有源電力濾波器在小區配電係統中的應用與選型

摘要:隨著科學技術的發展，大量的電力電子裝置廣泛的應用於(yu) 工業(ye) 的冬個(ge) 領域，給工業(ye) 帶來了翻天覆地的變化，但大量電力電子裝置的廣泛應用，同時也給電力係統這個(ge) 環境帶來了嚴(yan) 重的“汙染"，其根本原因就是電力電子裝置是非線性負荷，在係統中運行會(hui) 產(chan) 生諧波，造成十分嚴(yan) 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，它是一種用於(yu) 動態補償(chang) ，既可抑製諧波，又可以補償(chang) 無功的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償(chang) ，其應用可克服LC濾波器等傳(chuan) 統的諧波抑製和無功補償(chang) 方法的缺點。

關(guan) 鍵詞:有源電力濾波器APF;小區配電網;諧波源

1導言

有源濾波器采用的是現代電力電子技術、數字信號處理技術和先進控製理論的電力技術，它有助於(yu) 電網諧波的動態性實時補償(chang) ，是目前解決(jue) 諧波汙染、改善電能質量*有效和*具潛力的途徑之一。一直以來諧波問題隻在工業(ye) 領域受到重視，在小區配電網中很少受到關(guan) 注。有調查結果表明，小區配電網諧波汙染程度已經非常嚴(yan) 重，且有逐年加劇的形勢。因此，小區配電網的諧波治理勢在必行。

2低壓配電網的主要諧波源

隨著現代工業(ye) 技術和民用建築行業(ye) 的快速發展,配電網中非線性負荷迅速增加。各種非線性和時變性電子變流器如逆變器、整流器和各種開關(guan) 電源在工業(ye) 生產(chan) 和日常生活中得到越來越廣泛地應用,其對電網的汙染也日益嚴(yan) 重,這些裝置從(cong) 電網中消耗大量的無功功率,並產(chan) 生大量的諧波分量注入電網,導致電網的電壓和電流波形嚴(yan) 重變形,從(cong) 而逐漸成為(wei) 配電網中*主要的諧波源。而在低壓配電網中,民用和商業(ye) 用電量所占的比例日益增大,各種辦公自動化設備和家電的日益普及,雖然這些電器單個(ge) 的功率並不大,向電網注入的諧波很小,但由於(yu) 總體(ti) 數量龐大且工作同時性強,它們(men) 向電網注入的總諧波電流非常巨大,所以建築用電逐漸成為(wei) 低壓配電網的主要諧波汙染源之一。

3諧的治方案

3.1主動型治理方案

常見的主動型治理方案就是采用高功率因數變流器。電力電子裝置是電力係統中*主要的諧波源,抑製諧波*直接的的途徑,就是開發新型變流器一一單位功率因數變流器(UnityPowerFactorConverter),這種變流器在工作過程中不產(chan) 生諧波,且功率因數為(wei) 1。高功率因數變流器可近似看成為(wei) 單位功率因數變流器。采用多重化技術可以有效地減少變流器諧波,其原理是:多個(ge) 方波的疊加可以消除次數較低的諧波,從(cong) 而得到近似正弦波的階梯波,重數越多,所得波形越接近正弦波,但電路結構也越複雜。如果將多重化技術與(yu) PWM技術相配合,可取得更加理想的結果。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用於(yu) 大容量場合。

3.2被動型治理方案

1)傳(chuan) 統的諧波補償(chang) 裝置就是采用由電感電容串並聯構成的LC調諧濾波器,結構如圖1所示.利用諧振原理對特定次數諧波電流形成低阻抗,達到對諧波電流的分離,使其不注入電網。這種方法既可抑製諧波,又可補償(chang) 無功功率,而且結構簡單,已經被廣泛使用於(yu) 電力係統。然而,這種諧波補償(chang) 裝置的補償(chang) 性能受電網阻抗和運行狀態影響,因其與(yu) 係統的並聯連接方式，容易發生並聯諧振,使諧波電流放大,導致LC濾波器過載甚至燒毀。此外,固定的拓撲結構決(jue) 定這種濾波器隻能對固定頻率的諧波進行補償(chang) ,且補償(chang) 效果並不理想。盡管如此,因其結構簡單、價(jia) 格低廉等優(you) 勢,LC濾波器目前仍是補償(chang) 諧波*主要的方案。

圖1LC濾波器結構示意圖

1. 現今越來越流行的一種抑製諧波的被動型方案,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(cong) 補償(chang) 對象中檢測出諧波電流,由補償(chang) 裝置產(chan) 生一個(ge) 與(yu) 該諧波電流大小相等而極性相反的補償(chang) 電流注入電網,與(yu) 諧波源注入電網的諧波電流相抵消,從(cong) 而使電網電流不含諧波分量、隻含基波分量。這種濾波器能對幅值和頻率都變化的諧波進行實時跟蹤補償(chang) ,且補償(chang) 性能不受電網阻抗的影響,因而受到很大的重視。

圖2有源電力濾波器原理圖

4小區網產(chan) 及

4.1小區配電網諧波產(chan) 生的原因

正弦電壓作用在非線性負載上產(chan) 生的電流不是標準正弦電流，而是發生了畸變。根據傅裏葉級數理論，可以將負載電流進行傅裏葉積分，分解出以基波頻率為(wei) 基礎的各次諧波，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備多數都是非線性負載，所以在使用過程中都會(hui) 產(chan) 生諧波。2、小區配

