1.1 諧波的產(chǎn)生

　　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*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。因此對諧波的測量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項重要工作，是繼電保護(hù)、故障測量等工作開展的重要前提。

　　1.2 諧波的危害

　　1.2.1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使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。

　　1.2.2影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

　　諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動和噪聲等，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。

　　1.2.3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。

　　1.2.4使繼電保護(hù)誤動作，電氣測量誤差過大。

　　諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失;諧波還會使電氣測量儀表計量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。

　　1.2.5使工控系統(tǒng)崩潰。

　　臨近的諧波源或較高次諧波會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。

　　1.3 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：電壓波動和閃變》

　　GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時過電壓和瞬態(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》

　　GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

　　2 有源電力濾波裝置

　　2.1 型號說明

　　2.2 產(chǎn)品外形尺寸(單位：mm)

　　2.3 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)，通過實時檢測負(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)生一個和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。

    　2.4 主要技術(shù)特點(diǎn)

　　l DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時間;

　　l 先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ�精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定;

　　l 一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功;

　　l 模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試;

　　l 便利的并聯(lián)設(shè)計，方便擴(kuò)容;

　　l 具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能;

　　l 使用方便，易于操作和維護(hù)。

　　2.5 技術(shù)參數(shù)　　
        2.6 濾波方案選擇框圖
        2.7 安裝技術(shù)要求

　　2.7.1 布置要求

　　ANAPF一般為標(biāo)準(zhǔn)柜式結(jié)構(gòu)，安裝時應(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)計人員在考慮系統(tǒng)接線及平面布置時應(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)計安裝，CT采樣處下游不能包含容性負(fù)荷。　　
        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。

　　2.7.2 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 

　　3)注意互感器的進(jìn)出線要一致且方向正確。

　　4)安裝電纜規(guī)格如下表：

　　安裝電纜與CT采樣線截面積

　　2.8 主要應(yīng)用范圍及場合

　　1)機(jī)場：主控室、計算機(jī)房、廣播系統(tǒng)、EIB燈光調(diào)光系統(tǒng)等。

　　2)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。

　　3)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。

　　4)學(xué)校：精密實驗室、機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)中心等。

　　5)研究所：精密儀器、機(jī)房、高精密設(shè)備集中區(qū)域等。

　　6)大型商場：解決由于節(jié)能燈大量應(yīng)用造成的諧波問題。

　　7)銀行：計算機(jī)中心、營業(yè)部計算機(jī)、安防系統(tǒng)等。

　　8)稅務(wù)、工商：大型計算機(jī)中心等。

　　9)電信機(jī)房：移動基站

　　10)工廠：生產(chǎn)線的PLC、計算機(jī)控制設(shè)備、高精度機(jī)床、PCS系統(tǒng)、計量/稱重系統(tǒng)等。

　　11)電視臺：圖像設(shè)備、調(diào)光設(shè)備、計算機(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)。

　　3.1.1 命名規(guī)則

　　3.1.2 外形尺寸(單位：mm)

　　3.1.3 技術(shù)參數(shù)
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穩(wěn)定的值，在這個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，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。

　　3.2.1 命名規(guī)則

　　3.2.2 外形尺寸(單位：mm)

　　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。

　　3.3.1 命名規(guī)則

　    3.3.2 外形尺寸(單位：mm)

　　3.3.3 產(chǎn)品特點(diǎn)

　　l 鐵心采用優(yōu)質(zhì)低損耗硅鋼片;

　　l 線圈采用銅箔或鋁箔繞制;

　　l 絕緣采用H級，使用壽命更長，安全系數(shù)更高;

　　l 功率范圍寬：單臺可從15A到100A。

　　3.4 人機(jī)操作界面APF-HMI

　　APF柜在工作時，系統(tǒng)可以監(jiān)測其網(wǎng)側(cè)電流、APF橋臂電流以及負(fù)載側(cè)電流，用戶可以通過HMI來對APF的運(yùn)行模式進(jìn)行設(shè)置，對于運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，可以產(chǎn)生對應(yīng)的事件記錄。HMI就是我司針對電力系統(tǒng)，工礦企業(yè)，公用設(shè)施,智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計的一種智能儀表，它采用高亮度TFT-LCD彩屏顯示界面，通過面板按鍵來實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，集成全部電力參數(shù)的測量、全面的電能計量和考核管理、多種電力質(zhì)量參數(shù)的分析。

　　3.4.1 外形尺寸(單位：mm)

　　3.4.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

　　l 接從電壓、電流互感器接入信號，并可任意設(shè)置PT/CT變比;

　　l 四象限電能計量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計、*大需量統(tǒng)計;

　　l 4.7''''大屏幕TFT-LCD彩屏顯示480X272 16位色;

　　l 可配置SD卡記錄各種故障信息和多達(dá)200條的SOE事件記錄;

　　l 帶開關(guān)量輸入輸出，實現(xiàn)遙信和遙控功能;

　　l 可實現(xiàn)過壓、欠壓、過流、不平衡等報警功能，帶有兩路報警繼電器輸出;

　　l 可選配以太網(wǎng)、Profibus等各種通訊接口。

　　3.4.3 技術(shù)參數(shù)

　　3.4.4 接線端子

　　3.5 電流采樣互感器

　　3.5.1 型號說明

　　3.5.2 規(guī)格尺寸

　3.5.3 規(guī)格參數(shù)對照表

4 應(yīng)用方案

　　　　附錄

　　諧波抑制及治理的容量設(shè)計

　　1 諧波電流估算

　　諧波是由非線性設(shè)備產(chǎn)生的，而每種設(shè)備的實際工作狀態(tài)都不同。因此實際諧波電流需采用專門設(shè)備進(jìn)行測量，考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計諧波治理裝置的額定諧波補(bǔ)償電流應(yīng)略大于系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電流本身的測量與計算比較復(fù)雜，況且在設(shè)計時往往很難采集到足夠的電氣設(shè)備使用中的諧波數(shù)據(jù)，可以根據(jù)下列公式以對諧波電流進(jìn)行估算。

　　其中K1為負(fù)荷率：即負(fù)荷占變壓器額定容量的比例，通常取0.7-0.8;

　　K2為諧波系數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)場合不同而不同;

　　ST為變壓器額定容量，單位kVA;

　　US為低壓系統(tǒng)電壓，一般取0.4。

　　2 諧波補(bǔ)償裝置容量選型

　　補(bǔ)償電流選擇原則：根據(jù)估算得到諧波電流值。

　　如采用無源諧波抑制，可根據(jù)無功容量每千乏(kvar)折算成電流后按0.2-0.3的系數(shù)折算成諧波抑制電流，如100kvar消諧式無功補(bǔ)償電流為144A，按系數(shù)0.2折算即抑制28.8A的諧波電流。

　　如采用有源濾波裝置，可根據(jù)濾波方案選擇框圖中的估算值進(jìn)行設(shè)計選型。

　　例：某公司配電變壓器容量為150kVA，變壓器變比為10/0.4kV，K1取值為0.8，K2取值為25%，試求選用電流等級為多少的有源濾波器即可滿足抑制諧波的需要。

　　根據(jù)電流諧波公式為：

        考慮到要有一定有裕量，選用50A的有源電力濾波器 

　　故選用容量為35KVA的有源濾波器即可滿足抑制諧波的需求。

　　諧波限值

　　國標(biāo)GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值見下表.