1、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50Hz的正弦波,，但是非線性電力設(shè)備 （大功率可控硅、變頻器,、UPS,、開(kāi)關(guān)電源、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,。對(duì)非正弦的畸變電流作傅立葉級(jí)數(shù)分解,，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,。諧波是電能質(zhì)量的重要指標(biāo),。
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,、輸電及用電設(shè)備的效率,。大量三次諧波流過(guò)中線會(huì)使線路過(guò)熱，甚至引起火災(zāi),。
●  諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作,，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲等；使變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱,；使電容器,、電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕緣老化,、壽命縮短,，以致?lián)p壞。
●  引起電網(wǎng)諧振,，使得諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍,，會(huì)對(duì)系統(tǒng)，特別是對(duì)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,。
●  諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器與自動(dòng)裝置誤動(dòng)作,，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失,。諧波還會(huì)使電氣測(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差,，給用電管理部門(mén)或電力用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失,。
●  臨近的諧波源或較高次諧波會(huì)對(duì)通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲,、降低通信質(zhì)量,、計(jì)算機(jī)無(wú)法正常工作，重則導(dǎo)致信息丟失,，使工控系統(tǒng)崩潰,。
1.3 有源電力濾波器產(chǎn)品效益
●  使諧波指標(biāo)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，避免供電部門(mén)罰款或中斷供電,；
●  降低變壓器損耗,；
●  減少諧波污染，降低諧波對(duì)自動(dòng)控制裝置,、電能計(jì)量裝置,、繼電保護(hù)裝置的干擾,，保證供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；
●  避免諧波過(guò)電壓和諧波過(guò)電流對(duì)電氣設(shè)備的危害,，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,；
●  節(jié)能降耗，提高功率因數(shù),，節(jié)約電費(fèi),，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(dòng)和閃變》
    GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)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(wú)功功率補(bǔ)償裝置》
 
2,、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,，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過(guò)CT采集系統(tǒng)諧波電流,，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量,，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)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,，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流,。

 
   
 
      圖2-1  ANAPF有源電力濾波器原理圖
 

2.2 產(chǎn)品特點(diǎn)
●  DSP+FPGA全數(shù)字控制方式,，具有極快的響應(yīng)時(shí)間，的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高,、運(yùn)行更穩(wěn)定；
●  機(jī)多能,，既可補(bǔ)諧波,，又可兼補(bǔ)無(wú)功，可對(duì)2～31次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償,；
●  具有完善的橋臂過(guò)流保護(hù),、直流過(guò)壓保護(hù)、裝置過(guò)溫保護(hù)功能,；
●  模塊化設(shè)計(jì),，體積小，安裝便利,，方便擴(kuò)容,；
●  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),；
●  輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對(duì)電力系統(tǒng)的影響,；
●  多機(jī)并聯(lián),，達(dá)到較高的電流輸出等級(jí),；
●  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(hào)及說(shuō)明

 
3,、產(chǎn)品應(yīng)用
3.1 容量計(jì)算方法
諧波是由非線性設(shè)備產(chǎn)生的,，而每種設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)都不同。因此實(shí)際諧波電流需采用專(zhuān)門(mén)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量,，考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性,，設(shè)計(jì)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(cè)量與計(jì)算比較復(fù)雜,，況且在設(shè)計(jì)時(shí)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),，可以根據(jù)下列公式估算諧波電流進(jìn)行選型。
3.1.1 根據(jù)負(fù)載額定電流和行業(yè)類(lèi)型選型
 

3.1.2  根據(jù)變壓器容量和行業(yè)類(lèi)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（般在0.6~0.8）,；
    步驟2：根據(jù)變壓器負(fù)載率確定表2,、表3或表4；
    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(shí)使用）,；
    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；
    步驟5：考慮到定的裕量,，選擇相應(yīng)容量的ANAPF有源電力濾波器,。
注：表1～表4參見(jiàn)附錄1。
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,，主要負(fù)載為節(jié)能燈、變頻空調(diào)和電梯等,，屬于辦公樓宇,。
    變壓器容量為250KVA；
    變壓器負(fù)載率為0.8,；
    負(fù)載類(lèi)型屬于辦公樓宇,，根據(jù)表1估算THDi為30%；
    查表4可得估算諧波電流值為83A,；
    如果根據(jù)公式（2）計(jì)算,，結(jié)果是樣的；
 
