任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文介紹了有源濾波器在低壓配電網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，通過實(shí)時監(jiān)測供電線路中變頻器、變速傳動裝置、各種直流電源等設(shè)備產(chǎn)生的高次諧波，動態(tài)抑制高次諧波，消除諧波電流對供電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的危害,降低能源的浪費(fèi),提高供電質(zhì)量，保證供電設(shè)備及用電設(shè)備的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：配電；諧波；濾波；補(bǔ)償；有源濾波器
0引言

隨著煙草行業(yè)的飛速發(fā)展,設(shè)備技術(shù)改造接踵而來，業(yè)內(nèi)已開始把節(jié)能減排作為重點(diǎn)工作全面啟動并實(shí)施。在新完成的技術(shù)改造項目中，控制設(shè)備采用了大量的變頻器設(shè)備。但變頻器設(shè)備的非線性負(fù)載屬性會給生產(chǎn)配電電網(wǎng)系統(tǒng)中注入大量的諧波電流。諧波電流在電網(wǎng)陽抗上產(chǎn)生的壓降，會使電壓波形變成非正弦，造成生產(chǎn)用電環(huán)境惡化，出現(xiàn)變壓器溫度升高、電容補(bǔ)償器損壞,電纜發(fā)熱絕緣下降,自動化生產(chǎn)線通訊網(wǎng)絡(luò)嚴(yán)重受干擾，設(shè)備信息記錄和傳輸數(shù)據(jù)不完整，數(shù)據(jù)丟失等故障發(fā)生。有源濾波器作為在配電網(wǎng)終中抑制或消除高次諧波的設(shè)備，可以提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性及企業(yè)設(shè)備的供電質(zhì)量,減少因設(shè)備誤動作而造成的經(jīng)濟(jì)損失及諧波電流在輸配電線路上產(chǎn)生的熱損，從而降低用電設(shè)備發(fā)熱，提高設(shè)備的使用壽命并減少絕緣老化及設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，可減少諧波對系統(tǒng)信號傳輸?shù)挠绊懀黾酉到y(tǒng)可靠性和電網(wǎng)供電質(zhì)量，保證供電網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行。

1系統(tǒng)介紹

有源電力濾波器是一種可動態(tài)抑制諧波的新型電力電子裝置。其原理是用補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流抵消補(bǔ)償對象中檢測出的諧波電流，*終使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器可保護(hù)補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，并對頻率和幅值都變化的諧波進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償。有源電力濾波器具備高度可控性和響應(yīng)性，其補(bǔ)償性能優(yōu)于傳統(tǒng)方式，能夠克服無源濾波器的各種缺點(diǎn)，具有一機(jī)多能的特點(diǎn),既能補(bǔ)償各次諧波，亦能抑制閃變、補(bǔ)償無功。此外,還具有:

(1)自適應(yīng)能力強(qiáng)，可自動跟蹤補(bǔ)償頻率和幅值都在變化的諧波，對補(bǔ)償對象快速響應(yīng)，并實(shí)時動態(tài)補(bǔ)償。

(2)可同時對諧波和無功電流進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償程度連續(xù)可調(diào)。

(3)補(bǔ)償無功功率時不需要儲能元件，補(bǔ)償諧波電流時所需的儲能元件也不大。

(4)濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，不易與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振。

2系統(tǒng)工作原理

有源電力濾波器工作原理如圖1所示。

圖1有源濾波器工作原理

先檢測出補(bǔ)償對象的電流瞬時值，隨后通過指令電流運(yùn)算電路得出諧波補(bǔ)償電流的指令信號。該信號控制變流器產(chǎn)生的補(bǔ)償電流可抵消負(fù)載電流中的諧波成份及無功電流，*終獲得期望的電源電流。其補(bǔ)償諧波的等效電路圖如圖2所示

圖2補(bǔ)償諧波的等效電路圖

從圖2中可以得到電網(wǎng)側(cè)的諧波電流，可用下式描述:

I_sh=I_Lh-I_ch

只要控制有源電力濾波器的輸出電流I_ch使其滿足I_ch=l_Lh,即可使電網(wǎng)側(cè)的諧波電流I_sh=0。

3低壓配電系統(tǒng)的安裝與應(yīng)用

本系統(tǒng)選擇廠區(qū)內(nèi)制絲設(shè)備、空調(diào)機(jī)組、空壓機(jī)及除塵設(shè)備等3個不同變頻負(fù)載用的變壓器作為試驗(yàn)測試對象，在安裝有源濾波器前后，分別進(jìn)行滿載測試，并詳細(xì)記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，具體結(jié)果所述如下:

3#2000KVA變壓器負(fù)載主要是制絲車間動力設(shè)備，由于制絲設(shè)備大量使用變頻器,變頻器作為典型的非線性負(fù)載，在工作過程中同時也作為諧波源,發(fā)出了大量的諧波電流，導(dǎo)致變壓器副邊側(cè)電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變。3#變壓器正常運(yùn)行負(fù)荷電流在1270A左右，在設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下測試出5次諧波電流56A,7次諧波電流37A，11次諧波電流30A，電流畸變率達(dá)到6.5%，總諧波電流達(dá)到1270X6.5%=82.55A。從測試圖上看電流波形已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重畸變，電能質(zhì)量受到了非常嚴(yán)重的影響,在變壓器副邊側(cè)并聯(lián)接入一臺150A有源濾波器對諧波進(jìn)行集中治理。

4#變壓器負(fù)載主要是動力車間21組空調(diào)機(jī)組，每組空調(diào)機(jī)組有2-3臺75kW變頻器變賴器作為典型的非線性負(fù)載，在工作過程中同時也作為諧波源,發(fā)出了大量的諧波電流,導(dǎo)致變壓器副邊側(cè)電流波形發(fā)生嚴(yán)重畸變。4#變正常運(yùn)行負(fù)荷電流在880A左右，在設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下測試,5次諧波電流高達(dá)185A,7次諧波達(dá)到71A，11次諧波達(dá)到37A，13次諧波達(dá)到18A、19次諧波達(dá)到14A23次諧波達(dá)到24A，電流畸變率達(dá)到23.7%，總諧波電流達(dá)到880X23.7%=208.56A。從測試圖上看電流波形已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重畸變,電能質(zhì)量受到了非常嚴(yán)重的影響，在變壓器副邊側(cè)并聯(lián)接入兩臺150A有源濾波裝置對諧波進(jìn)行集中治理。

6#變壓器負(fù)載主要是動力車間的4臺空壓機(jī)、2臺真空泵及除塵系統(tǒng)，這些設(shè)備使用了大功率變頻器。變頻器作為典型的非線性負(fù)載，在工作過程中同時也是諧波源，發(fā)出了大量的諧波電流，導(dǎo)致變壓器副邊側(cè)電流波形發(fā)生嚴(yán)重奇變。6#變運(yùn)行負(fù)荷電流在1800A左右，在設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)下測試,5次諧波達(dá)到223A、7次諧波達(dá)到73A、11次諧波達(dá)到49、13次諧波達(dá)到22A、17次諧波達(dá)到23A，電流畸變率達(dá)到13.5%，總諧波電流達(dá)到1800X13.5%=243A從測試圖上看電流波形已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重踏變，電能質(zhì)量受到了非常嚴(yán)重的影響,在變壓器副邊制并聯(lián)接入2臺150A有源濾波裝置對諧波進(jìn)行集中治理。

詳見對3#2000kVA變壓器低壓線制補(bǔ)償前與補(bǔ)償后測試數(shù)據(jù)的對比圖，見圖3。

圖13#2000KVA變壓器低壓出線側(cè)補(bǔ)償前

的諧波電流、諧波電壓及波形圖

圖33#2000KVA變壓器低壓出線側(cè)補(bǔ)償后的

諧波電流、諧波電壓及波形圖

4數(shù)據(jù)分析

(1)3#2000kVA變壓器補(bǔ)償前的電流畸變率(THDI)平均為6.5%,補(bǔ)償以后降為2.2%,電壓畸變率(THDU)為2.4%,補(bǔ)償后降為1.6%，電流波形補(bǔ)償前后有明顯變化，波形正弦化。諧波電流補(bǔ)償率為87.26%，總補(bǔ)償效果超出75%。補(bǔ)償后總電流有明顯下降，補(bǔ)償效果比較理想。

