕憾，造成嚴(yán)重的醫(yī)療事故。諧波治理后拳昌，降低了用電隱患袭异。
    類似行業(yè)案例：陜西榆林*人民醫(yī)院、上壕嫣伲康復(fù)醫(yī)院御铃、滁州市人民醫(yī)院、安徽六安六人民醫(yī)院等刻像。

 
    冶金

    冶金行業(yè)中大量使用了電弧爐畅买、加熱爐、軋機(jī)等细睡，這些負(fù)載不僅容量大谷羞，而且大部分為感性負(fù)荷，在不使用無功補(bǔ)償裝置的情況下簿馍，功率因數(shù)極低脯黎，且產(chǎn)生大量畸變的諧波，嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和電氣設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行忆帐。
    類似行業(yè)案例：江蘇省鑌鑫特鋼材材料有限公司兵正、宇東能源化工基地等。

 
    體育館梢纫、演播廳

    體育館窖硝、演播中心這類場所，主要就是大量舞臺燈光汤浊、LED屏幕邓晃、高桿燈等設(shè)備產(chǎn)生諧波。使得電能質(zhì)量變差砚皆，及時進(jìn)行諧波治理可保障設(shè)備本身的使用效果纤票，給用電帶來保障。
    類似行業(yè)案例：蘇州澹臺湖會議中心旦良、廣州文化宮猪攀、武漢市教育電視臺演播廳、岳陽市奧體中心及游泳館等侵俗。