   
 
    考慮到定的裕量,，選擇100A的ANAPF有源電力濾波器,。
3.3 治理方式分類(lèi)與說(shuō)明
    電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)針對(duì)不同的場(chǎng)合可選擇不同的治理方案，般有集中治理,、局部治理和就地治理三種技術(shù)方案,。
    （）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(wú)功補(bǔ)償，同時(shí)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,。
    集中治理適用于單臺(tái)設(shè)備諧波含量小,，但數(shù)量龐大、布局分散的場(chǎng)合,，比如辦公大樓(個(gè)人電腦,、節(jié)能燈、變頻空調(diào),、電梯等),，雖然單臺(tái)設(shè)備的電流小，諧波含量低,，但整棟大樓的總電流大,，總諧波電流也大。
    （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(wú)功補(bǔ)償,，同時(shí)在局部諧波源前端設(shè)置有源電力濾波器,，采用局部治理的方式抑制諧波。
    局部治理適用于諧波源集中在某條或幾條饋出支路的配電系統(tǒng),，比如醫(yī)院的精密儀器,、UPS電源等，雖然單臺(tái)設(shè)備的電流小,，諧波含量低,，但為防止其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波對(duì)其干擾，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(wú)功補(bǔ)償,，同時(shí)在主要諧波源的前端設(shè)置有源電力濾波器,，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(tái)設(shè)備諧波含量較大的配電系統(tǒng)，比如大型商業(yè)區(qū)的景觀照明,、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，單臺(tái)設(shè)備電流大,、諧波含量高,、諧波電流大，為防止諧波電流影響其他用電設(shè)備,，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(xiàng)目背景：
    常熟智慧城市是個(gè)市民卡信息中心，其中包括大型數(shù)據(jù)機(jī)房,，對(duì)電能質(zhì)量要求非常高,；為了提高供電可靠度，采用大量的UPS作為設(shè)備電源,，機(jī)房?jī)?nèi)還包含空調(diào)設(shè)備,、照明設(shè)備等,。此類(lèi)電力電子設(shè)備皆屬于非線性負(fù)載，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波并注入系統(tǒng)中,，主要以5次,、7次為主；如果不進(jìn)行諧波治理,，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染,，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(cuò)誤,，甚至癱瘓,、中斷，降低了配電系統(tǒng)的安全性,、可靠性,。
▲ 治理方案：
    根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和些非線性直流電源產(chǎn)生,，供電系統(tǒng)由2臺(tái)800kVA變壓器及其臺(tái)800kW發(fā)電機(jī)組成,，采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝300A有源電力濾波器,，由兩臺(tái)150A并機(jī)實(shí)現(xiàn),，型號(hào)為ANAPF150-380/BGL，來(lái)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流,，保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行,。
▲ 治理效果：

  
圖4-1治理之前A、B,、C,、N相電流波形和電流頻譜
 

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

圖4-2 安裝現(xiàn)場(chǎng)

