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1、概述
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)載和其它用戶帶來了極大影響。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、研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。諧波測量是諧波問題中的一個(gè)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(dǎo)作用。因此有源電力濾波裝置對諧波的測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)、故障測量等工作開展的重要前提。
主要諧波產(chǎn)生源如下表：
名 稱 | 所屬行業(yè) |
變頻裝置 | 商業(yè)、市政、民用、公用事業(yè)、工礦企業(yè)等 |
UPS、開關(guān)電源、逆變電源 | 公用事業(yè)、商業(yè)、電子、通信等 |
地鐵、輕軌、充電站（樁） | 交通 |
單（多）晶硅生產(chǎn)設(shè)備、中頻爐 | 制造業(yè) |
電弧爐、交流弧焊機(jī)、感應(yīng)加熱裝置 | 機(jī)械、能源、化工 |
1.1 諧波的危害
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使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災(zāi)。
諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率。大量三次諧波流過中線會(huì)使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。
影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。
諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲等，使變壓器局部嚴(yán)重過熱，使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。
引起電網(wǎng)諧振。
這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會(huì)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。
使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，電氣測量誤差過大。
諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器與自動(dòng)裝置誤動(dòng)作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失；諧波還會(huì)使電氣測量儀表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。
使工控系統(tǒng)崩潰。
臨近的諧波源或較高次諧波會(huì)對通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，計(jì)算機(jī)無法正常工作；重則導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。
1.2 諧波治理依據(jù)的國家標(biāo)準(zhǔn)
GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量：三相電壓允許不平衡度》
GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓允許偏差》
GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量：電壓波動(dòng)和閃變》
GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》
GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率允許偏差》
GB7625.1-1998 《低壓電氣電子產(chǎn)品發(fā)出的諧波電流限值》
GB/T15576-1995 《低壓無功功率靜態(tài)補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件》
2、有源電力濾波裝置
2.1 型號說明
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2.2 工作原理
ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。
原理如下圖：
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2.3 主要技術(shù)特點(diǎn)
DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時(shí)間；
*的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀?、運(yùn)行更穩(wěn)定；
一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功；
模塊化設(shè)計(jì)，便于生產(chǎn)調(diào)試；
便利的并聯(lián)設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)容；
具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能；
使用方便，易于操作和維護(hù)。
2.4 技術(shù)參數(shù)
接線方式 | 三相三線或三相四線 | |||
接入電壓 | 3×400v +10%～-10% | |||
接入頻率 | 50Hz±2% | |||
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間 | 全響應(yīng)時(shí)間<20ms | |||
開關(guān)頻率 | 10kHz | |||
功能設(shè)置 | 只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無功；手動(dòng)、自動(dòng)切換。 | |||
諧波補(bǔ)償次數(shù) | 2-21次 | |||
保護(hù)類型 | 直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護(hù) | |||
過載保護(hù) | 自動(dòng)限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載 | |||
冷卻方式 | 智能風(fēng)冷 | |||
噪音 | < 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài)) | |||
工作環(huán)境溫度 | -10度～+45度 | |||
工作環(huán)境濕度 | <85%RH不凝結(jié) | |||
海拔高度 | ≤1000m（更高海拔需降容使用） | |||
智能通訊接口 | 外加模塊 | |||
遠(yuǎn)程監(jiān)控 | 可選 | |||
進(jìn)出線方式 | 上進(jìn)下出 | |||
防護(hù)等級 | IP20 | |||
外形尺寸(mm) (W×D×H) | 30A | 50A | 75A | 100A |
600×500×1500 | 600×500×1500 | 600×500×1800 | 800×600×2200 | |
重量(kg) | 三相四線 | 三相三線 | ||
30A、50A | 75A、100A | 30A、50A | 75A、100A | |
280 | 360 | 240 | 290 | |
