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

關鍵詞：低壓配電系統  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生了大量畸變的電流諧波，畸變電流在電網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安全、穩(wěn)定、經濟運行，給同一網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、功率因數降低并列為電力系統的三大公害。所以了解諧波產生的原理、研究供配電系統中的高次諧波問題對供電質量和確保電力系統安全經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在含諧波負載的低壓配電系統中，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采集系統諧波電流，經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，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

ANAPF有源電力濾波器原理圖

2.APF產品技術參數
                         

                 ANAPF有源電力濾波器技術參數

    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）

根據測量后的電能質量分析和具體測量數據，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調一致的原則。

5.產品特點
●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參數設置和控制，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)現場使用變頻器等負載，產生大量諧波，導致電容柜的電容器損壞，從而使實際功率因數降低，由于功率因數達不到國家規(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，其他次數的諧波同樣得到了。有源電力濾波器的應用為企業(yè)電網污染、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品手冊.2013.01.版