電氣化鐵路模塊化有源電力濾波器方案 鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機等是主要的諧波發(fā)生設備，且主要是沖擊性負荷，對鋼鐵廠附近的其它負荷有很大影響。同時，諧波問題對鋼鐵廠無功補償?shù)挠绊懞艽螅詰詿o功補償和諧波治理同時處理作為目標。
1、模塊化有源電力濾波器概述

1.1 諧波的產生

電力系統(tǒng)中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz的正弦波，但是非線性電力設備 （大功率可控硅、變頻器、UPS、開關電源、中頻爐等）的廣泛應用產生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量為基波，頻率是基波頻率整數(shù)倍的分量為諧波。諧波是電能質量的指標。

1.2 諧波的危害

●  諧波使公用電網(wǎng)中的元件產生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災。

●  諧波會影響電氣設備的正常工作，使電機產生機械振動和噪聲等；使變壓器局部嚴重過熱；使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

●  引起電網(wǎng)諧振，使得諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會對系統(tǒng)，特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅，經(jīng)常使電容器和電抗器燒毀。

●  諧波會導致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產損失。諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟損失。

●  臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設備產生干擾，輕則產生噪聲、降低通信質量、計算機無法正常工作，重則導致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

1.3 產品效益

有源濾波裝置之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補償主電路的諧波），其應用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抵制和無功補償方法的缺點（傳統(tǒng)的只能固定補償），實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功。

●  使諧波指標滿足標準，避免供電部門罰款或中斷供電；

●  降低變壓器損耗；

●  減少諧波污染，降低諧波對自動控制裝置、電能計量裝置、繼電保護裝置的干擾，保證供配電系統(tǒng)穩(wěn)定運行；

●  避免諧波過電壓和諧波過電流對電氣設備的危害，延長設備使用壽命；

●  節(jié)能降耗，提高功率因數(shù)，節(jié)約電費，避免罰款。

1.4 執(zhí)行標準

GB/T14549-1993 《電能質量：公用電網(wǎng)諧波》

GB/T15543-2008 《電能質量：三相電壓不平衡度》

GB/T12325-2008 《電能質量：供電電壓偏差》

GB/T12326-2008 《電能質量：電壓波動和閃變》

GB/T18481-2001 《電能質量：暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》

GB/T15945-2008 《電能質量：電力系統(tǒng)頻率偏差》

GB17625.1-2012 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值》

GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補償裝置》

2、產品介紹 電氣化鐵路模塊化有源電力濾波器方案
安裝有源濾波器原理是在諧波電流或電壓諧振頻率處加入等效導納無窮大的并聯(lián)網(wǎng)絡或等效阻抗無窮大的串聯(lián)網(wǎng)絡。因此，有并聯(lián)和串聯(lián)2種。并聯(lián)有源電力濾波器它產生與負載電流諧波相反的諧波電流分量，從而相抵消掉。串聯(lián)有源電力濾波器它產生與電路電壓諧波分量相反的諧波電壓進行抵消。安科瑞主要生產并聯(lián)型有源電力濾波器。
2.1 模塊化有源電力濾波器工作原理
有源濾波裝置，是采用現(xiàn)代電力電子技術和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數(shù)字信號，送入高速數(shù)字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流發(fā)生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網(wǎng)，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。

APF有源濾波器 廣東壁掛式有源濾波柜廠家供應并聯(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系列板載式動態(tài)補償無功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，產生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產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生的諧波電流。

圖2-1  ANAPF系列原理圖

2.2 模塊化有源電力濾波器產品特點

●  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，既可補諧波，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；

●  模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

●  采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(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；

●  多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

●  擁有自主技術。

APF有源電力濾波器主要采用FFT算法，DFT算法以及三相電路瞬時無功功率理論算法；APF有源電力濾波器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多；并聯(lián)APF有源電力濾波器主要是治理電流諧波，串聯(lián)APF有源電力濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。
APF有源電力濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振，但是價位相對高！實際應用安全系數(shù)很低，普遍做法是以變壓器升壓，來保證可靠性，國家相關部門也要求以變壓器升壓的形式和APF有源電力濾波器結合，治理高壓諧波！
APF有源電力濾波器主要應用場合：
1.變頻設備的應用場合　隨著技術的進步，變頻設備大量應用于各類場合，變頻設備會產生大量的諧波，因此，這類場合是APF有源電力濾波器主要的目標市場之一。
2.不穩(wěn)定負荷的應用場合　不穩(wěn)定負荷不是APF有源電力濾波器的主要市場，但它是電力系統(tǒng)一個重要的方面，因為不穩(wěn)定的負荷雖然所占比例不大，但是它們對電力系統(tǒng)產生的影響卻遠遠大于其它負荷所造成的影響，因此對于該類應用場合也應作為APF有源電力濾波器的主要市場方向之一。
3.鋼鐵廠　鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機等是主要的諧波發(fā)生設備，且主要是沖擊性負荷，對鋼鐵廠附近的其它負荷有很大影響。同時，諧波問題對鋼鐵廠無功補償?shù)挠绊懞艽螅詰詿o功補償和諧波治理同時處理作為目標。
4.有色冶金　有色冶金的負荷除電弧爐性質的負荷外，還由于采用直流濕法冶金而產生大量的直流成分。
5.港口機械　港機是大型的提升設備，一般都采用很大的變頻器，因此是港口機械主要的諧波發(fā)生源，因此對于該類應用場合也應作為APF有源電力濾波器的市場方向之一。
6.電氣化鐵路　電氣化鐵路一般使用直流電機拖動，因此是一個市政方面的主要諧波源。根據(jù)現(xiàn)有上海、北京等地電氣化鐵路的運行情況，大多數(shù)系統(tǒng)都安裝了濾波器。預計本產品可以達到電氣鐵路濾波器國產化的作用。
7.高精度自動化生產線　高精度自動化生產線本身不產生諧波，但是對于電能質量有很高的要求，因此需要在高精度自動化生產線的供電側安裝APF有源電力濾波器，以降低諧波對生產線的影響。
8.辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調集中場所辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調集中場所的諧波情況也非常嚴重，治理方法宜采用集中治理方法，以節(jié)省成本。
2.3 主要技術參數(shù)

