ANAPF有源濾波器在江陰紡織企業(yè)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐霜 
安科瑞電氣股份有限公司  

摘要：本文介紹了ANAPF有源濾波裝置的工作原理、方案、技術(shù)參數(shù)以及產(chǎn)品特點(diǎn)，結(jié)合在江蘇某紡織企業(yè)低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用案列，說(shuō)明了有源濾波裝置在低壓配電系統(tǒng)中對(duì)供電電能質(zhì)量、治理諧波起到了至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統(tǒng)  有源濾波裝置  工作原理 方案 特點(diǎn) 應(yīng)用  諧波 

引言  
   隨著電力電子變流裝置的應(yīng)用日益廣泛，電能得到了更加充分的利用。但非線性電力裝置設(shè)備的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量畸變的電流諧波，畸變電流在電網(wǎng)中的流動(dòng)導(dǎo)致了諧波電壓；諧波污染越來(lái)越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，給同一網(wǎng)絡(luò)的線性負(fù)載和其它用戶帶來(lái)了大影響。諧波已與電磁干擾、功率因數(shù)降低并列為電力系統(tǒng)的三大公害。所以了解諧波產(chǎn)生的原理、研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問(wèn)題對(duì)供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積的意義。諧波測(cè)量是諧波問(wèn)題中的一個(gè)重要分支，對(duì)抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問(wèn)題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對(duì)諧波的測(cè)量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項(xiàng)重要工作，是繼電保護(hù)、故障測(cè)量等工作開(kāi)展的重要前提。

1.工作原理
    ANAPF系列有源電力濾波裝置并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過(guò)CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過(guò)功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

ANAPF有源電力濾波器原理圖

2.APF產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)
                         

                 ANAPF有源電力濾波器技術(shù)參數(shù)

    有源濾波裝置三種安裝方式中，壁掛式和抽屜式是立柜式的經(jīng)濟(jì)型方案，為用戶大大節(jié)約了成本。單個(gè)模塊容量zui大為50A,可單獨(dú)使用。也可選用多個(gè)50A模塊形成大電流補(bǔ)償裝置。

3.方案設(shè)計(jì)
    針對(duì)江蘇某紡織企業(yè)項(xiàng)目的諧波，相關(guān)技術(shù)人員對(duì)容量2500KVA的1#變壓器出線側(cè)進(jìn)行了詳細(xì)測(cè)量。主要諧波頻次為5次、7次、11次是典型的6n±1諧波。
測(cè)量示意圖：（黑圈為測(cè)量點(diǎn)）

根據(jù)測(cè)量后的電能質(zhì)量分析和具體測(cè)量數(shù)據(jù)，結(jié)合諧波計(jì)算公式（1）（2）（3），可以估算諧波電流大小。

 …………………………………………………（1）

………………………………………（2）

  ……………………………………（3）

（諧波總電流基波電流值全波電流值總諧波電流畸變率）

由以上公式計(jì)算，可計(jì)算得1#變壓器出線柜的諧波電流，如表所示。                   

    諧波治理時(shí)考慮到要將諧波濾波干凈，諧波濾波器選型時(shí)要比實(shí)際電流大一些，確定對(duì)1#變壓器變頻器出線配置2臺(tái)ANAPF200-380/BGL的有源濾波裝置進(jìn)行集中治理。

4.產(chǎn)品設(shè)計(jì)
4.1電氣設(shè)計(jì)
    ANAPF200-380/BGL有源濾波裝置由4個(gè)50A抽屜板載模塊構(gòu)成，總進(jìn)線配一個(gè)塑殼斷路器，原理如下圖所示：

4.1.1抽屜板載模塊的設(shè)計(jì)
外形尺寸485×610×275 （寬*深*高）
額定電流：50A
額定電壓:AC380V
接線方式:三相四線
進(jìn)線方式：后進(jìn)后出
額定頻率：50Hz
模塊殼體顏色：RAL9004
防護(hù)等級(jí)：IP20
質(zhì)量：50KG           
4.2柜體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    如下圖，柜體尺寸為1000*2200*800（寬高深），柜體顏色是RAL7035，GGD柜型，鍍鋅板材質(zhì)，安裝方式是與配電柜拼柜，柜體設(shè)計(jì)本著與其它低壓柜協(xié)調(diào)一致的原則。

5.產(chǎn)品特點(diǎn)
●模塊化設(shè)計(jì)，成本低，性能提高，體積小，安裝便利，便于后期維護(hù)及擴(kuò)容；
●DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應(yīng)時(shí)間，的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定；
●一機(jī)多能，即可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功，可對(duì)2-31次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；
●具有完善的橋臂過(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)、裝置過(guò)溫保護(hù)功能；
●每個(gè)模塊采用彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；
●輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對(duì)電力系統(tǒng)的影響；

6.應(yīng)用案例
6.1項(xiàng)目概況及要求
江蘇某紡織企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用變頻器等負(fù)載，產(chǎn)生大量諧波，導(dǎo)致電容柜的電容器損壞，從而使實(shí)際功率因數(shù)降低，由于功率因數(shù)達(dá)不到國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)0.9的要求，供電部門采取了對(duì)該公司進(jìn)行經(jīng)濟(jì)上的處罰，嚴(yán)重影響公司正常運(yùn)營(yíng)。
6.2諧波治理效果

          
            
       圖1 投入使用前電流波形                 圖2投入使用前電流頻譜
    從圖1、圖2可以看出電流波形即是典型的三相整流橋非線性負(fù)載的波形，圖2中反映出變頻器的電流諧波總畸變率為11.96%，5次諧波電流是331.6 A，7次諧波電流是89.8A，除此之外還有11次，12次電流諧波，其他次數(shù)諧波較小可忽略。

        
         
        圖3投入使用后電流波形               圖4 投入使用后電流頻譜 
    投入有源電力濾波器后，變頻器電網(wǎng)供電的波形及諧波含量均發(fā)生了變化，從圖3可以看出電流波形已變得接近正弦波，圖4中反映出變頻器的總輸入電流總畸變率減少到4.8%，5次諧波電流從原來(lái)的331.6A變?yōu)?2.2A，7次諧波電流從原來(lái)的89.8A變?yōu)?3.8A，其他次數(shù)的諧波同樣得到了。有源電力濾波器的應(yīng)用為企業(yè)電網(wǎng)污染、節(jié)能降耗帶來(lái)了新的亮點(diǎn)。

7.結(jié)束語(yǔ)
    該項(xiàng)目所選用的有源濾波柜是模塊化設(shè)計(jì)方案，體積小，成本低，安裝便利，便于以后維護(hù)及擴(kuò)容；使用方便，易于操作；有源濾波裝置節(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(jià)值和應(yīng)用前景。

【參考資料】
［1］安科瑞電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理選型手冊(cè)。2015.08版
［2］安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.版