摘要：隨著(zhuó)科學技(jì)術的發展(zhǎn)，大量(liáng)的(dí)電力電子裝置(zhì)廣泛的(dí)應(yīng)用(yòng)於工業的冬(dōng)個(gè)領(lǐng)域(yù)，給工業(yè)帶來了翻(fān)天覆(fù)地的(dí)變化，但(dàn)大量電力電(diàn)子(zǐ)裝置的廣(guǎng)泛應用，同(tóng)時也給電力(lì)係(xì)統這(zhè)個環境帶來(lái)了嚴重(zhòng)的(dí)“汙染(rǎn)"，其(qí)根本原因(yīn)就(jiù)是(shì)電(diàn)力電子裝置是非綫(xiàn)性負(fù)荷，在係統中(zhōng)運(yùn)行會產(chǎn)生諧波(bō)，造成十分(fēn)嚴重的(dí)危(wēi)害(hài)。有源(yuán)電(diàn)力(lì)濾(lǜ)波(bō)器(ActivePowerFilter)是目(mù)前(qián)研(yán)究(jiū)比較深入(rù)的(dí)一種(zhǒng)裝置，它(tā)是(shì)一(yī)種用(yòng)於(yú)動(dòng)態補(bǔ)償，既可抑製諧(xié)波，又可(kě)以補(bǔ)償無(wú)功(gōng)的新型電力電子裝置，它能對大小和頻率都(dū)變化的諧波以(yǐ)及變(biàn)化的無功進行補償，其(qí)應用可(kě)克服LC濾(lǜ)波器等傳統的諧波(bō)抑(yì)製和(hé)無(wú)功補償方法的缺點。

關(guān)鍵詞:有(yǒu)源(yuán)電力濾(lǜ)波器APF;小(xiǎo)區配電(diàn)網;諧波源

1，導言

有源(yuán)濾波(bō)器采用的是(shì)現(xiàn)代電力電子(zǐ)技術，數(shù)字信(xìn)號處理(lǐ)技術和(hé)先(xiān)進控(kòng)製理(lǐ)論的電力技術，它有助(zhù)於電網諧(xié)波的(dí)動態性實(shí)時(shí)補(bǔ)償，是(shì)目(mù)前解決諧波汙染，改善(shàn)電(diàn)能質量(liáng)*有(yǒu)效和*具潛力的途(tú)徑(jìng)之一。一(yī)直(zhí)以(yǐ)來諧波問(wèn)題隻在(zài)工(gōng)業(yè)領域受到(dào)重(zhòng)視，在小區(qū)配電(diàn)網(wǎng)中很少(shǎo)受到關注(zhù)。有調(tiáo)查(chá)結果表明(míng)，小區配(pèi)電網諧波(bō)汙染程度(dù)已經(jīng)非(fēi)常嚴重(zhòng)，且有逐年(nián)加劇(jù)的形勢(shì)。因(yīn)此，小(xiǎo)區配(pèi)電(diàn)網(wǎng)的諧波(bō)治理勢(shì)在必行(háng)。

