安科瑞 王志彬

1、概述

1.1 谐波的产生

    电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波，但是非线性电力设备 （大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等）的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流，谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量为基波，频率是基波频率整数倍的分量为谐波。谐波是电能质量的重要指标。

1.2 谐波的危害

●  谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。

●  谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等；使变压器局部严重过热；使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。

●  引起电网谐振，使得谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。

●  谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失。谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。

●  临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声、降低通信质量、计算机无-常工作，重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。

1.3 有源电力滤波器产品效益

●  使谐波指标满足国家标准，避免供电部门罚款或中断供电；

●  降低变压器损耗；

●  减少谐波污染，降低谐波对自动控制装置、电能计量装置、继电保护装置的干扰，保证供配电系统安全稳定运行；

●  避免谐波过电压和谐波过电流对电气设备的危害，延长设备使用寿命；

●  节能降耗，提高功率因数，节约电费，避免罚款。

1.4 执行标准

    GB/T14549-1993 《电能质量：公用电网谐波》

    GB/T15543-2008 《电能质量：三相电压不平衡度》

    GB/T12325-2008 《电能质量：供电电压偏差》

    GB/T12326-2008 《电能质量：电压波动和闪变》

    GB/T18481-2001 《电能质量：暂时过电压和瞬态过电压》

    GB/T15945-2008 《电能质量：电力系统频率偏差》

    GB17625.1-2012 《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值》

    GB/T15576-2008 《低压成套无功功率补偿装置》

 

2、产品介绍

2.1 工作原理

    ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

 

   

      图2-1  ANAPF有源电力滤波器原理图

 

2.2 产品特点

●  DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间，先进的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；

●  一机多能，既可补谐波，又可兼补无功，可对2～31次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿；

●  具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；

●  模块化设计，体积小，安装便利，方便扩容；

●  采用7英寸大屏幕彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用方便，易于操作和维护；

●  输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；

●  多机并联，达到较高的电流输出等级；

●  拥有自主品牌技术。

2.3 主要技术参数

表2-1 ANAPF有源电力滤波器技术参数

  

2.4 产品型号及说明

 

3、产品应用

3.1 容量计算方法

谐波是由非线性设备产生的，而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用专门设备进行测量，考虑到设备的技术及经济性，设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂，况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据，可以根据下列公式估算谐波电流进行选型。

3.1.1 根据负载额定电流和行业类型选型

 

3.1.2  根据变压器容量和行业类型选型

 

3.1.3  根据快速选型表查表选型

    查表步骤：

    步骤1：确定变压器容量和变压器负载率（一般在0.6~0.8）；

    步骤2：根据变压器负载率确定表2、表3或表4；

    步骤3：确定电流总谐波畸变率（THDi）（表1中THDi值为参考值，仅在估算谐波电流时使用）；

    步骤4：根据变压器容量及THDi参考值确定相应的谐波电流值；

    步骤5：考虑到一定的裕量，选择相应容量的ANAPF有源电力滤波器。

注：表1～表4参见附录1。

3.2 选型示例

    上海某工厂办公大楼变压器容量为250KVA，变压器负载率为0.8，主要负载为节能灯、变频空调和电梯等，属于办公楼宇。

    变压器容量为250KVA；

    变压器负载率为0.8；

    负载类型属于办公楼宇，根据表1估算THDi为30%；

    查表4可得估算谐波电流值为83A；

    如果根据公式（2）计算，结果是一样的；

   

    考虑到一定的裕量，选择100A的ANAPF有源电力滤波器。

3.3 治理方式分类与说明

    电能质量监测与治理系统针对不同的场合可选择不同的治理方案，一般有集中治理、局部治理和就地治理三种技术方案。

    （一）集中治理

  

集中治理上图示例