王丹丹

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量的電力電子裝置廣泛的應(yīng)用于工業(yè)的冬個(gè)領(lǐng)域，給工業(yè)帶來(lái)了翻天覆地的變化,，但大量電力電子裝置的廣泛應(yīng)用,，同時(shí)也給電力系統(tǒng)這個(gè)環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的“污染",，其根本原因就是電力電子裝置是非線性負(fù)荷,，在系統(tǒng)中運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生諧波,，造成十分嚴(yán)重的危害。有源電力濾波器(ActivePowerFilter)是目前研究比較深入的一種裝置,，它是一種用于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，既可抑制諧波,，又可以補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置,，它能對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償，其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn),。

關(guān)鍵詞:有源電力濾波器APF;小區(qū)配電網(wǎng);諧波源

1導(dǎo)言

有源濾波器采用的是現(xiàn)代電力電子技術(shù),、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和先進(jìn)控制理論的電力技術(shù)，它有助于電網(wǎng)諧波的動(dòng)態(tài)性實(shí)時(shí)補(bǔ)償,，是目前解決諧波污染,、改善電能質(zhì)量*有效和*具潛力的途徑之一。一直以來(lái)諧波問題只在工業(yè)領(lǐng)域受到重視,，在小區(qū)配電網(wǎng)中很少受到關(guān)注,。有調(diào)查結(jié)果表明，小區(qū)配電網(wǎng)諧波污染程度已經(jīng)非常嚴(yán)重,，且有逐年加劇的形勢(shì),。因此，小區(qū)配電網(wǎng)的諧波治理勢(shì)在必行,。

2低壓配電網(wǎng)的主要諧波源

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)和民用建筑行業(yè)的快速發(fā)展,配電網(wǎng)中非線性負(fù)荷迅速增加,。各種非線性和時(shí)變性電子變流器如逆變器,、整流器和各種開關(guān)電源在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到越來(lái)越廣泛地應(yīng)用,其對(duì)電網(wǎng)的污染也日益嚴(yán)重,這些裝置從電網(wǎng)中消耗大量的無(wú)功功率,并產(chǎn)生大量的諧波分量注入電網(wǎng),導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓和電流波形嚴(yán)重變形,從而逐漸成為配電網(wǎng)中*主要的諧波源。而在低壓配電網(wǎng)中,民用和商業(yè)用電量所占的比例日益增大,各種辦公自動(dòng)化設(shè)備和家電的日益普及,雖然這些電器單個(gè)的功率并不大,向電網(wǎng)注入的諧波很小,但由于總體數(shù)量龐大且工作同時(shí)性強(qiáng),它們向電網(wǎng)注入的總諧波電流非常巨大,所以建筑用電逐漸成為低壓配電網(wǎng)的主要諧波污染源之一,。

3諧的治方案

3.1主動(dòng)型治理方案

常見的主動(dòng)型治理方案就是采用高功率因數(shù)變流器,。電力電子裝置是電力系統(tǒng)中*主要的諧波源,抑制諧波*直接的的途徑,就是開發(fā)新型變流器一一單位功率因數(shù)變流器(UnityPowerFactorConverter),這種變流器在工作過程中不產(chǎn)生諧波,且功率因數(shù)為1。高功率因數(shù)變流器可近似看成為單位功率因數(shù)變流器,。采用多重化技術(shù)可以有效地減少變流器諧波,其原理是:多個(gè)方波的疊加可以消除次數(shù)較低的諧波,從而得到近似正弦波的階梯波,重?cái)?shù)越多,所得波形越接近正弦波,但電路結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜,。如果將多重化技術(shù)與PWM技術(shù)相配合,可取得更加理想的結(jié)果。這種方案一般需要投入大量的資金,普通電力用戶難以接受,。因此這種方法大多應(yīng)用于大容量場(chǎng)合,。

