厂矿企业配电网低压侧并联有源滤波装置应用及优势概述

厂矿企业配电网低压侧并联有源滤波装置应用及优势概述

王长幸 江苏安科瑞电器制造有限公司

摘要：本文介绍了并联有源滤波装置的工作原理和在厂矿企业配电网中应用，就谐波治理中的无源及有源滤波技术进行了对比，结合实践证明并联有源滤波装置是治理谐波污染的有效设备，今后将具有广阔的运用前景。

关键词：谐波有源滤波装置混合补偿

引言：近年来，许多厂矿企业大量使用可控硅整流和换流设备、电弧炉、中频炉等谐波干扰源负荷设备，这些设备在吸收大量无功功率、降低用户的功率因数的同时，也使谐波问题日趋严重。根据电力工业电能质量方面的标准及管理规定，各地供电部门出台了相应的谐波限制准则及措施，并对谐波污染严重的企事业单位进行考核和治理。因此，滤除谐波、提高功率因数、延长设备寿命是这类企业节能降耗、提高生产效益和产品质量的当务之急。

传统的谐波抑制和无功补偿方法是采用由电感和电容构成的无源滤波装置，该装置与需补偿的非线性负载并联，在为谐波提供低阻通路的同时，也为负载提供了所需的无功功率。虽然无源滤波装置具有简单、方便的优点，但它也存在许多缺点。

有源电力滤波（activepowerfilter，APF）装置不仅可减小占地面积，而且可有效解决无源滤波装置存在的问题。有源滤波与无源滤波存在着本质区别，它是根据动态补偿谐波的原理，应用现代电力电子器件和计算机技术，快速跟踪谐波产生的谐波大小和特性，由装置发出相应频率的反向电流，从而达到同时滤除多种成分谐波的目的。它一般由电子电力变流器构成，具有半导体功率变流器的高可控性和快速响应性。

1ANAPF低压有源滤波器在工厂中的应用案例

1.1项目简介

秦皇岛某电子有限公司配电系统中接有5套整流变压器，主要给10个熔化中频电炉供电。该类设备采用12脉波晶闸管整流方式，在生产过程中产生严重的非正弦畸变和大量高次谐波，对自身配电系统和公共电网造成严重干扰。同时，由于该非线性负载为感性的，使自身配电系统的功率因数恶化，10kV进线侧11次和13次谐波电流超出国家标准要求，进而大大影响了配电系统和公共电网的电能质量。如果不进行谐波治理，不仅对该公司自身配电系统造成危害，而且会危及公共电网安全。

1.2ANAPF滤波装置原理

ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

原理如下图：

1.3方案设计

10kV高压系统分4段和5段母线，每段母线的有源电力滤波器容量为450A，使用型号为ANAPF100-400/B的滤波器3台并联，通过0.4kV/10kV的谐波变压器将谐波送至10kV侧与负载谐波叠加，达到与电网谐波抵消的作用。

滤波器投运后系统图

1.4治理前后谐波电流频谱对比图：

1.5治理效果

在10kV母线4段和5段使用两套有源电力滤波器装置进行治理后，系统谐波得到了很好的抑制，完全将11次、13次谐波限制在国家标准的范围内，提升供电系统的供电可靠性，消除了系统谐波对电网系统影响的隐患，收到了良好效果，达到改善电网电能质量的目的。

2ANAPF有源滤波器简介

2.1技术参数

接线方式

三相三线或三相四线

接入电压

3×380V±10%

接入频率

50Hz±2%

动态补偿响应时间

动态响应＜4ms，全响应时间＜20ms；

开关频率

10kHz

功能设置

只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功；手动、自动切换。

谐波补偿次数

2-21次

保护类型

直流过压IGBT过流装置温度保护

过载保护

自动限流在设定值，不发生过载

冷却方式

智能风冷

噪音

＜65db(处于柜内并运作于额定状态)

工作环境温度

-10℃～+45℃

工作环境湿度

＜85%RH不凝结

安装场合

室内安装

海拔高度

≤1000m（更高海拔需降容使用）

进出线方式

下进下出

防护等级

IP21

智能通信接口

RS485/MODBUS-RTU

远程监控

可选

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)