4.2  ANAPF在辦公樓宇的應(yīng)用
▲ 項(xiàng)目背景：
    珠海橫琴口岸項(xiàng)目是臨時(shí)邊檢大樓的新建項(xiàng)目，為邊檢部門(mén)電氣設(shè)備提供可靠電力支持，對(duì)電能質(zhì)量要求較高,；用電設(shè)備主要是大功率UPS,、LED顯示屏、空調(diào),、照明和報(bào)檢大廳動(dòng)力設(shè)備等,，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，其諧波主要包括3,、5,、7、9次,；不進(jìn)行合理治理,，將對(duì)其他電氣設(shè)備產(chǎn)生危害，如：大量的3次諧波造成中線過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi),；大量諧波造成變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱,；繼電保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作等。
▲ 治理方案：
    根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算,，諧波主要由UPS和些非線性直流電源產(chǎn)生,，該項(xiàng)目有1#、2#兩個(gè)配電站,，1#配電站有2臺(tái)800kVA的變壓器,，2#配電站有2臺(tái)1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案,，在每臺(tái)變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器,，由于安裝空間有限，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(hào)均為ANAPF75-380/BBL,，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺(tái)型號(hào)為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機(jī)使用，保障了整個(gè)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,，三相電流畸變率分別為10.8%,、11.1%,、12.5%；在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波,，各次諧波得到有效抑制,，電流畸變率明顯降低，三相電流畸變率降至4.0%,、4.1%,、4.4%。
▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：

 
4.3  ANAPF在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用
▲ 項(xiàng)目背景：
    合肥日立建機(jī)是日立建機(jī)集團(tuán)在中國(guó)大的生產(chǎn)基地，其主要負(fù)載是變頻器,、電焊機(jī)和中頻爐等,，這類(lèi)負(fù)載屬于中污染設(shè)備，使用時(shí)電流變化很快,，無(wú)功需求大,，傳統(tǒng)無(wú)功柜跟不上負(fù)載變化速度，導(dǎo)致功率因數(shù)很低,，造成無(wú)功罰款,；同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量諧波流入電網(wǎng)中，諧波電流在線路上流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓降,，使得電壓也畸變嚴(yán)重,，致使些精度高的生產(chǎn)設(shè)備不能正常運(yùn)行，影響公司的生產(chǎn),，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降,，給客戶(hù)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。
▲ 治理方案：

    該項(xiàng)目共有6臺(tái)變壓器,，均采用集中治理方案,，在變壓器的出線側(cè)加裝ANAPF系列有源電力濾波器，型號(hào)為：ANPF200-380/BGL,，既可補(bǔ)償諧波又可補(bǔ)償部分動(dòng)態(tài)無(wú)功,。同時(shí)，建議在變頻器的進(jìn)線端加裝輸入電抗器,，用來(lái)濾除部分變頻器諧波,，以達(dá)到更好的治理效果。
▲ 治理效果：

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

4.4  ANAPF在港口碼頭的應(yīng)用
▲ 項(xiàng)目背景：
    江陰港港口的主要諧波源是門(mén)機(jī)、行車(chē)和些辦公設(shè)備,，門(mén)機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要大量無(wú)功,，且電流沖擊大，波動(dòng)很快,，產(chǎn)生大量的諧波電流,，功率因數(shù)很低，造成無(wú)功罰款,；傳統(tǒng)的純?nèi)轃o(wú)功補(bǔ)償裝置已經(jīng)不能解決這些電能質(zhì)量問(wèn)題,，不及時(shí)治理，甚至?xí)?duì)無(wú)功柜產(chǎn)生危害,，使得電容壽命降低,，更換頻繁。
▲ 治理方案：
    因現(xiàn)場(chǎng)非線性負(fù)載（經(jīng)檢測(cè),，主要為起重機(jī)回路）多,，且具有地域分散，沖擊電流大的特點(diǎn),，易采用集中治理方式,，在每個(gè)變電站進(jìn)行諧波治理。采用無(wú)功功率補(bǔ)償和諧波治理綜合方案可兼顧無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理功能,，該方案利用現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償控制柜,，減少用戶(hù)改造投入成本，將ANAPF系列有源電力濾波裝置并聯(lián)到配電系統(tǒng)中,，方面可有效抑制諧波放大,，保護(hù)電容器，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(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng),。
▲ 治理效果：

    由圖4-7和圖4-8可以看出，治理前,，電流波形失真十分嚴(yán)重,，呈現(xiàn)典型的M型，三相電流畸變率分別為18.3%,、25.1%,、32.5%，主要以5次,、7次諧波為主,；加裝ANAPF系列有源電力濾波器后，電流波形已經(jīng)趨向正弦波,，三相電流畸變率分別為2.6%,、2.6%、2.6%,，主要頻次諧波得到有效抑制,，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(chǎng)：

