张小莉
安科瑞电气股份有限公司  




摘要：本文介绍了ANAPF有源滤波装置的工作原理、方案、技术参数以及产品特点，结合在江苏某知名纺织企业低压配电系统中的应用案列，说明了有源滤波装置在低压配电系统中对改善供电电能质量、治理谐波起到了至关重要的作用。




关键词：低压配电系统  有源滤波装置  工作原理 方案 特点 应用  谐波


引言
  随着电力电子变流装置的应用日益广泛，电能得到了更加充分的利用。但非线性电力装置设备的广泛应用产生了大量畸变的电流谐波，畸变电流在电网中的流动导致了谐波电压；谐波污染越来越多地威胁到电力系统安全、稳定、经济运行，给同一网络的线性负载和其它用户带来了极大影响。谐波已与电磁干扰、功率因数降低并列为电力系统的三大公害。所以了解谐波产生的原理、研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，对抑制谐波、解决谐波产生的问题有着重要的指导作用。因此对谐波的测量和分析是电力系统分析和控制中的一项重要工作，是继电保护、故障测量等工作开展的重要前提。


1.工作原理
   ANAPF系列有源电力滤波装置并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。





 

ANAPF有源电力滤波器原理图





2.APF产品技术参数
                       

                ANAPF有源电力滤波器技术参数

接线方式	三相三线或三相四线
接入电压	3×380±10%
接入频率	50Hz±2%
瞬态响应时间	100μs
开关频率	10kHz-20kHz
功能设置	只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功
谐波补偿次数	2-31次
保护类型	直流过压保护、IGBT过流保护、装置过温保护
冷却方式	强制风冷
噪音	＜65dB(处于柜内并运作于额定状态)
工作环境温度	-10℃~+45℃（环境温度超过工作温度范围降容使用）
工作环境湿度	＜85%RH不凝结
安装场合	室内安装
海拔高度	≤1000M（更高海拔需降容使用）
进出线方式	根据客户要求
防护等级	IP30
智能通信接口	RS485/MODBUS-RTU
远程监控	可选
安装方式	立柜式	壁挂式	抽屉式
补偿电流大小（A）	50、100、150 200、250、300	30、50	30、50
柜体颜色	RAL7035

   有源滤波装置三种安装方式中，壁挂式和抽屉式是立柜式的经济型方案，为用户大大节约了成本。单个模块容量最大为50A,可单独使用。也可选用多个50A模块形成大电流补偿装置。




3.方案设计
   针对江苏某知名纺织企业项目的谐波，相关技术人员对容量2500KVA的1#变压器出线侧进行了详细测量。主要谐波频次为5次、7次、11次是典型的6n±1谐波。
测量示意图：（黑圈为测量点）






 

根据测量后的电能质量分析和具体测量数据，结合谐波计算公式（1）（2）（3），可以估算谐波电流大小。

…………………………………………………（1）

………………………………………（2）

 ……………………………………（3）

（谐波总电流基波电流有效值全波电流有效值总谐波电流畸变率）

由以上公式计算，可计算得1#变压器出线柜的谐波电流，如表所示。                  

测量点	电流Irms（A）	THDi	谐波电流In（A）
1#变压器出线柜	3065.1	11.96%	366.59

   谐波治理时考虑到要将谐波滤波干净，谐波滤波器选型时要比实际电流大一些，确定对1#变压器变频器出线配置2台ANAPF200-380/BGL的有源滤波装置进行集中治理。




4.产品设计
4.1电气设计
   ANAPF200-380/BGL有源滤波装置由4个50A抽屉板载模块构成，总进线配一个塑壳断路器，原理如下图所示：









4.1.1抽屉板载模块的设计
外形尺寸485×610×275 （宽*深*高）
额定电流：50A
额定电压:AC380V
接线方式:三相四线
进线方式：后进后出
额定频率：50Hz
模块壳体颜色：RAL9004
防护等级：IP20
质量：50KG          
4.2柜体结构设计
   如下图，柜体尺寸为1000*2200*800（宽高深），柜体颜色是RAL7035，GGD柜型，镀锌板材质，安装方式是与配电柜拼柜，柜体设计本着与其它低压柜协调一致的原则。



















5.产品特点
●模块化设计，成本低，性能提高，体积小，安装便利，便于后期维护及扩容；
●DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间，先进的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；
●一机多能，即可补谐波，又可兼补无功，可对2-31次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿；
●具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；
●每个模块采用彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用方便，易于操作和维护；
●输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；




6.应用案例
6.1项目概况及要求
江苏某知名纺织企业现场使用变频器等负载，产生大量谐波，导致电容柜的电容器损坏，从而使实际功率因数降低，由于功率因数达不到国家规定标准0.9的要求，供电部门采取了对该公司进行经济上的处罚，严重影响公司正常运营。
6.2谐波治理效果




  

 图1 投入使用前电流波形      图2投入使用前电流频谱

从图1、图2可以看出电流波形即是典型的三相整流桥非线性负载的波形，图2中反映出变频器的电流谐波总畸变率为11.96%，5次谐波电流是331.6 A，7次谐波电流是89.8A，除此之外还有11次，12次电流谐波，其他次数谐波较小可忽略。




     
       
       图3投入使用后电流波形    图4 投入使用后电流频谱
   投入有源电力滤波器后，变频器电网供电的波形及谐波含量均发生了变化，从图3可以看出电流波形已变得接近正弦波，图4中反映出变频器的总输入电流总畸变率减少到4.8%，5次谐波电流从原来的331.6A变为92.2A，7次谐波电流从原来的89.8A变为13.8A，其他次数的谐波同样得到了消除。有源电力滤波器的应用为企业消除电网污染、节能降耗带来了新的亮点。


7.结束语
   该项目所选用的有源滤波柜是最新模块化设计方案，体积小，成本低，安装便利，便于以后维护及扩容；使用方便，易于操作；有源滤波装置节约了用户投资成本，缩短了工期，为低压配电网的谐波治理工程提供了高效的补偿装置，具有良好的应用价值和应用前景。


【参考资料】
［1］安科瑞电能质量监测与治理选型手册。2015.08版
［2］安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版




作者简介

张小莉，女，本科。任职单位：现任职于安科瑞电气股份有限公司
联系电话：021-59104852，手机：18702111813

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