三相四线

三相三线

30A、50A

75A、100A

30A、50A

75A、100A

280

360

240

290

说明：

1、可以通过实测数据确定补偿电流，或通过电力系统详细信息（单线图、变压器、负荷情况等）计算出补偿电流；

2、三线系统需配置2个或3个CT（用于A相和C相），四线系统需要配置3个CT（用于A相、B相和C相）。

2.2ANAPF有源滤波器报价及元件清单

型号：ANAPF100-400/B

参考价格：12万元/台

主要产品明细：

序号

名称

型号

数量

1

APF电气柜

800X600X2200

1

2

变流器

APFCOV-CVT100

1

3

控制器

APFMC-C100

1

4

电抗器

APF-RE.(S)DG-100

1

5

有源电流互感器

LT208-S7

3

6

滤波器

DL-1TH1

2

7

断路器

CVS160FTM160D4P3D

1

8

接触器

LC1D150M7C

1

9

微型断路器

NDM1-63C32

1

10

中间继电器

MY4NAC

2

11

R型变压器

R320-0.38/0.22

1

12

谐波检测仪

ACR350EGH

1

13

电线

16mm2

若干

14

电线

4mm2

若干

3并联型ANAPF应用优势

1）滤除谐波

ANAPF滤波范围广、滤波效率高，滤除率可达92%以上：无源滤波设备是利用补偿容量，针对固定次谐波设置LC滤波支路，而对它次谐波滤除效果较差；针对该系统工况谐波成分非常复杂，而系统功率因数已较高。基波补偿容量太小，根本无法设置特定的LC滤波支路来保证各次滤除率达到要求。尤其是系统2次谐波含量较大，而根据LC滤波支路的原理，2次谐波阻抗和基波几乎相同，滤除率极低。

2）防止谐波放大，抑制谐振功能

ANAPF无储能原件，不受系统参数与设计参数发生变化是的影响，不会与系统发生谐振；无源滤波设备，设置高次滤波支路将会对低次谐波放大，而系统2~13次谐波含量均较大，设置的滤波支路极易对其他次谐波造成放大；无法适用系统参数与设计参数不一致或发生的变化，存在与系统发生谐振的风险。

3）其他

ANAPF响应时间小于10ms，延迟时间小于100us；无功补偿可编程，即可补容性无功，也可补感性无功；带载能力强，自动限流，不会发生过载，使用寿命高；体积小，易于安装；无源滤波设备动态响应慢；只能补容性无功；限于LC器件特性，长时间运行后，LC参数可能会发生变化；体积大，调试较复杂。

4结论

1）本文设计的模块化并联型有源滤波装置是可用于低压配电系统的新型滤波补偿装置。该装置自身可同时补偿系统的高次谐波和基波无功功率，具有高度的自适应性，且滤波精度高、补偿效果好。

2）该装置自身各项保护功能完善，可抑制因系统参数改变而产生的并联或串联谐振，还可防止无功过补偿等。

3）在企业原有的电容器无功补偿装置基础上进行了改造，设计的由电容和有源滤波装置构成的滤波与无功功率混合补偿系统，节约了用户投资成本，缩短了工期，为低压配电网的谐波治理工程提供了高效的补偿装置，具有良好的应用价值和应用前景。

4）有源滤波装置模块单体容量的扩大及其电压等级的进一步提高可作为今后研究的方向。

【参考文献】

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《ANAPF有源电力滤波装置设计与应用图集》（图集号：ACR13CDX701）由安科瑞电气股份有限公司主编，本图集结合ANAPF有源电力滤波装置产品的特点，依据电气设计规范，研究消除供配电系统中的高次谐波问题，达到改善供电质量和确保电力系统安全运行的目的。图集适用于新建、改建、扩建和技改项目中工业与民用及公共建筑内电气设备的谐波抑制及综合治理的设计与改造。凡需要图集的请提供贵单位名称、部门、地址、邮编、联系人、联系电话、邮箱等信息，传真:0510-86179835、邮件：[email protected]或QQ:2880263323至安科瑞王长幸工程师收，安科瑞电气免费赠送。