4.2電網諧波的危害

1)引起零序諧波，並造成三相不平衡，降低供電質量:

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

3)加速絕緣介質老化，引起配電網短路故障，甚至造成人身傷(shang) 害:

4)對斷路器、熔斷器、繼電器等設備產(chan) 生幹擾，造成其誤動，降低供電可靠性:5)引發無功補償(chang) 設備諧振，導致無功補償(chang) 設備無法投切，功率因數無法提高:

6)使電氣計量和測量的誤差加大:

7)縮短電器設備的使用壽命:

4.3APF用於(yu) 小區配電網

1)有源電力濾波器APF工作原理

APF由兩(liang) 部分組成:諧波和無功電流檢測電路及補償(chang) 電流發生電路(由補償(chang) 電流控製電路、驅動隔離電路和主電路三個(ge) 部分構成)。前者的作用是檢測出負載電流中的諧波和無功分量;後者的作用是根據檢測出來的諧波和無功電流等產(chan) 生相應的補償(chang) 電流。

有源電力濾波器APF工作原理APF由兩(liang) 部分組成:諧波和無功電流檢測電路及補償(chang) 電流發生電路(由補償(chang) 電流控製電路、驅動隔離電路和主電路三個(ge) 部分構成)。前者的作用是檢測出負載電流中的諧波和無功分量;後者的作用是根據檢測出來的諧波和無功電流等產(chan) 生相應的補償(chang) 電流。諧波無功電流檢測電路將負載電流iL中的諧波電流iLh和無功電流iLg分離出來，然後把它們(men) 反相並產(chan) 生出補償(chang) 電流iC的調製波信號iC*，也就是指令信號iC*=iLh+iLq。補償(chang) 電流控製電路根據iC*的值輸出觸發脈衝(chong) ，通過驅動隔離電路驅動主電路的功率開關(guan) ，使其創建出補償(chang) 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中隻含有基波有功分iLp量，從(cong) 而達到消除諧波和補償(chang) 無功功率的目的。根據此原理，對於(yu) 三相APF，還能對電流的不對稱度和負序電流等進行補償(chang)

2)有源電力濾波器APF實際應用效果

圖3為(wei) 某小區配電室加裝有源電力濾波器前後電壓、電流波形對比。在安裝APF裝置前，電流中3、5、7次諧波含量較大，APF投入使用後，電流中3、5、7次諧波含量幾乎全部被濾除，同時，電壓波形得到改善，提高了供電質量。

圖3某小區使用APF前後電壓、電流波形對比

5有源電力濾波器APF的使用成效

1)諧波得到有效消除，提高供電電能質量:

2)減少3、5、7次諧波流入上級電網，避免造成諧波汙染的進一步危害:3)減少諧波造成的停電事故，保障安全、優(you) 質、穩定供電;

4)少諧波對配電設備的損害，降低維護工作量和維護檢修費用:

5)諧波無功功率得到補償(chang) ，同時保障基波無功功率補償(chang) ，提高供電能力。

6安科瑞APF有源濾波器產(chan) 品選型

6.1產(chan) 品特點

（1）DSP+FPGA控製方式，響應時間短，全數字控製算法，運行穩定；

（2）一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償(chang) 或特定次諧波進行補償(chang) ；

（3）具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

（4）模塊化設計，體(ti) 積小，安裝便利，方便擴容；

（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控製，使用方便，易於(yu) 操作和維護；

（6）輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力係統的影響；

（7）多機並聯，達到較高的電流輸出等級；

（8）擁有自主技術。

6.2型號說明

6.3尺寸說明

6.4產(chan) 品實物展示

ANAPF有源濾波器

7安科瑞智能電容器產(chan) 品選型

7.1產(chan) 品概述

AZC/AZCL係列智能電容器是應用於(yu) 0.4kV、50Hz低壓配電中用於(yu) 節省能源、降低線損、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償(chang) 設備。它由智能測控單元，晶閘管複合開關(guan) 電路，線路保護單元，兩(liang) 台共補或一台分補低壓電力電容器構成。可替代常規由熔絲(si) 、複合開關(guan) 或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在櫃內(nei) 和櫃麵由導線連接而組成的自動無功補償(chang) 裝置。具有體(ti) 積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現代電網對無功補償(chang) 的更高要求。

AZC/AZCL係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、頻率、電容器路數及投切狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nei) 部晶閘管複合開關(guan) 電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

7.2型號說明

AZC係列智能電容器選型：

AZCL係列智能電容器選型：

7.3產(chan) 品實物展示

AZC係列智能電容模塊AZCL係列智能電容模塊

安科瑞無功補償(chang) 裝置智能電容方案

8結論

通過在小區低壓補償(chang) 櫃和無功補償(chang) 箱上加裝APF裝置，解決(jue) 了小區無功補償(chang) 裝置因諧波超標投不上的問題，又防止了高頻裝置因產(chan) 生高幅值諧波電流引起的開關(guan) 誤動。因此，綜合其自身特點可以推而廣之，可應用於(yu) 配網低壓諧波超標、功率因數偏低以及沒裝消諧裝置的高頻裝置上，以限製或消除諧波、提高功率因數，很大的改善電能質量。

安科瑞侯文莉