3.2被動(dòng)型治理方案

1)傳統(tǒng)的諧波補(bǔ)償裝置就是采用由電感電容串并聯(lián)構(gòu)成的LC調(diào)諧濾波器,結(jié)構(gòu)如圖1所示.利用諧振原理對(duì)特定次數(shù)諧波電流形成低阻抗,達(dá)到對(duì)諧波電流的分離,使其不注入電網(wǎng)。這種方法既可抑制諧波,又可補(bǔ)償無(wú)功功率,而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,已經(jīng)被廣泛使用于電力系統(tǒng),。然而,這種諧波補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償性能受電網(wǎng)阻抗和運(yùn)行狀態(tài)影響,因其與系統(tǒng)的并聯(lián)連接方式,，容易發(fā)生并聯(lián)諧振,使諧波電流放大,導(dǎo)致LC濾波器過載甚至燒毀。此外,固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定這種濾波器只能對(duì)固定頻率的諧波進(jìn)行補(bǔ)償,且補(bǔ)償效果并不理想,。盡管如此,因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),LC濾波器目前仍是補(bǔ)償諧波*主要的方案。

圖1LC濾波器結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)今越來(lái)越流行的一種抑制諧波的被動(dòng)型方案,就是采用有源電力濾波器(ActivePowerFilterAPF),。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置,。其基本原理是從補(bǔ)償對(duì)象中檢測(cè)出諧波電流,由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等而極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng),與諧波源注入電網(wǎng)的諧波電流相抵消,從而使電網(wǎng)電流不含諧波分量、只含基波分量,。這種濾波器能對(duì)幅值和頻率都變化的諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償,且補(bǔ)償性能不受電網(wǎng)阻抗的影響,因而受到很大的重視,。

圖2有源電力濾波器原理圖

4小區(qū)網(wǎng)產(chǎn)及

4.1小區(qū)配電網(wǎng)諧波產(chǎn)生的原因

正弦電壓作用在非線性負(fù)載上產(chǎn)生的電流不是標(biāo)準(zhǔn)正弦電流，而是發(fā)生了畸變,。根據(jù)傅里葉級(jí)數(shù)理論,，可以將負(fù)載電流進(jìn)行傅里葉積分，分解出以基波頻率為基礎(chǔ)的各次諧波,，即電流中除了基波(50Hz)的電流以外,，還有2次(100Hz)、3次(150Hz)··...·各次諧波電流,。家庭中使用的電器設(shè)備多數(shù)都是非線性負(fù)載,，所以在使用過程中都會(huì)產(chǎn)生諧波。2,、小區(qū)配

4.2電網(wǎng)諧波的危害

1)引起零序諧波,，并造成三相不平衡，降低供電質(zhì)量:

2)使配電變壓器產(chǎn)生附加功率損耗,、發(fā)熱量增加,，誘發(fā)變壓器故障;

3)加速絕緣介質(zhì)老化，引起配電網(wǎng)短路故障，甚至造成人身傷害:

4)對(duì)斷路器,、熔斷器,、繼電器等設(shè)備產(chǎn)生干擾，造成其誤動(dòng),，降低供電可靠性:5)引發(fā)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備諧振,，導(dǎo)致無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備無(wú)法投切，功率因數(shù)無(wú)法提高:

6)使電氣計(jì)量和測(cè)量的誤差加大:

7)縮短電器設(shè)備的使用壽命:

4.3APF用于小區(qū)配電網(wǎng)

1)有源電力濾波器APF工作原理

APF由兩部分組成:諧波和無(wú)功電流檢測(cè)電路及補(bǔ)償電流發(fā)生電路(由補(bǔ)償電流控制電路,、驅(qū)動(dòng)隔離電路和主電路三個(gè)部分構(gòu)成),。前者的作用是檢測(cè)出負(fù)載電流中的諧波和無(wú)功分量;后者的作用是根據(jù)檢測(cè)出來(lái)的諧波和無(wú)功電流等產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流。

