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,，給用電管理部門或電力用戶帶來(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)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，避免供電部門罰款或中斷供電;

　　● 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，*主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高,、運(yùn)行更穩(wěn)定;

　　● 一機(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門設(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、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：考慮到一定的裕量,，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)果是一樣的;

　　考慮到一定的裕量，選擇100A的ANAPF有源電力濾波器,。

　　3.3 治理方式分類與說(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,，一般有集中治理、局部治理和就地治理三種技術(shù)方案,。

　　(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(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,、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：

　　常熟智慧城市是一個(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和一些非線性直流電源產(chǎn)生,，供電系統(tǒng)由2臺(tái)800kVA變壓器及其一臺(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,，消除了諧波對(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和一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)zui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,，致使一些精度高的生產(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)量得到明顯改善，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機(jī),、行車和一些辦公設(shè)備，門機(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,，一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)量得到明顯改善，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,，由于變頻器高效的節(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改善,，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,。

　　類似行業(yè)案例：陜西榆林*人民醫(yī)院、上海第二康復(fù)醫(yī)院,、滁州市第二人民醫(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,。