廠礦企業(yè)配電網(wǎng)低壓側(cè)并聯(lián)有源濾波裝置應(yīng)用及優(yōu)勢概述

引言：近年來，許多廠礦企業(yè)大量使用可控硅整流和換流設(shè)備、電弧爐、中頻爐等諧波干擾源負(fù)荷設(shè)備，這些設(shè)備在吸收大量無功功率、降低用戶的功率因數(shù)的同時，也使諧波問題日趨嚴(yán)重。根據(jù)電力工業(yè)電能質(zhì)量方面的標(biāo)準(zhǔn)及管理規(guī)定，各地供電部門出臺了相應(yīng)的諧波限制準(zhǔn)則及措施，并對諧波污染嚴(yán)重的企事業(yè)單位進(jìn)行考核和治理。因此，濾除諧波、提高功率因數(shù)、延長設(shè)備壽命是這類企業(yè)節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的當(dāng)務(wù)之急。

傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法是采用由電感和電容構(gòu)成的無源濾波裝置，該裝置與需補(bǔ)償?shù)姆蔷€性負(fù)載并聯(lián)，在為諧波提供低阻通路的同時，也為負(fù)載提供了所需的無功功率。雖然無源濾波裝置具有簡單、方便的優(yōu)點(diǎn)，但它也存在許多缺點(diǎn)。

有源電力濾波（active power filter，APF）裝置不僅可減小占地面積，而且可解決無源濾波裝置存在的問題。有源濾波與無源濾波存在著本質(zhì)區(qū)別，它是根據(jù)動態(tài)補(bǔ)償諧波的原理，應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)，快速跟蹤諧波產(chǎn)生的諧波大小和特性，由裝置發(fā)出相應(yīng)頻率的反向電流，從而達(dá)到同時濾除多種成分諧波的目的。它一般由電子電力變流器構(gòu)成，具有半導(dǎo)體功率變流器的高可控性和快速響應(yīng)性。

1 ANAPF低壓有源濾波器在工廠中的應(yīng)用案例

1.1項(xiàng)目簡介

秦皇島某電子有限公司配電系統(tǒng)中接有5套整流變壓器，主要給10個熔化中頻電爐供電。該類設(shè)備采用12脈波晶閘管整流方式，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的非正弦畸變和大量高次諧波，對自身配電系統(tǒng)和公共電網(wǎng)造成嚴(yán)重干擾。同時，由于該非線性負(fù)載為感性的，使自身配電系統(tǒng)的功率因數(shù)惡化，10kV進(jìn)線側(cè)11次和13次諧波電流超出國家標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而大大影響了配電系統(tǒng)和公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量。如果不進(jìn)行諧波治理，不僅對該公司自身配電系統(tǒng)造成危害，而且會危及公共電網(wǎng)安全。

1.2 ANAPF濾波裝置原理

ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實(shí)時檢測負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實(shí)時注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。

原理如下圖：

1.3方案設(shè)計(jì)

10kV高壓系統(tǒng)分4段和5段母線，每段母線的有源電力濾波器容量為450A，使用型號為ANAPF100-400/B的濾波器3臺并聯(lián)，通過0.4kV/10kV的諧波變壓器將諧波送至10kV側(cè)與負(fù)載諧波疊加，達(dá)到與電網(wǎng)諧波抵消的作用。

濾波器投運(yùn)后系統(tǒng)圖

1.4治理前后諧波電流頻譜對比圖：

1.5治理效果

在10kV母線4段和5段使用兩套有源電力濾波器裝置進(jìn)行治理后，系統(tǒng)諧波得到了很好的抑制，*將11次、13次諧波限制在國家標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，提升供電系統(tǒng)的供電可靠性，了系統(tǒng)諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)影響的隱患，收到了良好效果，達(dá)到電網(wǎng)電能質(zhì)量的目的。

2 ANAPF有源濾波器簡介

2.1技術(shù)參數(shù)

2.2 ANAPF有源濾波器報價及元件清單

3并聯(lián)型ANAPF應(yīng)用優(yōu)勢

1）濾除諧波

 ANAPF濾波范圍廣、濾波效率高，濾除率可達(dá)92%以上：無源濾波設(shè)備是利用補(bǔ)償容量，針對固定次諧波設(shè)置LC濾波支路，而對它次諧波濾除效果較差；針對該系統(tǒng)工況諧波成分非常復(fù)雜，而系統(tǒng)功率因數(shù)已較高?；ㄑa(bǔ)償容量太小，根本無法設(shè)置特定的LC濾波支路來保證各次濾除率達(dá)到要求。尤其是系統(tǒng)2次諧波含量較大，而根據(jù)LC濾波支路的原理，2次諧波阻抗和基波幾乎相同，濾除率低。

2）防止諧波放大，抑制諧振功能

ANAPF無儲能原件，不受系統(tǒng)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生變化是的影響，不會與系統(tǒng)發(fā)生諧振；無源濾波設(shè)備，設(shè)置高次濾波支路將會對低次諧波放大，而系統(tǒng)2~13次諧波含量均較大，設(shè)置的濾波支路易對其他次諧波造成放大；無法適用系統(tǒng)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)不一致或發(fā)生的變化，存在與系統(tǒng)發(fā)生諧振的風(fēng)險。

3）其他

ANAPF響應(yīng)時間小于10ms，延遲時間小于100us；無功補(bǔ)償可編程，即可補(bǔ)容性無功，也可補(bǔ)感性無功；帶載能力強(qiáng)，自動限流，不會發(fā)生過載，使用壽命高；體積小，易于安裝； 無源濾波設(shè)備動態(tài)響應(yīng)慢；只能補(bǔ)容性無功；限于LC器件特性，長時間運(yùn)行后，LC參數(shù)可能會發(fā)生變化；體積大，調(diào)試較復(fù)雜。

4結(jié)論

1）本文設(shè)計(jì)的模塊化并聯(lián)型有源濾波裝置是可用于低壓配電系統(tǒng)的新型濾波補(bǔ)償裝置。該裝置自身可同時補(bǔ)償系統(tǒng)的高次諧波和基波無功功率，具有高度的自適應(yīng)性，且濾波精度高、補(bǔ)償效果好。

2）該裝置自身各項(xiàng)保護(hù)功能完善，可抑制因系統(tǒng)參數(shù)改變而產(chǎn)生的并聯(lián)或串聯(lián)諧振，還可防止無功過補(bǔ)償?shù)取?/span>

3）在企業(yè)原有的電容器無功補(bǔ)償裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)的由電容和有源濾波裝置構(gòu)成的濾波與無功功率混合補(bǔ)償系統(tǒng)，節(jié)約了用戶投資成本，縮短了工期，為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了的補(bǔ)償裝置，具有良好的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。

4）有源濾波裝置模塊單體容量的擴(kuò)大及其電壓等級的進(jìn)一步提高可作為今后研究的方向。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ GB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

［2］ 羅世國.無源電力濾波器的補(bǔ)償特性及其存在的問題分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004,28（22）：40-43

［3］ 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版