2.4 動態(tài)濾波補償裝置產品型號及說明

有源電力濾波器主要應用的范圍
1、變頻設備的應用場合
隨著技術的進步，變頻設備大量應用于各類場合，變頻設備會產生大量的諧波，因此，這類場合是APF有源濾波器主要的目標市場之一。
2、不穩(wěn)定負荷的應用場合
不穩(wěn)定負荷不是有源濾波器的主要市場，但它是電力系統(tǒng)一個其的方面，因為不穩(wěn)定的負荷雖然所占比例不大，但是它們對電力系統(tǒng)產生的影響卻遠遠大于其它負荷所造成的影響，因此對于該類應用場合也應作為有源濾波器的主要市場方向之一。
3、鋼鐵廠
鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機等是主要的諧波發(fā)生設備，且主要是沖擊性負荷，對鋼鐵廠附近的其它負荷有很大影響。同時，諧波問題對鋼鐵廠無功補償?shù)挠绊懞艽螅詰詿o功補償和諧波治理同時處理作為目標。
4、有色冶金
有色冶金的負荷除電弧爐性質的負荷外，還由于采用直流濕法冶金而產生大量的直流成分。
5、港口機械
港機是大型的提升設備，一般都采用很大的變頻器，因此是港口機械主要的諧波發(fā)生源，因此對于該類應用場合也應作為有源濾波器的市場方向之一。
6、電氣化鐵路
電氣化鐵路一般使用直流電機拖動，因此是一個市政方面的主要諧波源。根據(jù)現(xiàn)有上海、北京等地電氣化鐵路的運行情況，大多數(shù)系統(tǒng)都安裝了濾波器。預計本產品可以達到電氣鐵路濾波器國產化的作用。
7、高精度自動化生產線
高精度自動化生產線本身不產生諧波，但是對于電能質量有很高的要求，因此需要在高精度自動化生產線的供電側安裝有源濾波器，以降低諧波對生產線的影響。
8、辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調集中場所
辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調集中場所的諧波情況也非常嚴重，治理方法宜采用集中治理方法，以節(jié)省成本。
3、模塊化有源電力濾波器
應用案例

3.1  貴州模塊化有源電力濾波器在數(shù)據(jù)機房的應用

▲ 項目背景：

常熟智慧城市是一個市民卡信息中心，其中包括大型數(shù)據(jù)機房，對電能質量要求非常高；為了提高供電可靠度，采用大量的UPS作為設備電源，機房內還包含空調設備、照明設備等。此類電力電子設備皆屬于非線性負載，在使用過程中會產生大量諧波并注入系統(tǒng)中，主要以5次、7次為主；如果不進行諧波治理，對電網(wǎng)造成嚴重的污染，也影響機房中其他敏感設備，比如導致通信數(shù)據(jù)錯誤，甚至癱瘓、中斷，降低了配電系統(tǒng)的性、可靠性。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測量經(jīng)驗進行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產生，供電系統(tǒng)由2臺800kVA變壓器及其一臺800kW發(fā)電機組成，采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺150A并機實現(xiàn)，型號為ANAPF150-380/BGL，來自動跟蹤補償負載產生的諧波電流，保證整個系統(tǒng)可靠運行。

▲ 治理效果：

圖4-1治理之前A、B、C、N相電流波形和電流頻譜

由圖可以看出，治理前，N線電流較大，3次、5次、7次等諧波頻次含量較大；治理后，N線電流明顯降低、各次諧波電流得到抵制，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，了諧波對通信系統(tǒng)影響的危害，收到了良好的運行效果。

