ANAPF有源濾波器在江陰紡織企業(yè)的設計與應用

周菁

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰

摘要

    本文介紹了ANAPF有源濾波裝置的工作原理、方案、技術(shù)參數以及產(chǎn)品特點(diǎn)，結合在江蘇某紡織企業(yè)低壓配電系統中的應用案列，說(shuō)明了有源濾波裝置在低壓配電系統中對改善供電電能質(zhì)量、治理諧波起到了至關(guān)重要的作用。

關(guān)鍵詞：低壓配電系統  有源濾波裝置  工作原理 方案 特點(diǎn) 應用  諧波

引言  

    隨著(zhù)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(xiàn)性電力裝置設備的廣泛應用產(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)導致了諧波電壓；諧波污染越來(lái)越多地威脅到電力系統安全、穩定、經(jīng)濟運行，給同一網(wǎng)絡(luò )的線(xiàn)性負載和其它用戶(hù)帶來(lái)了極大影響。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(chǎn)生的原理、研究消除供配電系統中的高次諧波問(wèn)題對改善供電質(zhì)量和確保電力系統安全經(jīng)濟運行有著(zhù)非常積極的意義。諧波測量是諧波問(wèn)題中的一個(gè)重要分支，對抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問(wèn)題有著(zhù)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(kāi)展的重要前提。

1.工作原理

    ANAPF系列有源電力濾波裝置并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動(dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過(guò)CT采集系統諧波電流，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(guò)功率執行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線(xiàn)性負載所產(chǎn)生的諧波電流。

  ANAPF有源電力濾波器原理圖

2.APF產(chǎn)品技術(shù)參數

                           ANAPF有源電力濾波器技術(shù)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(jīng)濟型方案，為用戶(hù)大大節約了成本。單個(gè)模塊容量大為50A,可單獨使用。也可選用多個(gè)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(guān)技術(shù)人員對容量2500KVA的1#變壓器出線(xiàn)側進(jìn)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(diǎn)）

    根據測量后的電能質(zhì)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。

由以上公式計算，可計算得1#變壓器出線(xiàn)柜的諧波電流，如表所示。                   

4.產(chǎn)品設計
    諧波治理時(shí)考慮到要將諧波濾波干凈，諧波濾波器選型時(shí)要比實(shí)際電流大一些，確定對1#變壓器變頻器出線(xiàn)配置2臺ANAPF200-380/BGL的有源濾波裝置進(jìn)行集中治理。

4.1電氣設計

    ANAPF200-380/BGL有源濾波裝置由4個(gè)50A抽屜板載模塊構成，總進(jìn)線(xiàn)配一個(gè)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(xiàn)方式:三相四線(xiàn)

進(jìn)線(xiàn)方式：后進(jìn)后出

額定頻率：50Hz

模塊殼體顏色：RAL9004

防護等級：IP20

質(zhì)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(zhì)，安裝方式是與配電柜拼柜，柜體設計本著(zhù)與其它低壓柜協(xié)調一致的原則。

5.產(chǎn)品特點(diǎn)

●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，具有極快的響應時(shí)間，的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩定；

●一機多能，即可補諧波，又可兼補無(wú)功，可對2-31次諧波進(jìn)行全補償或特定次諧波進(jìn)行補償；

●具有完善的橋臂過(guò)流保護、直流過(guò)壓保護、裝置過(guò)溫保護功能；

●每個(gè)模塊采用彩色觸摸屏以實(shí)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(chǎng)使用變頻器等負載，產(chǎn)生大量諧波，導致電容柜的電容器損壞，從而使實(shí)際功率因數降低，由于功率因數達不到國家規定標準0.9的要求，供電部門(mén)采取了對該公司進(jìn)行經(jīng)濟上的處罰，嚴重影響公司正常運營(yíng)。

6.2諧波治理效果

    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(xiàn)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。

    投入有源電力濾波器后，變頻器電網(wǎng)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(lái)的331.6A變?yōu)?2.2A，7次諧波電流從原來(lái)的89.8A變?yōu)?3.8A，其他次數的諧波同樣得到了消除。有源電力濾波器的應用為企業(yè)消除電網(wǎng)污染、節能降耗帶來(lái)了新的亮點(diǎn)。

7.結束語(yǔ)

    該項目所選用的有源濾波柜是新模塊化設計方案，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；有源濾波裝置節約了用戶(hù)投資成本，縮短了工期，為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了的補償裝置，具有良好的應用價(jià)值和應用前景。

【參考資料】

［1］ 安科瑞電能質(zhì)量監測與治理選型手冊。2015.08版

［2］ 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.版