說明： 1、可以通過實(shí)測數(shù)據(jù)確定補(bǔ)償電流，或通過電力系統(tǒng)詳細(xì)信息（單線圖、變壓器、負(fù)荷情況等）計(jì)算出補(bǔ)償電流； 2、三線系統(tǒng)需配置2個(gè)或3個(gè)CT（用于A相和C相），四線系統(tǒng)需要配置3個(gè)CT（用于A相、B相和C相）。 | ||||
2.5 濾波方案選擇框圖
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2.6 安裝技術(shù)要求
2.6.1 布置要求
ANAPF一般為標(biāo)準(zhǔn)柜式結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)應(yīng)避免倒置或平放，外形尺寸由所選諧波補(bǔ)償電流值決定，平面布置形式一般由諧波電流補(bǔ)償點(diǎn)位置決定。其平面布置要求如下
1）離墻安裝：正常情況下建議與低壓開關(guān)柜并列離墻布置，正面操作，雙面維護(hù)，背面維護(hù)通道不小于800mm。
2）靠墻安裝：ANAPF也可靠墻布置，正面操作，正面維護(hù)。
3）電氣設(shè)計(jì)人員在考慮系統(tǒng)接線及平面布置時(shí)應(yīng)注意將ANAPF的補(bǔ)償接入點(diǎn)盡量靠近補(bǔ)償對象，并處于采樣CT的上游，或在末端預(yù)留空間供設(shè)計(jì)安裝，CT采樣處下游不能包含容性負(fù)荷。平面布置示意如下圖：
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4）ANAPF所有正常情況下不帶電的金屬外殼均應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的接地制式（TN-S、TN-C-S、TT等）嚴(yán)格做好相應(yīng)的保護(hù)接零或保護(hù)接地。
2.6.2 互感器的安裝
1）互感器的P1端指向電網(wǎng)，P2端指向負(fù)載。
2）互感器與ANAPF的接線如下圖所示：
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3）注意互感器的進(jìn)出線要*且方向正確。
4）安裝電纜規(guī)格如下表：
安裝電纜與CT采樣線截面積
型號 | 安裝電纜(mm2) | CT采樣線(mm2) | CT接地線(mm2) | 機(jī)柜接地線(mm2) |
ANAPF30A | 16 | 2.5 | 2.5 | 210 |
ANAPF50A | 25 | 2.5 | 2.5 | 16 |
ANAPF75A | 35 | 2.5 | 2.5 | 16 |
ANAPF100A | 50 | 2.5 | 2.5 | 16 |
2.7 主要應(yīng)用范圍及場合
機(jī)場：主控室、計(jì)算機(jī)房、廣播系統(tǒng)、EIB燈光調(diào)光系統(tǒng)等。
醫(yī)院：ICU（重癥監(jiān)護(hù)室）、MRI（磁共振成像）、手術(shù)室、醫(yī)學(xué)成像室、放療科等。
劇場、體育館：解決由于諧波造成的EIB調(diào)光設(shè)備及其它控制設(shè)備的損壞。
學(xué)校：精密實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)中心等。
研究所：精密儀器、機(jī)房、高精密設(shè)備集中區(qū)域等。
大型商場：解決由于節(jié)能燈大量應(yīng)用造成的諧波問題。
銀行：計(jì)算機(jī)中心、營業(yè)部計(jì)算機(jī)、安防系統(tǒng)等。
稅務(wù)、工商：大型計(jì)算機(jī)中心等。
電信機(jī)房：移動(dòng)基站。
工廠：生產(chǎn)線的PLC、計(jì)算機(jī)控制設(shè)備、高精度機(jī)床、PCS系統(tǒng)、計(jì)量/稱重系統(tǒng)等。
電視臺：圖像設(shè)備、調(diào)光設(shè)備、計(jì)算機(jī)等。
3、有源電力濾波功能模塊介紹
3.1 控制器模塊
APF有源電力濾波裝置控制器主要由：DSP（數(shù)字信號處理器）、FPGA邏輯器件、AD信號采樣電路、DI/DO輸入輸出控制電路、PWM波形控制電路、RS485通訊電路等組成，主要用來完成電壓、電流等信號的采集和處理、指令電流的計(jì)算、開關(guān)電路的生成、PWM信號的輸出、系統(tǒng)對外通訊與系統(tǒng)保護(hù)等功能。控制系統(tǒng)是有源濾波器的核心，它決定了有源電力濾波器系統(tǒng)的主要性能和指標(biāo)。
命名規(guī)則
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外形尺寸（單位：mm）
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技術(shù)參數(shù)
輔助電源 | 電 壓 | AC 220V（可波動(dòng)范圍±10%） |
報(bào)警輸出 | 輸出方式 | 2路繼電器輸出（可編程） |
觸點(diǎn)容量 | AC250V/3A DC30V/3A | |
環(huán) 境 | 工作溫度 | -10~+50℃ |
存儲溫度 | -20~+70℃ | |
通 訊 | RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議（兩路） | |
保護(hù)方式 | 模擬保護(hù)/數(shù)字保護(hù) | |
3.2 變流器模塊
APF有源電力濾波裝置變流器的核心是儲能電容和IGBT模塊。變流器的作用主要是將電網(wǎng)的電壓經(jīng)IGBT功率模塊整流后為儲能電容充電，使母線電壓維持在某個(gè)穩(wěn)定的值，在這個(gè)過程中變流器主要工作在整流狀態(tài)，當(dāng)主電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流時(shí)，變流器又工作在逆變狀態(tài)。考慮到產(chǎn)品是在電網(wǎng)中長時(shí)間運(yùn)行的，因此直流支撐電容采用薄膜電容，功率模塊采用德國原裝產(chǎn)品，以確保整機(jī)質(zhì)量。變流器的選擇根據(jù)補(bǔ)償電流的大小而有所不同。
命名規(guī)則
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外形尺寸（單位：mm）
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品型號 | 外形尺寸（長mm×寬mm×高mm) |
APFCOV-CVT30 | 325×330×428 |
APFCOV-CVT50 | |
APFCOV-CVT75 | |
APFCOV-CVT100 |
3.3 電抗器模塊
APF電抗器起濾波作用，濾除APF發(fā)出的電網(wǎng)不需要的諧波。電抗器可分為單相和三相，電流從15A到200A等多種規(guī)格
命名規(guī)則
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外形尺寸（單位：mm）
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類別 | 產(chǎn)品型號 | 重量（Kg） | 外形尺寸（長mm×寬mm×高mm) |
單相 | APF-RE.DG-30 | 13 | 160×150(含引線)×200 |
APF-RE.DG-50 | 16.5 | 160×180(含引線)×220 | |
APF-RE.DG-75 | 35 | 220×220(含引線)×250 | |
APF-RE.DG-100 | 37 | 220×220(含引線)×250 | |
三相 | APF-RE.SDG-30 | 16 | 180×150(含引線)×195 |
APF-RE.SDG-50 | 46 | 310×180(含引線)×320 | |
APF-RE.SDG-75 | 86 | 380×230(含引線)×350 | |
APF-RE.SDG-100 | 88 | 380×230(含引線)×350 |
產(chǎn)品特點(diǎn)
鐵心采用低損耗硅鋼片；
線圈采用銅箔或鋁箔繞制；
絕緣采用H級，使用壽命更長，安全系數(shù)更高；
功率范圍寬：單臺可從15A到100A。