安科瑞 師晴晴
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江陰 214405
摘要：本文介紹了并聯(lián)有源濾波裝置的工作原理和在廠礦企業(yè)配電網(wǎng)中應(yīng)用，就諧波治理中的無源及有源濾波技術(shù)進(jìn)行了對比，結(jié)合實踐證明并聯(lián)有源濾波裝置是治理諧波污染的有效設(shè)備，今后將具有廣闊的運用前景。
關(guān)鍵詞：諧波 有源濾波裝置 混合補償
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，但它也存在許多缺點。
有源電力濾波（active power filter，APF）裝置不僅可減小占地面積，而且可有效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)補償諧波的原理，應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件和計算機技術(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)**。
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)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。
原理如下圖：
1.3方案設(shè)計
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。
濾波器投運后系統(tǒng)圖
1.4治理前后諧波電流頻譜對比圖：
11次諧波補償前電流頻譜圖 11次諧波補償后電流頻譜
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，完全將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，消除了系統(tǒng)諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)影響的隱患，收到了良好效果，達(dá)到改善電網(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)
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接線方式 |
三相三線或三相四線 |
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接入電壓 |
3×380V ±10% |
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接入頻率 |
50Hz ±2% |
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動態(tài)補償響應(yīng)時間 |
動態(tài)響應(yīng)＜4ms，全響應(yīng)時間＜20ms； |
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開關(guān)頻率 |
10kHz |
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功能設(shè)置 |
只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功；手動、自動切換。 |
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諧波補償次數(shù) |
2-21次 |
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保護(hù)類型 |
直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護(hù) |
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過載保護(hù) |
自動限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載 |
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冷卻方式 |
智能風(fēng)冷 |
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噪音 |
＜ 65db(處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài)) |
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工作環(huán)境溫度 |
-10℃～+45℃ |
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工作環(huán)境濕度 |
＜85%RH 不凝結(jié) |
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安裝場合 |
室內(nèi)安裝 |
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海拔高度 |
≤1000m（更高海拔需降容使用） |
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進(jìn)出線方式 |
下進(jìn)下出 |
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防護(hù)等級 |
IP21 |
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智能通信接口 |
RS485/MODBUS-RTU |
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遠(yuǎn)程監(jiān)控 |
可選 |
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外形尺寸(mm) (W×D×H) |
30A |
50A |
75A |
100A |
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600×500×1500 |
600×500×1500 |
600×500×1800 |
800×600×2200 |
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重量(kg) |
三相四線 |
三相三線 |
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30A、50A |
75A、100A |
30A、50A |
75A、100A |
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280 |
360 |
240 |
290 |
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說明： 1、可以通過實測???據(jù)確定補償電流，或通過電力系統(tǒng)詳細(xì)信息（單線圖、變壓器、負(fù)荷情況等）計算出補償電流； 2、三線系統(tǒng)需配置2個或3個CT（用于A相和C相），四線系統(tǒng)需要配置3個CT（用于A相、B相和C相）。 |
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2.2 ANAPF有源濾波器報價及元件清單
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型號：ANAPF100-400/B |
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參考價格：12萬元/臺 |
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主要產(chǎn)品明細(xì)： |
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序號 |
名 稱 |
型 號 |
數(shù)量 |
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1 |
APF電氣柜 |
800X600X2200 |
1 |
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2 |
變流器 |
APFCOV-CVT100 |
1 |
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3 |
APFMC-C100 |
1 |
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4 |
電抗器 |
APF-RE.(S)DG-100 |
1 |
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5 |
有源電流互感器 |
LT208-S7 |
3 |
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6 |
濾波器 |
DL-1TH1 |
2 |
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7 |
斷路器 |
CVS160FTM160D4P3D |
1 |
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8 |
LC1D150M7C |
1 |
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9 |
微型斷路器 |
NDM1-63C32 |
1 |
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10 |
中間繼電器 |
MY4NAC |
2 |
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11 |
R型變壓器 |
R320-0.38/0.22 |
1 |
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12 |
諧波檢測儀 |
ACR350EGH |
1 |
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13 |
電線 |
16mm2 |
若干 |
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14 |
電線 |
4mm2 |
若干 |
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，濾除率極低。
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)置的濾波支路極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；無功補償可編程，即可補容性無功，也可補感性無功；帶載能力強，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；只能補容性無功；限于LC器件特性，長時間運行后，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)的新型濾波補償裝置。該裝置自身可同時補償系統(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、補償效果好。
2）該裝置自身各項保護(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，還可防止無功過補償?shù)取?/span>
3）在企業(yè)原有的電容器無功補償裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，設(shè)計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高效的補償裝置，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］ 江蘇安科瑞電器制造有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版
作者簡介：
師晴晴（1985－），女，漢族，本科，工程師，主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)
公安機關(guān)備案號：
