低壓有源電力濾波裝置APF 無功補償及濾波裝置

安科瑞 胡燁

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰  214405

一、低壓有源電力濾波裝置APF 功能：

ANAPF系列有源電力濾波器通過電流互感器采集系統(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。

二、低壓有源電力濾波裝置APF應用范圍：

適用于并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。

三、訂貨范例：

具體型號：ANAPF150-380/BGL

技術(shù)要求：諧波補償電流150A，線電壓等級380V 。

接線方式：三相四線

安裝方式：立柜式

互感器接線方式：負載側(cè)

四、技術(shù)參數(shù)：

五、產(chǎn)品選型：

該產(chǎn)品為并聯(lián)型有源電力濾波器，其命名方式為：

其中諧波補償電流的大小可安排售前工程師協(xié)助測量或根據(jù)變壓器容量和行業(yè)類型自行估算后選擇，計算方法見公式（1）。

    ...................................... 公式（1）                 

其中 為變壓器負荷率，即負荷占變壓器額定容量的比例，通常取0.6~0.8；

   為電流總諧波畸變率，各行業(yè)略有不同，具體數(shù)值參見上文表1；

   為變壓器額定容量，單位KVA；

   為低壓系統(tǒng)電壓，一般取0.38~0.4。

六、產(chǎn)品介紹

ANAPF板載式有源濾波裝置是我公司研發(fā)的電能補償裝置的一種，采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，基于高速全數(shù)字控制方式的數(shù)字信號處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理設備。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。與傳統(tǒng)無源濾波器（相當于給諧波電流提供了接近于0的低阻抗通道，以免諧波電流注入系統(tǒng)）相對比，有源濾波裝置通過IGBT逆變模塊實現(xiàn)了各次諧波的動態(tài)濾除。

6.1 ANAPF板載式有源濾波裝置工作原理

ANAPF板載式有源濾波裝置可以通過外部電流互感器，實時檢測負載電流，并通過內(nèi)部DSP計算，提取并計算出負載電流的諧波成分，然后通過PWM信號發(fā)送給內(nèi)部IGBT，控制逆變器產(chǎn)生一個和負載諧波電流大小相等，方向相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中抵消對應諧波電流，達到濾波目的。工作原理圖及補償示意如圖1所示。 

圖1 ANAPF工作原理及對應波形示意

6.2 ANAPF板載式有源濾波裝置結(jié)構(gòu)介紹及優(yōu)勢分析

ANAPF板載式有源濾波裝置相較于公司前期的立柜式產(chǎn)品來說，體積更小、重量更輕、方便安裝、更美觀，這對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)安排和內(nèi)部集成度有了更高的要求。我司生產(chǎn)的ANAPF有源濾波裝置分為兩種安裝方式：抽屜式、壁掛式

6.2.1抽屜式模塊

抽屜式板載模塊外觀如圖所示：

其主要參數(shù)如下：

外形尺寸485×610×275 （寬*深*高）

額定電流：50A（可按照需求適當提高）

額定電壓:AC380V

接線方式:三相三線或三相四線

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(zhì)量：50KG

6.2.2壁掛式模塊

壁掛式板載模塊外觀如圖所示：

其主要參數(shù)如下：

外形尺寸485×275×610 （寬*深*高）

額定電流：50A（可按照需求適當提高）

額定電壓:AC380V

接線方式:三相三線或三相四線

進線方式：上進上出

額定頻率：50Hz

模塊殼體顏色：RAL7035

防護等級：IP20

質(zhì)量：50KG

接線示意圖如下：

其中壁掛式結(jié)構(gòu)適用于負荷容量較小或場地緊湊的場合，一般為單柜獨立運行時使用；抽屜式結(jié)構(gòu)多采用多模塊并聯(lián)安裝在抽屜柜體中的安裝方式，可根據(jù)實際補償容量需求增減柜體內(nèi)模塊數(shù)量，適用于大負荷容量的場合。目前我司常規(guī)產(chǎn)品較大的為6個模塊組合，并且正在向更多模塊數(shù)，更大容量化方面研究與發(fā)展。其抽屜柜安裝效果圖如圖4所示。

該方式相對于傳統(tǒng)整柜式有以下幾項優(yōu)點：

（1）每個模塊容量為50A（可在適當范圍內(nèi)浮動），相同的柜體格局下有更多容量選擇，并可根據(jù)客戶實際需求增加模塊數(shù)量至6個以上（需加寬柜體尺寸，效果可參照圖5）；

（2）可根據(jù)負載使用變化隨時增、減APF設備的容量（加、減模塊數(shù)量即可，并對人機界面作相應參數(shù)設置）；

（3）每個模塊單獨安裝散熱單元，并可在柜體上加裝散熱風扇，散熱效果良好，故障率低；

（4）多個模塊之間雖有通訊連接，但各臺的故障并不會相互影響其它模塊繼續(xù)工作（補償容量會相應減小）；

（5）后期維護方便，可實現(xiàn)故障模塊單獨維修、更換；維護期間ANAPF有源濾波裝置可持續(xù)工作。

（6）結(jié)構(gòu)精巧，設計靈活，可作為零部件（模塊）單獨購買，嵌入第三方柜體；柜型外觀、尺寸的改變基本不影響內(nèi)部安裝和整體使用效果。

（7）生產(chǎn)周期短，即使是非常規(guī)要求產(chǎn)品亦能保證及時投入使用，確保客戶經(jīng)濟利益。 

圖4 模塊化組合式安裝示意圖                                     圖5 兩列模塊組裝效果示意圖

6.3 ANAPF板載式有源濾波裝置的補償效果

下面是某負載的產(chǎn)品應用效果圖，其諧波含量在26%左右，通過電能質(zhì)量分析儀PW3198的分析可以幫助我們很直觀的看到補償效果。

      補償前網(wǎng)側(cè)諧波畸變率                 補償前網(wǎng)側(cè)諧波畸變率

補償后諧波電流含量僅為4%，低于國標對0.38KV電網(wǎng)的要求5%，以C相為例，對應的各次諧波含量清單如下：

       補償前C相各次諧波含量                補償后C相各次諧波含量

從波形來看效果可以更直觀的看到補償效果：補償前電流波形為M形，補償后已變?yōu)檎也ǎЧ己谩? 

        補償前電壓電流波形                  補償前電壓電流波形

7、產(chǎn)品相關證書

型式試驗報告和CE證書

ANAPF板載式有源濾波裝置在原有立柜、抽屜、壁掛式產(chǎn)品基礎上，進一步縮小了體積并減輕重量；由于其采用了高集成化模塊設計，后期維護變得更加輕松、便利，而且治理效果也更顯著。其不僅能治理諧波，也能補償無功：地治理諧波，可改善電能質(zhì)量使設備誤動作率大大降低，從而提高電氣設備利用率和產(chǎn)品合格率，既保證了電網(wǎng)運行，又能降低用戶的電力損耗；而地補償無功，使功率因數(shù)高達0.98以上，則避免了用戶因功率因數(shù)不足而被罰款，也為用戶帶來了可觀的經(jīng)濟收益。由此可見，選用ANAPF板載式產(chǎn)品，對電網(wǎng)設施和用戶設備都有大的益處，可以說是實現(xiàn)了供用電雙方的共贏。