電氣化鐵路模塊化有源電力濾波器方案 鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機(jī)等是主要的諧波發(fā)生設(shè)備，且主要是沖擊性負(fù)荷，對鋼鐵廠附近的其它負(fù)荷有很大影響。同時(shí)，諧波問題對鋼鐵廠無功補(bǔ)償?shù)挠绊懞艽?，所以?yīng)以無功補(bǔ)償和諧波治理同時(shí)處理作為目標(biāo)。
1、模塊化有源電力濾波器概述

1.1 諧波的產(chǎn)生

電力系統(tǒng)中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz的正弦波，但是非線性電力設(shè)備 （大功率可控硅、變頻器、UPS、開關(guān)電源、中頻爐等）的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產(chǎn)生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量為基波，頻率是基波頻率整數(shù)倍的分量為諧波。諧波是電能質(zhì)量的指標(biāo)。

1.2 諧波的危害

●  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(huì)使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。

●  諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)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。

●  引起電網(wǎng)諧振，使得諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會(huì)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。

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

●  臨近的諧波源或較高次諧波會(huì)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(jì)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 產(chǎn)品效益

有源濾波裝置之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補(bǔ)償主電路的諧波），其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抵制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)（傳統(tǒng)的只能固定補(bǔ)償），實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無功。

●  使諧波指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)，避免供電部門罰款或中斷供電；

●  降低變壓器損耗；

●  減少諧波污染，降低諧波對自動(dòng)控制裝置、電能計(jì)量裝置、繼電保護(hù)裝置的干擾，保證供配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行；

●  避免諧波過電壓和諧波過電流對電氣設(shè)備的危害，延長設(shè)備使用壽命；

●  節(jié)能降耗，提高功率因數(shù)，節(jié)約電費(fèi)，避免罰款。

1.4 執(zhí)行標(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：三相電壓不平衡度》

GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓偏差》

GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量：電壓波動(dòng)和閃變》

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

GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率偏差》

GB17625.1-2012 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值》

GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置》

2、產(chǎn)品介紹 電氣化鐵路模塊化有源電力濾波器方案
安裝有源濾波器原理是在諧波電流或電壓諧振頻率處加入等效導(dǎo)納無窮大的并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)或等效阻抗無窮大的串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。因此，有并聯(lián)和串聯(lián)2種。并聯(lián)有源電力濾波器它產(chǎn)生與負(fù)載電流諧波相反的諧波電流分量，從而相抵消掉。串聯(lián)有源電力濾波器它產(chǎn)生與電路電壓諧波分量相反的諧波電壓進(jìn)行抵消。安科瑞主要生產(chǎn)并聯(lián)型有源電力濾波器。
2.1 模塊化有源電力濾波器工作原理
有源濾波裝置，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專用設(shè)備。它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主要部分組成。指令電流運(yùn)算電路實(shí)時(shí)監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）對信號(hào)進(jìn)行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)形式向補(bǔ)償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，對諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電力諧波。

APF有源濾波器 廣東壁掛式有源濾波柜廠家供應(yīng)并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。其原理為：ANAPF系列板載式動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無功有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

圖2-1  ANAPF系列原理圖

2.2 模塊化有源電力濾波器產(chǎn)品特點(diǎn)

●  DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應(yīng)時(shí)間，的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?，精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定；

●  一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功，可對2～31次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；