2，低(dī)壓配電網(wǎng)的主要(yào)諧波(bō)源

隨(suí)著現代(dài)工業技(jì)術和(hé)民用建築(zhù)行業的(dí)快速發展(zhǎn),配(pèi)電(diàn)網(wǎng)中非(fēi)綫性負荷迅速(sù)增(zēng)加。各種(zhǒng)非(fēi)綫性和時(shí)變(biàn)性(xìng)電(diàn)子(zǐ)變(biàn)流器如(rú)逆(nì)變器，整流器(qì)和各種(zhǒng)開(kāi)關電(diàn)源在工業(yè)生(shēng)產(chǎn)和日(rì)常(cháng)生(shēng)活中得到(dào)越來越廣泛地應(yīng)用,其(qí)對(duì)電網的(dí)汙染(rǎn)也(yě)日(rì)益嚴(yán)重(zhòng),這(zhè)些裝置從電(diàn)網中(zhōng)消(xiāo)耗(hào)大量的無(wú)功(gōng)功率(shuài),並(bìng)產(chǎn)生(shēng)大(dà)量(liáng)的(dí)諧(xié)波分(fēn)量(liáng)注入電網(wǎng),導致電網的電壓和(hé)電流波形(xíng)嚴重(zhòng)變形,從而逐(zhú)漸成(chéng)為配電網(wǎng)中*主要的(dí)諧波(bō)源(yuán)。而(ér)在低壓(yā)配(pèi)電(diàn)網中,民(mín)用(yòng)和商業用電(diàn)量所占的比例日益增(zēng)大,各(gè)種(zhǒng)辦(bàn)公自(zì)動化設備和家電的日(rì)益普及(jí),雖然(rán)這些(xiē)電器單(dān)個(gè)的功(gōng)率(shuài)並(bìng)不(bù)大,向電網(wǎng)注(zhù)入的諧波(bō)很小,但由於(yú)總體數量龐大(dà)且工(gōng)作同時性(xìng)強(qiáng),它(tā)們向(xiàng)電(diàn)網(wǎng)注入的(dí)總(zǒng)諧波(bō)電(diàn)流非(fēi)常巨大,所(suǒ)以建(jiàn)築(zhù)用(yòng)電(diàn)逐(zhú)漸成(chéng)為低壓配電網的主要諧波汙(wū)染源(yuán)之一。

3，諧(xié)的(dí)治理(lǐ)方案(àn)

3.1主(zhǔ)動型治理方(fāng)案(àn)

常見(jiàn)的主(zhǔ)動型(xíng)治理(lǐ)方案(àn)就是采用(yòng)高(gāo)功率因數(shù)變(biàn)流器(qì)。電力電(diàn)子裝置(zhì)是電力係(xì)統(tǒng)中(zhōng)*主要的(dí)諧(xié)波(bō)源(yuán),抑製(zhì)諧波*直(zhí)接的(dí)的途徑,就是(shì)開發(fā)新型(xíng)變流(liú)器一一(yī)單位(wèi)功率因數變(biàn)流(liú)器(qì)(UnityPowerFactorConverter),這種(zhǒng)變(biàn)流器(qì)在工(gōng)作過程中不產(chǎn)生諧(xié)波(bō),且(qiě)功率(shuài)因數為1。高功率(shuài)因數變流(liú)器(qì)可(kě)近似(sì)看成(chéng)為(wéi)單位(wèi)功率(shuài)因(yīn)數變(biàn)流器(qì)。采用多(duō)重化(huà)技(jì)術可以(yǐ)減少變流器諧波(bō),其(qí)原理是:多個方波的(dí)疊加可(kě)以(yǐ)消(xiāo)除(chú)次(cì)數較低的諧波,從而得到(dào)近(jìn)似正(zhèng)弦(xián)波的階梯波,重數越多(duō),所(suǒ)得(dé)波(bō)形越接(jiē)近正弦波,但電(diàn)路結構也越復雜(zá)。如(rú)果將(jiāng)多重(zhòng)化技術(shù)與(yǔ)PWM技術相(xiāng)配合,可(kě)取(qǔ)得(dé)更(gēng)加理想的(dí)結(jié)果。這種方案一(yī)般需(xū)要(yào)投入大量(liáng)的資金,普通電(diàn)力(lì)用(yòng)戶難以(yǐ)接受。因此(cǐ)這(zhè)種方法大多應(yīng)用(yòng)於(yú)大(dà)容(róng)量(liáng)場合。