有源電力濾波器APF工作原理APF由兩部分組成:諧波和無(wú)功電流檢測(cè)電路及補(bǔ)償電流發(fā)生電路(由補(bǔ)償電流控制電路,、驅(qū)動(dòng)隔離電路和主電路三個(gè)部分構(gòu)成),。前者的作用是檢測(cè)出負(fù)載電流中的諧波和無(wú)功分量;后者的作用是根據(jù)檢測(cè)出來(lái)的諧波和無(wú)功電流等產(chǎn)生相應(yīng)的補(bǔ)償電流。諧波無(wú)功電流檢測(cè)電路將負(fù)載電流iL中的諧波電流iLh和無(wú)功電流iLg分離出來(lái),，然后把它們反相并產(chǎn)生出補(bǔ)償電流iC的調(diào)制波信號(hào)iC*,，也就是指令信號(hào)iC*=iLh+iLq。補(bǔ)償電流控制電路根據(jù)iC*的值輸出觸發(fā)脈沖,，通過驅(qū)動(dòng)隔離電路驅(qū)動(dòng)主電路的功率開關(guān),，使其創(chuàng)建出補(bǔ)償電流iC，iC要跟蹤iC*,，故iC~-iC*,，因此:iS=iL+iC=iL-iC*=iL-(iLh+ilLq)=iLp，即電源電流iS中只含有基波有功分iLp量,，從而達(dá)到消除諧波和補(bǔ)償無(wú)功功率的目的,。根據(jù)此原理，對(duì)于三相APF,，還能對(duì)電流的不對(duì)稱度和負(fù)序電流等進(jìn)行補(bǔ)償

2)有源電力濾波器APF實(shí)際應(yīng)用效果

圖3為某小區(qū)配電室加裝有源電力濾波器前后電壓,、電流波形對(duì)比。在安裝APF裝置前,，電流中3、5,、7次諧波含量較大,，APF投入使用后，電流中3,、5,、7次諧波含量幾乎全部被濾除，同時(shí),，電壓波形得到改善,，提高了供電質(zhì)量。

圖3某小區(qū)使用APF前后電壓、電流波形對(duì)比

5有源電力濾波器APF的使用成效

1)諧波得到有效消除,，提高供電電能質(zhì)量:

2)減少3,、5、7次諧波流入上級(jí)電網(wǎng),，避免造成諧波污染的進(jìn)一步危害:3)減少諧波造成的停電事故,，保障安全、優(yōu)質(zhì),、穩(wěn)定供電;

4)少諧波對(duì)配電設(shè)備的損害,，降低維護(hù)工作量和維護(hù)檢修費(fèi)用:

5)諧波無(wú)功功率得到補(bǔ)償，同時(shí)保障基波無(wú)功功率補(bǔ)償,，提高供電能力,。

6安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

6.1產(chǎn)品特點(diǎn)

（1）DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時(shí)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(wú)功，可對(duì)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(jì),，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(duì)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(jí)；

（8）擁有自主技術(shù),。

6.2型號(hào)說(shuō)明

6.3尺寸說(shuō)明

6.4產(chǎn)品實(shí)物展示

ANAPF有源濾波器

7安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

7.1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(wú)功補(bǔ)償設(shè)備,。它由智能測(cè)控單元,，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元,，兩臺(tái)共補(bǔ)或一臺(tái)分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成,。可替代常規(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(dòng)無(wú)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(zhǎng)，可靠性高的特點(diǎn),，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對(duì)無(wú)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(wú)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(dòng)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。

7.2型號(hào)說(shuō)明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

7.3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(wú)功補(bǔ)償裝置智能電容方案

8結(jié)論

通過在小區(qū)低壓補(bǔ)償柜和無(wú)功補(bǔ)償箱上加裝APF裝置,，解決了小區(qū)無(wú)功補(bǔ)償裝置因諧波超標(biāo)投不上的問題,，又防止了高頻裝置因產(chǎn)生高幅值諧波電流引起的開關(guān)誤動(dòng)。因此,，綜合其自身特點(diǎn)可以推而廣之，可應(yīng)用于配網(wǎng)低壓諧波超標(biāo),、功率因數(shù)偏低以及沒裝消諧裝置的高頻裝置上,，以限制或消除諧波、提高功率因數(shù)，很大的改善電能質(zhì)量,。