▲ 安裝現(xiàn)場：

圖4-2 安裝現(xiàn)場

3.2  ANAPF在辦公樓宇的應用

▲ 項目背景：

珠海橫琴口岸項目是臨時邊檢大樓的新建項目，為邊檢部門電氣設備提供可靠電力支持，對電能質量要求較高；用電設備主要是大功率UPS、LED顯示屏、空調、照明和報檢大廳動力設備等，會產生大量諧波，其諧波主要包括3、5、7、9次；不進行合理治理，將對其他電氣設備產生危害，如：大量的3次諧波造成中線過熱甚至發(fā)生火災；大量諧波造成變壓器局部嚴重過熱；繼電保護發(fā)生誤動作等。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測量經(jīng)驗進行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產生，該項目有1#、2#兩個配電站，1#配電站有2臺800kVA的變壓器，2#配電站有2臺1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器，由于安裝空間有限，選擇我司壁掛式有源電力濾波器進行嵌入式安裝，1#配電站中#1和#2變壓器下安裝型號均為ANAPF75-380/BBL，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺型號為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機使用，保障了整個供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

▲ 治理效果：

圖4-4治理之后電流波形和各次諧波電流畸變率

治理前電流波形發(fā)生畸變，三相電流畸變率分別為10.8%、11.1%、12.5%；在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波，各次諧波得到抵制，電流畸變率明顯降低，三相電流畸變率降至4.0%、4.1%、4.4%。

▲ 安裝現(xiàn)場：

3.3  ANAPF在工業(yè)領域的應用

▲ 項目背景：

合肥日立建機是日立建機集團在zui大的生產基地，其主要負載是變頻器、電焊機和中頻爐等，這類負載屬于中污染設備，使用時電流變化很快，無功需求大，傳統(tǒng)無功柜跟不上負載變化速度，導致功率因數(shù)很低，造成無功罰款；同時又會產生大量諧波流入電網(wǎng)中，諧波電流在線路上流動會產生壓降，使得電壓也畸變嚴重，致使一些精度高的生產設備不能正常運行，影響公司的生產，導致產品質量下降，給客戶帶來嚴重的經(jīng)濟損失。

▲ 治理方案：

該項目共有6臺變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線側加裝ANAPF系列有源電力濾波器，型號為：ANPF200-380/BGL，既可補償諧波又可補償部分動態(tài)無功。同時，建議在變頻器的進線端加裝輸入電抗器，用來濾除部分變頻器諧波，以達到更好的治理效果。

▲ 治理效果：

由圖4-5和圖4-6可以看出，治理前，電流波形失真十分嚴重，三相電流畸變率分別為21.3%、25.0%、28.0%，主要以5次、7次、11次等符合6n±1次特性的諧波為主，功率因數(shù)約0.83左右，會造成無功罰款；加裝ANAPF系列有源電力濾波器后，電流波形已經(jīng)趨向正弦波，三相電流畸變率分別為2.6%、2.6%、2.6%，主要頻次諧波得到抵制，功率因數(shù)也都到很明顯的提高。此次諧波治理，電網(wǎng)質量得到明顯改善，保護了生產線上設備的正常運行。

▲ 安裝現(xiàn)場：

3.4  ANAPF模塊化有源電力濾波器在其它行業(yè)的應用

軌道交通

城市軌道交通存在大量熒光燈、UPS電源、變頻器及軟啟動裝置，均會產生大量諧波，使得電力系統(tǒng)正弦波畸變，電能質量降低。諧波進行綜合治理，給交通、順暢帶來保障。

類似行業(yè)案例：、山東日照機場、南海三沙市機場、吉林站西廣場交通樞紐等。

行業(yè)主要是核磁共振機、CT機等設備會產生大量諧波，大量設備對供電電源的諧波質量要求非常高，如果不進行治理，很可能造成檢測數(shù)據(jù)誤差大，設備之間干擾不能正常工作，造成嚴重的事故。諧波治理后，降低了用電隱患。

類似行業(yè)案例：陜西榆林*人民、上海第二康復、滁州市第二人民、安徽六安第六人民等。

冶金

冶金行業(yè)中大量使用了電弧爐、加熱爐、軋機等，這些負載不僅容量大，而且大部分為感性負荷，在不使用無功補償裝置的情況下，功率因數(shù)低，且產生大量畸變的諧波，嚴重危害電力系統(tǒng)的運行和電氣設備經(jīng)濟地運行。

類似行業(yè)案例：江蘇省鑌鑫特鋼材材料有限公司、宇東能源化工基地等。

體育館、演播廳

體育館、演播中心這類場所，主要就是大量舞臺燈光、LED屏幕、高桿燈等設備產生諧波。使得電能質量變差，及時進行諧波治理可保障設備本身的使用效果，給用電帶來保障。

類似行業(yè)案例：蘇州澹臺湖會議中心、廣州文化宮、武漢市教育電視臺演播廳、岳陽市奧體中心及游泳館等。

安科瑞高度重視產品質量和技術創(chuàng)新，截止2019年底，公司擁有5項商標、20項發(fā)明、81項實用新型、103項外觀、179項計算機軟件著作權，并參與多個國家或行業(yè)標準的制定。安科瑞在國內主要城市配置銷售、團隊，快速響應客戶需求，為用戶提供優(yōu)質的產品和服務。經(jīng)過多年的積累和發(fā)展，公司在產品質量和服務方面贏得了海內外客戶的廣泛的贊譽。