3.2被動型治理(lǐ)方案

1)傳(chuán)統(tǒng)的(dí)諧波補(bǔ)償裝(zhuāng)置(zhì)就是(shì)采(cǎi)用(yòng)由(yóu)電感(gǎn)電(diàn)容(róng)串並聯構成的LC調(tiáo)諧濾波器(qì),結(jié)構如圖(tú)1所(suǒ)示.利用(yòng)諧振原(yuán)理對(duì)特定次(cì)數諧波(bō)電流形(xíng)成低阻抗(kàng),達到對諧波(bō)電流的分離(lí),使其(qí)不注(zhù)入電網(wǎng)。這(zhè)種方(fāng)法既可抑(yì)製諧波,又可(kě)補償無功功率(shuài),而且結構簡單,已(yǐ)經被(bèi)廣泛使用於電力(lì)係(xì)統(tǒng)。然(rán)而(ér),這種諧波補償裝置的補(bǔ)償性能(néng)受(shòu)電(diàn)網(wǎng)阻(zǔ)抗和運行(háng)狀(zhuàng)態影響(xiǎng),因其與(yǔ)係(xì)統的並聯連(lián)接方式，容(róng)易發(fā)生並聯(lián)諧(xié)振,使諧(xié)波(bō)電流放(fàng)大,導致LC濾波器過載甚至(zhì)燒(shāo)毀。此外,固(gù)定(dìng)的拓(tuò)撲結(jié)構(gòu)決定這種(zhǒng)濾(lǜ)波(bō)器隻能對(duì)固定(dìng)頻(pín)率的(dí)諧(xié)波進行補償(cháng),且(qiě)補(bǔ)償效(xiào)果(guǒ)並不(bù)理想。盡(jìn)管(guǎn)如(rú)此(cǐ),因(yīn)其結構簡(jiǎn)單，價格低廉等優(yōu)勢,LC濾(lǜ)波(bō)器(qì)目前仍是(shì)補償諧(xié)波(bō)*主要(yào)的方(fāng)案。

圖1LC濾波器(qì)結(jié)構示意圖

1. 現今越來越(yuè)流行(háng)的一(yī)種抑製(zhì)諧波的(dí)被(bèi)動(dòng)型方(fāng)案(àn),就(jiù)是(shì)采(cǎi)用有(yǒu)源(yuán)電(diàn)力濾波器(qì)(ActivePowerFilterAPF)。有源電(diàn)力(lì)濾(lǜ)波器(qì)也(yě)是一種電力電(diàn)子裝置。其(qí)基(jī)本原理(lǐ)是(shì)從(cóng)補償(cháng)對象(xiàng)中檢測(cè)出諧波電流(liú),由(yóu)補(bǔ)償(cháng)裝(zhuāng)置(zhì)產生一(yī)個與(yǔ)該(gāi)諧波電流(liú)大小(xiǎo)相等而極性(xìng)相(xiāng)反的(dí)補償(cháng)電(diàn)流注(zhù)入(rù)電網,與諧(xié)波(bō)源注入電網的諧(xié)波電流相(xiāng)抵(dǐ)消,從而(ér)使(shǐ)電網電流不含(hán)諧(xié)波分量(liáng)，隻含基波分量。這(zhè)種濾(lǜ)波器(qì)能對幅值(zhí)和(hé)頻(pín)率(shuài)都變化(huà)的諧波進行(háng)實時跟蹤補(bǔ)償(cháng),且(qiě)補償性能不(bù)受電網(wǎng)阻抗的(dí)影(yǐng)響,因而(ér)受(shòu)到很大(dà)的重(zhòng)視(shì)。

圖(tú)2有源電(diàn)力(lì)濾波器原理圖

4，小(xiǎo)區網產

4.1小(xiǎo)區(qū)配電網諧波(bō)產(chǎn)生的原因(yīn)

正弦電壓作(zuò)用在非(fēi)綫(xiàn)性(xìng)負載(zǎi)上(shàng)產(chǎn)生的(dí)電流(liú)不(bù)是標準(zhǔn)正弦(xián)電流，而是發(fā)生(shēng)了畸(jī)變(biàn)。根據傅裏葉(yè)級(jí)數(shù)理(lǐ)論(lùn)，可(kě)以(yǐ)將負載(zǎi)電(diàn)流(liú)進(jìn)行(háng)傅裏葉積分，分解(jiě)出以基(jī)波(bō)頻率為基(jī)礎(chǔ)的各次諧(xié)波，即電流中(zhōng)除了(liǎo)基波(bō)(50Hz)的(dí)電(diàn)流以(yǐ)外，還有(yǒu)2次(cì)(100Hz)，3次(cì)(150Hz)··...·各(gè)次諧波電流(liú)。家(jiā)庭中(zhōng)使用(yòng)的電(diàn)器設備多數都是(shì)非綫(xiàn)性負載，所以(yǐ)在使(shǐ)用過(guò)程中都會(huì)產生諧(xié)波(bō)。2，小(xiǎo)區配(pèi)

4.2電(diàn)網(wǎng)諧波(bō)的(dí)危害

1)引(yǐn)起零(líng)序諧波，並造成三相不(bù)平衡(héng)，降低供電(diàn)質量:

2)使配電(diàn)變壓器(qì)產生附(fù)加(jiā)功率損(sǔn)耗(hào)，發(fā)熱(rè)量(liáng)增(zēng)加，誘發(fā)變(biàn)壓器故障;

3)加速絕緣(yuán)介(jiè)質老(lǎo)化，引起配電(diàn)網短路故障，甚(shèn)至(zhì)造(zào)成(chéng)人身傷(shāng)害:

4)對(duì)斷(duàn)路器(qì)，熔斷(duàn)器(qì)，繼電器等(děng)設備產(chǎn)生幹擾，造成其(qí)誤動，降低供電可(kě)靠性(xìng):5)引發無功(gōng)補(bǔ)償(cháng)設(shè)備諧振(zhèn)，導(dǎo)致無(wú)功(gōng)補(bǔ)償設備(bèi)無(wú)法投切，功(gōng)率因數無(wú)法(fǎ)提高(gāo):

6)使(shǐ)電氣(qì)計量和測量的誤差加(jiā)大:

7)縮短(duǎn)電器設(shè)備的使用(yòng)壽命:

4.3APF用於小區配電網

1)有(yǒu)源電力(lì)濾(lǜ)波(bō)器APF工作原理

APF由兩(liǎng)部(bù)分(fēn)組成:諧波和無(wú)功電流檢測電路及補(bǔ)償電(diàn)流(liú)發生(shēng)電路(由(yóu)補償(cháng)電流(liú)控(kòng)製(zhì)電路，驅(qū)動(dòng)隔離電路和主電路三個部分構(gòu)成(chéng))。前者的作(zuò)用(yòng)是檢(jiǎn)測出負載電(diàn)流(liú)中的諧波和無(wú)功分量(liáng);後者的作用(yòng)是根據(jù)檢(jiǎn)測(cè)出(chū)來的諧波(bō)和無功電流(liú)等產生相應的補償(cháng)電(diàn)流。

有(yǒu)源(yuán)電(diàn)力(lì)濾波器APF工作原理APF由(yóu)兩部(bù)分組成:諧(xié)波和(hé)無功(gōng)電流檢(jiǎn)測電路(lù)及補償電(diàn)流(liú)發(fā)生(shēng)電路(由(yóu)補償(cháng)電(diàn)流(liú)控(kòng)製(zhì)電(diàn)路(lù)，驅動隔(gé)離(lí)電路(lù)和主電路三個部(bù)分(fēn)構成)。前者的(dí)作用(yòng)是(shì)檢測出(chū)負載(zǎi)電流(liú)中的(dí)諧波(bō)和無(wú)功(gōng)分量;後者(zhě)的(dí)作用是(shì)根(gēn)據(jù)檢測(cè)出來(lái)的諧波(bō)和無功電(diàn)流(liú)等(děng)產(chǎn)生相(xiāng)應(yīng)的(dí)補(bǔ)償電流(liú)。諧(xié)波(bō)無(wú)功電(diàn)流檢測(cè)電路將負載(zǎi)電(diàn)流iL中的(dí)諧(xié)波(bō)電流(liú)iLh和無功(gōng)電(diàn)流(liú)iLg分離(lí)出(chū)來，然(rán)後(hòu)把(bǎ)它們(mén)反(fǎn)相並產生出(chū)補(bǔ)償電流iC的調(tiáo)製(zhì)波(bō)信號(hào)iC*，也就是指(zhǐ)令信號(hào)iC*=iLh iLq。補(bǔ)償電(diàn)流控(kòng)製電路根(gēn)據iC*的(dí)值輸(shū)出觸(chù)發脈衝(chōng)，通過驅(qū)動(dòng)隔(gé)離電路驅(qū)動主(zhǔ)電(diàn)路(lù)的(dí)功率開關，使(shǐ)其(qí)創建出補償(cháng)電流iC，iC要跟(gēn)蹤iC*，故iC~-iC*，因此(cǐ):iS=iL iC=iL-iC*=iL-(iLh ilLq)=iLp，即(jí)電(diàn)源電流iS中隻(zhī)含有基波有(yǒu)功分(fēn)iLp量，從而達到(dào)消除諧波(bō)和(hé)補償無功功率(shuài)的目(mù)的。根(gēn)據此(cǐ)原(yuán)理(lǐ)，對於三相(xiāng)APF，還能對電(diàn)流的不對(duì)稱度(dù)和(hé)負序電流等進行(háng)補償(cháng)

