ANAPF有源濾波器在江陰紡織企業(yè)的設計與應用

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、技術參數(shù)以及產(chǎn)品特點，結合在江蘇某紡織企業(yè)低壓配電系統(tǒng)中的應用案列，說明了有源濾波裝置在低壓配電系統(tǒng)中對供電電能質量、治理諧波起到了至關重要的作用。

關鍵詞：低壓配電系統(tǒng)  有源濾波裝置  工作原理 方案 特點 應用  諧波 

引言  
   隨著電力電子變流裝置的應用日益廣泛，電能得到了更加充分的利用。但非線性電力裝置設備的廣泛應用產(chǎn)生了大量畸變的電流諧波，畸變電流在電網(wǎng)中的流動導致了諧波電壓；諧波污染越來越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行，給同一網(wǎng)絡的線性負載和其它用戶帶來了大影響。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)中的高次諧波問題對供電質量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行有著非常積的意義。諧波測量是諧波問題中的一個重要分支，對抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導作用。因此對諧波的測量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項重要工作，是繼電保護、故障測量等工作開展的重要前提。

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

ANAPF有源電力濾波器原理圖

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

                 ANAPF有源電力濾波器技術參數(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)濟型方案，為用戶大大節(jié)約了成本。單個模塊容量zui大為50A,可單獨使用。也可選用多個50A模塊形成大電流補償裝置。

3.方案設計
    針對江蘇某紡織企業(yè)項目的諧波，相關技術人員對容量2500KVA的1#變壓器出線側進行了詳細測量。主要諧波頻次為5次、7次、11次是典型的6n±1諧波。
測量示意圖：（黑圈為測量點）

根據(jù)測量后的電能質量分析和具體測量數(shù)據(jù)，結合諧波計算公式（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）

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

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

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

4.1.1抽屜板載模塊的設計
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
進線方式：后進后出
額定頻率：50Hz
模塊殼體顏色：RAL9004
防護等級：IP20
質量：50KG           
4.2柜體結構設計
    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，安裝方式是與配電柜拼柜，柜體設計本著與其它低壓柜協(xié)調一致的原則。

5.產(chǎn)品特點
●模塊化設計，成本低，性能提高，體積小，安裝便利，便于后期維護及擴容；
●DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應時間，的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；
●一機多能，即可補諧波，又可兼補無功，可對2-31次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；
●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；
●每個模塊采用彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設置和控制，使用方便，易于操作和維護；
●輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

6.應用案例
6.1項目概況及要求
江蘇某紡織企業(yè)現(xiàn)場使用變頻器等負載，產(chǎn)生大量諧波，導致電容柜的電容器損壞，從而使實際功率因數(shù)降低，由于功率因數(shù)達不到國家規(guī)定標準0.9的要求，供電部門采取了對該公司進行經(jīng)濟上的處罰，嚴重影響公司正常運營。
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次諧波電流從原來的331.6A變?yōu)?2.2A，7次諧波電流從原來的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用為企業(yè)電網(wǎng)污染、節(jié)能降耗帶來了新的亮點。

7.結束語
    該項目所選用的有源濾波柜是模塊化設計方案，體積小，成本低，安裝便利，便于以后維護及擴容；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償裝置，具有良好的應用價值和應用前景。

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