4.5  ANAPF在商業(yè)中心的應(yīng)用
 ▲ 項(xiàng)目背景：
    無(wú)錫恒隆廣場(chǎng)屬于大型商業(yè)建筑,，主要負(fù)載是中央空調(diào)、電梯和照明設(shè)備等,，由于變頻器的節(jié)能性,，使用大量變頻器驅(qū)動(dòng)這些設(shè)備，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量3次,、5次,、7次等諧波電流。諧波電流在線路上流動(dòng)產(chǎn)生壓降,，使得電壓也跟著畸變,，電壓畸變率超過(guò)國(guó)標(biāo)限值，供電質(zhì)量相當(dāng)糟糕,，影響其他用電設(shè)備的正常使用,，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)燈具閃爍的現(xiàn)象。
▲ 治理方案：
    無(wú)錫恒隆廣場(chǎng)該配電系統(tǒng)中共有2臺(tái)2000KVA的變壓器,，均采用集中治理方案,，在變壓器的出線側(cè)加裝400A的ANAPF系列有源電力濾波器，使用2臺(tái)200A并機(jī)實(shí)現(xiàn),，型號(hào)為：ANPF200-380/BGL,。
▲ 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，治理前電流波形發(fā)生畸變,，出現(xiàn)多出鋸齒狀,；治理后電流波形明顯得到，趨向標(biāo)準(zhǔn)正弦波,，電能質(zhì)量達(dá)到很大提高,，給用電帶來(lái)保障。
▲ 現(xiàn)場(chǎng)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,、變頻器及軟啟動(dòng)裝置,，均會(huì)產(chǎn)生大量諧波，使得電力系統(tǒng)正弦波畸變,，電能質(zhì)量降低,。諧波進(jìn)行綜合治理，給交通安全,、順暢帶來(lái)保障,。
    類(lèi)似行業(yè)案例：、山東日照機(jī)場(chǎng),、南海三沙市機(jī)場(chǎng),、吉林站西廣場(chǎng)交通樞紐等。

 
   
    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(huì)產(chǎn)生大量諧波,，大量醫(yī)療設(shè)備對(duì)供電電源的諧波質(zhì)量要求非常高，如果不進(jìn)行治理,，很可能造成檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差大,，設(shè)備之間干擾不能正常工作，造成嚴(yán)重的醫(yī)療事故,。諧波治理后,，降低了用電隱患。
    類(lèi)似行業(yè)案例：陜西榆林*人民醫(yī)院,、上?？祻?fù)醫(yī)院、滁州市人民醫(yī)院,、安徽六安第六人民醫(yī)院等,。

 
    冶金

    冶金行業(yè)中大量使用了電弧爐、加熱爐,、軋機(jī)等,，這些負(fù)載不僅容量大，而且大部分為感性負(fù)荷,，在不使用無(wú)功補(bǔ)償裝置的情況下,，功率因數(shù)極低，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,。
    類(lèi)似行業(yè)案例：江蘇省鑌鑫特鋼材材料有限公司、宇東能源化工基地等,。

 
    體育館,、演播廳

    體育館、演播中心這類(lèi)場(chǎng)所,，主要就是大量舞臺(tái)燈光,、LED屏幕,、高桿燈等設(shè)備產(chǎn)生諧波。使得電能質(zhì)量變差,，及時(shí)進(jìn)行諧波治理可保障設(shè)備本身的使用效果,，給用電帶來(lái)保障,。
    類(lèi)似行業(yè)案例：蘇州澹臺(tái)湖會(huì)議中心,、廣州文化宮、武漢市教育電視臺(tái)演播廳,、岳陽(yáng)市奧體中心及游泳館等,。

公司名稱(chēng)：江蘇安科瑞電器制造有限公司

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