2)有源電力(lì)濾(lǜ)波(bō)器(qì)APF實際應(yīng)用效(xiào)果

圖(tú)3為(wéi)某小(xiǎo)區(qū)配電室加裝(zhuāng)有(yǒu)源(yuán)電(diàn)力濾(lǜ)波器(qì)前後電壓，電流波形對(duì)比。在安裝APF裝(zhuāng)置(zhì)前，電(diàn)流(liú)中3，5，7次諧(xié)波(bō)含量較(jiào)大(dà)，APF投(tóu)入(rù)使用後(hòu)，電(diàn)流中(zhōng)3，5，7次(cì)諧(xié)波含量幾乎(hū)全(quán)部(bù)被濾除，同(tóng)時，電(diàn)壓波(bō)形得到改善，提高了(liǎo)供電質(zhì)量。

圖3某小區(qū)使用(yòng)APF前後電(diàn)壓，電流波(bō)形(xíng)對(duì)比

5，有(yǒu)源(yuán)電力濾(lǜ)波(bō)器APF的使(shǐ)用(yòng)成(chéng)效(xiào)

1)諧波得到有效消除，提高供(gōng)電(diàn)電能質量:

2)減少3，5，7次諧波流入(rù)上(shàng)級電網，避(bì)免(miǎn)造(zào)成諧波汙染(rǎn)的(dí)進一步危害:3)減(jiǎn)少諧(xié)波造成的(dí)停電事故，保(bǎo)障(zhàng)安(ān)全，優質，穩(wěn)定(dìng)供電;

4)少諧波對(duì)配(pèi)電(diàn)設備的(dí)損(sǔn)害，降低(dī)維(wéi)護(hù)工作量(liáng)和維護檢修費(fèi)用(yòng):

5)諧(xié)波無功(gōng)功率得(dé)到(dào)補償(cháng)，同時(shí)保障基(jī)波無功(gōng)功率(shuài)補償(cháng)，提(tí)高(gāo)供電能力。

6，安科(kē)瑞APF有(yǒu)源濾波器產品(pǐn)選(xuǎn)型(xíng)

6.1產品特(tè)點

（1）DSP FPGA控製方(fāng)式，響(xiǎng)應時(shí)間(jiān)短，全數(shù)字(zì)控製算法，運行(háng)穩定(dìng)；

（2）一(yī)機(jī)多能，既可(kě)補諧波(bō)，又可(kě)兼(jiān)補(bǔ)無功，可(kě)對(duì)2～51次(cì)諧波進(jìn)行全補償(cháng)或特定次(cì)諧(xié)波進(jìn)行(háng)補償(cháng)；

（3）具有*的(dí)橋(qiáo)臂過流(liú)保護(hù)，直(zhí)流過壓(yā)保護(hù)，裝置過(guò)溫保護(hù)功能；

（4）模塊(kuài)化設(shè)計，體(tǐ)積(jī)小，安裝便利，方便(biàn)擴容(róng)；

（5）采用(yòng)7英寸(cùn)大屏(píng)幕彩色觸摸屏(píng)以(yǐ)實(shí)現參數設(shè)置和控製，使用方(fāng)便，易於(yú)操作和(hé)維護；

（6）輸出端(duān)加(jiā)裝濾波裝(zhuāng)置(zhì)，降低高(gāo)頻(pín)紋波對(duì)電力係統(tǒng)的(dí)影響(xiǎng)；

（7）多機並(bìng)聯，達(dá)到較高(gāo)的電流輸出等(děng)級；

（8）擁(yōng)有(yǒu)自主技術。

6.2型號(hào)說(shuō)明

6.3尺(chǐ)寸(cùn)說(shuō)明

6.4產品(pǐn)實(shí)物展示

ANAPF有源(yuán)濾波器(qì)

7，安(ān)科瑞(ruì)智(zhì)能(néng)電(diàn)容器產品選(xuǎn)型

7.1產品概(gài)述(shù)

