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安科瑞電氣股份有限公司
摘要：本文介紹了ANAPF有源濾波裝置的工作原理、方案、技術參數以及產品特點，結合在江蘇某紡織企業(yè)低壓配電系統(tǒng)中的應用案列，說明了有源濾波裝置在低壓配電系統(tǒng)中對改善供電電能質量、治理諧波起到了至關重要的作用。
關鍵詞：低壓配電系統(tǒng) 有源濾波裝置 工作原理 方案 特點 應用 諧波
引言
隨著電力電子變流裝置的應用日益廣泛，電能得到了更加充分的利用。但非線性電力裝置設備的廣泛應用產生了大量畸變的電流諧波，畸變電流在電網中的流動導致了諧波電壓；諧波污染越來越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經濟運行，給同一網絡的線性負載和其它用戶帶來了極大影響。諧波已與電磁干擾、功率因數降低并列為電力系統(tǒng)的三大公害。所以了解諧波產生的原理、研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對改善供電質量和確保電力系統(tǒng)安全經濟運行有著非常積極的意義。諧波測量是諧波問題中的一個重要分支，對抑制諧波、解決諧波產生的問題有著重要的指導作用。因此對諧波的測量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項重要工作，是繼電保護、故障測量等工作開展的重要前提。
1.工作原理
ANAPF系列有源電力濾波裝置并聯(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：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產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生的諧波電流。
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ANAPF有源電力濾波器原理圖
2.APF產品技術參數
ANAPF有源電力濾波器技術參數
接線方式 | 三相三線或三相四線 | ||
接入電壓 | 3×380±10% | ||
接入頻率 | 50Hz±2% | ||
瞬態(tài)響應時間 | 100μs | ||
開關頻率 | 10kHz-20kHz | ||
功能設置 | 只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功 | ||
諧波補償次數 | 2-31次 | ||
保護類型 | 直流過壓保護、IGBT過流保護、裝置過溫保護 | ||
冷卻方式 | 強制風冷 | ||
噪音 | ＜65dB(處于柜內并運作于額定狀態(tài)) | ||
工作環(huán)境溫度 | -10℃~+45℃（環(huán)境溫度超過工作溫度范圍降容使用） | ||
工作環(huán)境濕度 | ＜85%RH不凝結 | ||
安裝場合 | 室內安裝 | ||
海拔高度 | ≤1000M（更高海拔需降容使用） | ||
進出線方式 | 根據客戶要求 | ||
防護等級 | IP30 | ||
智能通信接口 | RS485/MODBUS-RTU | ||
遠程監(jiān)控 | 可選 | ||
安裝方式 | 立柜式 | 壁掛式 | 抽屜式 |
補償電流大?。?/strong>A） | 50、100、150 200、250、300 | 30、50 | 30、50 |
柜體顏色 | RAL7035 | ||
有源濾波裝置三種安裝方式中，壁掛式和抽屜式是立柜式的經濟型方案，為用戶大大節(jié)約了成本。單個模塊容量zui大為50A,可單獨使用。也可選用多個50A模塊形成大電流補償裝置。
3.方案設計
針對江蘇某紡織企業(yè)項目的諧波，相關技術人員對容量2500KVA的1#變壓器出線側進行了詳細測量。主要諧波頻次為5次、7次、11次是典型的6n±1諧波。
測量示意圖：（黑圈為測量點）
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根據測量后的電能質量分析和具體測量數據，結合諧波計算公式（1）（2）（3），可以估算諧波電流大小。
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…………………………………………………（1）
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………………………………………（2）
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……………………………………（3）
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諧波總電流.png)
基波電流有效值.png)
全波電流有效值.png)
總諧波電流畸變率）
由以上公式計算，可計算得1#變壓器出線柜的諧波電流，如表所示。
測量點 | 電流Irms（A） | THDi | 諧波電流In（A） |
1#變壓器出線柜 | 3065.1 | 11.96% | 366.59 |
諧波治理時考慮到要將諧波濾波干凈，諧波濾波器選型時要比實際電流大一些，確定對1#變壓器變頻器出線配置2臺ANAPF200-380/BGL的有源濾波裝置進行集中治理。
4.產品設計
4.1電氣設計
ANAPF200-380/BGL有源濾波裝置由4個50A抽屜板載模塊構成，總進線配一個塑殼斷路器，原理如下圖所示：
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4.1.1抽屜板載模塊的設計.png)
外形尺寸485×610×275 （寬*深*高）
額定電流：50A
額定電壓:AC380V
接線方式:三相四線
進線方式：后進后出
額定頻率：50Hz
模塊殼體顏色：RAL9004
防護等級：IP20
質量：50KG
4.2柜體結構設計
如下圖，柜體尺寸為1000*2200*800（寬高深），柜體顏色是RAL7035，GGD柜型，鍍鋅板材質，安裝方式是與配電柜拼柜，柜體設計本著與其它低壓柜協(xié)調一致的原則。
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5.產品特點
●模塊化設計，成本低，性能提高，體積小，安裝便利，便于后期維護及擴容；
●DSP+FPGA全數字控制方式，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；
●一機多能，即可補諧波，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；
●每個模塊采用彩色觸摸屏以實現參數設置和控制，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(tǒng)的影響；
6.應用案例
6.1項目概況及要求
江蘇某紡織企業(yè)現場使用變頻器等負載，產生大量諧波，導致電容柜的電容器損壞，從而使實際功率因數降低，由于功率因數達不到國家規(guī)定標準0.9的要求，供電部門采取了對該公司進行經濟上的處罰，嚴重影響公司正常運營。
6.2諧波治理效果
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圖1 投入使用前電流波形 圖2投入使用前電流頻譜
從圖1、圖2可以看出電流波形即是典型的三相整流橋非線性負載的波形，圖2中反映出變頻器的電流諧波總畸變率為11.96%，5次諧波電流是331.6 A，7次諧波電流是89.8A，除此之外還有11次，12次電流諧波，其他次數諧波較小可忽略。
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圖3投入使用后電流波形 圖4 投入使用后電流頻譜
投入有源電力濾波器后，變頻器電網供電的波形及諧波含量均發(fā)生了變化，從圖3可以看出電流波形已變得接近正弦波，圖4中反映出變頻器的總輸入電流總畸變率減少到4.8%，5次諧波電流從原來的331.6A變?yōu)?2.2A，7次諧波電流從原來的89.8A變?yōu)?3.8A，其他次數的諧波同樣得到了消除。有源電力濾波器的應用為企業(yè)消除電網污染、節(jié)能降耗帶來了新的亮點。
7.結束語
該項目所選用的有源濾波柜是模塊化設計方案，體積小，成本低，安裝便利，便于以后維護及擴容；使用方便，易于操作；有源濾波裝置節(jié)約了用戶投資成本，縮短了工期，為低壓配電網的諧波治理工程提供了的補償裝置，具有良好的應用價值和應用前景。
【參考資料】
［1］安科瑞電能質量監(jiān)測與治理選型手冊。2015.08版
［2］安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2013.01.版