(2)4#2000kVA變壓器補(bǔ)償前的電流畸變率(THDI)平均為23.7%,補(bǔ)償以后降為6.4%電壓畸變率(THDU)為4.9%,補(bǔ)償后降為3.0%,電流波形補(bǔ)償前后有明顯變化,波形接近正弦。諧波電流補(bǔ)償率為84.92%，總補(bǔ)償效果超出75%。補(bǔ)償后總電流有明顯下降，總的補(bǔ)償效果比較理想。

(3)6#2000kVA變壓器補(bǔ)償前的電流畸變率(THDI)平均為13.5%,補(bǔ)償以后降為2.9%，電壓畸變率(THDU)為3.3%,補(bǔ)償后降為1.7%,電流波形補(bǔ)償前后有明顯變化，波形接近正弦。諧波電流補(bǔ)償率為87.71%,總補(bǔ)償效果超出75%。補(bǔ)償后總電流有明顯下降，總的補(bǔ)償效果比較理想。

(4)系統(tǒng)諧波得到了有效的降低，波形全部均可得到明顯改善。在設(shè)備容量之內(nèi)補(bǔ)償率大于75%;當(dāng)超出設(shè)備補(bǔ)償容量時，設(shè)備按*大輸出能力補(bǔ)償。變壓器電流畸變率降低到了6.5%以下，電能質(zhì)量會得到有效的提高。

(5)電能消耗得到有效的節(jié)約和控制，經(jīng)過諧波治理，電能消耗可以得到節(jié)約和控制，設(shè)備運(yùn)行總電流得到下降,節(jié)約能耗在10%以上。

5安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

5.1產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時間短，全數(shù)字控制算法，運(yùn)行穩(wěn)定；

(2)一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功，可對2～51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；

(3)具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能；

(4)模塊化設(shè)計，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

(7)多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級；

5.2型號說明

5.3尺寸說明

5.4產(chǎn)品實(shí)物展示

ANAPF有源濾波器

6安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

6.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)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(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找適宜投入（切除）點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

6.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

6.3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

安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案

7結(jié)束語

經(jīng)過諧波治理后，電能質(zhì)量得到提高，用電環(huán)境得到明顯改善，諧波電流在輸配電線路及設(shè)備上產(chǎn)生的熱損失減少,絕緣老化程度降低，設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用減少，設(shè)備的使用壽命延長，生產(chǎn)效率得到提高。同時抑制了諧波對信息化管理底層自控網(wǎng)絡(luò)的干擾，增加了信息化管理系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性運(yùn)行,綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著，對企業(yè)高效快速發(fā)展有著非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]王勝鑫,孫先利,李金.基于有源濾波器在煙草行業(yè)低壓配電系統(tǒng)中應(yīng)用的分析[J].智能建筑電氣技術(shù),2012

[2]國家技術(shù)監(jiān)督局。GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波[S].1993

[3]呂潤馀.電力系統(tǒng)高次諧波[M].北京:中國電力出版社,1998.

[4]陳偉華.電磁兼容實(shí)用手冊[m.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.

[5]王兆安.諾波抑制和無功功率補(bǔ)償[m]北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[6]劉慶偉，劉向東.諧波的危害與治理D機(jī)械制造與自動化,2011(6).

[7]姜志寧.淺析電力諾波的危害及治理D通信電源技術(shù),2009(1).[7]楊建芳.1.5T中頻爐諧波檢測與無功補(bǔ)償技術(shù)研究[.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010(1).

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介

任運(yùn)業(yè)，男,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。