AZC/AZCL係列智能電容(róng)器(qì)是(shì)應(yīng)用於0.4kV，50Hz低壓配(pèi)電(diàn)中(zhōng)用於(yú)節(jié)省(shěng)能(néng)源(yuán)，降(jiàng)低(dī)綫損，提(tí)高(gāo)功(gōng)率因數(shù)和(hé)電能質量的新(xīn)一代無功補償設(shè)備。它(tā)由智(zhì)能(néng)測(cè)控單元(yuán)，晶閘管(guǎn)復(fù)合(hé)開關(guān)電(diàn)路(lù)，綫路保(bǎo)護(hù)單元(yuán)，兩台共(gòng)補或(huò)一台(tái)分(fēn)補低(dī)壓電力電(diàn)容(róng)器(qì)構成(chéng)。可(kě)替(tì)代(dài)常(cháng)規由(yóu)熔絲(sī)，復(fù)合開關或機(jī)械式(shì)接(jiē)觸(chù)器，熱(rè)繼電器，低壓(yā)電(diàn)力電容器，指示燈(dēng)等(děng)散件在櫃(guì)內和櫃麵(miàn)由(yóu)導(dǎo)綫連接而(ér)組成的自動無功(gōng)補償(cháng)裝置。具有體積更(gēng)小，功耗(hào)更(gēng)低，維護方(fāng)便(biàn)，使(shǐ)用(yòng)壽命(mìng)長(cháng)，可靠性(xìng)高(gāo)的特(tè)點(diǎn)，適(shì)應現(xiàn)代(dài)電(diàn)網對無功補(bǔ)償的(dí)更高(gāo)要(yào)求。

AZC/AZCL係列(liè)智能(néng)電(diàn)容器(qì)采用定式LCD液(yè)晶(jīng)顯示(shì)器(qì)，可顯(xiǎn)示(shì)三(sān)相母綫(xiàn)電壓(yā)，三相母(mǔ)綫(xiàn)電流，三相功率因數，頻(pín)率(shuài)，電容器路數(shù)及投切(qiē)狀態，有(yǒu)功(gōng)功率，無功(gōng)功率，諧波(bō)電壓(yā)總畸(jī)變率，電容(róng)器溫度等。通過內部晶閘管(guǎn)復合(hé)開關電路(lù)，自動(dòng)尋找適宜投(tóu)入(rù)（切(qiē)除）點，實現過零(líng)投切，具有過壓(yā)保護，缺(quē)相(xiāng)保護，過諧保(bǎo)護(hù)，過(guò)溫(wēn)保護等(děng)保護功能。

7.2型號說明(míng)

AZC係(xì)列智(zhì)能電(diàn)容器選型：

AZCL係列(liè)智(zhì)能電容器選型：

7.3產品實(shí)物展示

AZC係(xì)列(liè)智能電(diàn)容模塊AZCL係(xì)列智能電容(róng)模塊(kuài)

安(ān)科(kē)瑞無功補償(cháng)裝置智能電容(róng)方案(àn)

8，結(jié)論(lùn)

通過在小區(qū)低(dī)壓補償櫃和(hé)無(wú)功(gōng)補償箱(xiāng)上加裝(zhuāng)APF裝(zhuāng)置(zhì)，解決(jué)了小區無功補償裝(zhuāng)置因諧波(bō)超標投不上(shàng)的(dí)問(wèn)題，又防(fáng)止(zhǐ)了高頻(pín)裝置(zhì)因(yīn)產生(shēng)高幅值(zhí)諧波(bō)電流(liú)引(yǐn)起的開關(guān)誤(wù)動。因此，綜(zōng)合其自(zì)身(shēn)特(tè)點可以推而廣之，可應(yīng)用於配網低(dī)壓諧(xié)波超標(biāo)，功率(shuài)因數偏低以(yǐ)及沒(méi)裝(zhuāng)消諧(xié)裝置的高頻裝(zhuāng)置上，以(yǐ)限製或消除諧(xié)波(bō)，提(tí)高(gāo)功率(shuài)因數(shù)，很大的改(gǎi)善(shàn)電能質量(liáng)。

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作者(zhě)簡介(jiè)

魏健(jiàn)輝，女(nǚ),現(xiàn)任職於(yú)安(ān)科瑞(ruì)電氣(qì)股份有限(xiàn)公(gōng)司。