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重。根據(jù)電力工業(yè)電能質(zhì)量方面的標準及管理規(guī)定，各地供電部門出臺了相應(yīng)的諧波限制準則及措施，并對諧波污染嚴重的企事業(yè)單位進行考核和治理。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€性負載并聯(lián)，在為諧波提供低阻通路的同時，也為負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)造成嚴重干擾。同時，由于該非線性負載為感性的，使自身配電系統(tǒng)的功率因數(shù)惡化，10kV進線側(cè)11次和13次諧波電流超出國家標準要求，進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)，通過實時檢測負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)與負載諧波疊加，達到與電網(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：

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準的范圍內(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一步提高可作為今后研究的方向。

【參考文獻】

［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］ 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版