●  具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能；

●  模塊化設(shè)計(jì)，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容；

●  采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；

●  輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

●  多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級；

●  擁有自主技術(shù)。

APF有源電力濾波器主要采用FFT算法，DFT算法以及三相電路瞬時(shí)無功功率理論算法；APF有源電力濾波器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多；并聯(lián)APF有源電力濾波器主要是治理電流諧波，串聯(lián)APF有源電力濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。
APF有源電力濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時(shí)濾除多次及高次諧波，不會(huì)引起諧振，但是價(jià)位相對高！實(shí)際應(yīng)用安全系數(shù)很低，普遍做法是以變壓器升壓，來保證可靠性，國家相關(guān)部門也要求以變壓器升壓的形式和APF有源電力濾波器結(jié)合，治理高壓諧波！
APF有源電力濾波器主要應(yīng)用場合：
1.變頻設(shè)備的應(yīng)用場合　隨著技術(shù)的進(jìn)步，變頻設(shè)備大量應(yīng)用于各類場合，變頻設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，因此，這類場合是APF有源電力濾波器主要的目標(biāo)市場之一。
2.不穩(wěn)定負(fù)荷的應(yīng)用場合　不穩(wěn)定負(fù)荷不是APF有源電力濾波器的主要市場，但它是電力系統(tǒng)一個(gè)重要的方面，因?yàn)椴环€(wěn)定的負(fù)荷雖然所占比例不大，但是它們對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它負(fù)荷所造成的影響，因此對于該類應(yīng)用場合也應(yīng)作為APF有源電力濾波器的主要市場方向之一。
3.鋼鐵廠　鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機(jī)等是主要的諧波發(fā)生設(shè)備，且主要是沖擊性負(fù)荷，對鋼鐵廠附近的其它負(fù)荷有很大影響。同時(shí)，諧波問題對鋼鐵廠無功補(bǔ)償?shù)挠绊懞艽螅詰?yīng)以無功補(bǔ)償和諧波治理同時(shí)處理作為目標(biāo)。
4.有色冶金　有色冶金的負(fù)荷除電弧爐性質(zhì)的負(fù)荷外，還由于采用直流濕法冶金而產(chǎn)生大量的直流成分。
5.港口機(jī)械　港機(jī)是大型的提升設(shè)備，一般都采用很大的變頻器，因此是港口機(jī)械主要的諧波發(fā)生源，因此對于該類應(yīng)用場合也應(yīng)作為APF有源電力濾波器的市場方向之一。
6.電氣化鐵路　電氣化鐵路一般使用直流電機(jī)拖動(dòng)，因此是一個(gè)市政方面的主要諧波源。根據(jù)現(xiàn)有上海、北京等地電氣化鐵路的運(yùn)行情況，大多數(shù)系統(tǒng)都安裝了濾波器。預(yù)計(jì)本產(chǎn)品可以達(dá)到電氣鐵路濾波器國產(chǎn)化的作用。
7.高精度自動(dòng)化生產(chǎn)線　高精度自動(dòng)化生產(chǎn)線本身不產(chǎn)生諧波，但是對于電能質(zhì)量有很高的要求，因此需要在高精度自動(dòng)化生產(chǎn)線的供電側(cè)安裝APF有源電力濾波器，以降低諧波對生產(chǎn)線的影響。
8.辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調(diào)集中場所辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調(diào)集中場所的諧波情況也非常嚴(yán)重，治理方法宜采用集中治理方法，以節(jié)省成本。
2.3 主要技術(shù)參數(shù)

2.4 動(dòng)態(tài)濾波補(bǔ)償裝置產(chǎn)品型號(hào)及說明

有源電力濾波器主要應(yīng)用的范圍
1、變頻設(shè)備的應(yīng)用場合
隨著技術(shù)的進(jìn)步，變頻設(shè)備大量應(yīng)用于各類場合，變頻設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量的諧波，因此，這類場合是APF有源濾波器主要的目標(biāo)市場之一。
2、不穩(wěn)定負(fù)荷的應(yīng)用場合
不穩(wěn)定負(fù)荷不是有源濾波器的主要市場，但它是電力系統(tǒng)一個(gè)其的方面，因?yàn)椴环€(wěn)定的負(fù)荷雖然所占比例不大，但是它們對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的影響卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它負(fù)荷所造成的影響，因此對于該類應(yīng)用場合也應(yīng)作為有源濾波器的主要市場方向之一。
3、鋼鐵廠
鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機(jī)等是主要的諧波發(fā)生設(shè)備，且主要是沖擊性負(fù)荷，對鋼鐵廠附近的其它負(fù)荷有很大影響。同時(shí)，諧波問題對鋼鐵廠無功補(bǔ)償?shù)挠绊懞艽螅詰?yīng)以無功補(bǔ)償和諧波治理同時(shí)處理作為目標(biāo)。
4、有色冶金
有色冶金的負(fù)荷除電弧爐性質(zhì)的負(fù)荷外，還由于采用直流濕法冶金而產(chǎn)生大量的直流成分。
5、港口機(jī)械
港機(jī)是大型的提升設(shè)備，一般都采用很大的變頻器，因此是港口機(jī)械主要的諧波發(fā)生源，因此對于該類應(yīng)用場合也應(yīng)作為有源濾波器的市場方向之一。
6、電氣化鐵路
電氣化鐵路一般使用直流電機(jī)拖動(dòng)，因此是一個(gè)市政方面的主要諧波源。根據(jù)現(xiàn)有上海、北京等地電氣化鐵路的運(yùn)行情況，大多數(shù)系統(tǒng)都安裝了濾波器。預(yù)計(jì)本產(chǎn)品可以達(dá)到電氣鐵路濾波器國產(chǎn)化的作用。
7、高精度自動(dòng)化生產(chǎn)線
高精度自動(dòng)化生產(chǎn)線本身不產(chǎn)生諧波，但是對于電能質(zhì)量有很高的要求，因此需要在高精度自動(dòng)化生產(chǎn)線的供電側(cè)安裝有源濾波器，以降低諧波對生產(chǎn)線的影響。
8、辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調(diào)集中場所
辦公大樓、大型商業(yè)區(qū)等節(jié)能燈和空調(diào)集中場所的諧波情況也非常嚴(yán)重，治理方法宜采用集中治理方法，以節(jié)省成本。
3、模塊化有源電力濾波器
應(yīng)用案例

3.1  貴州模塊化有源電力濾波器在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

常熟智慧城市是一個(gè)市民卡信息中心，其中包括大型數(shù)據(jù)機(jī)房，對電能質(zhì)量要求非常高；為了提高供電可靠度，采用大量的UPS作為設(shè)備電源，機(jī)房內(nèi)還包含空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備等。此類電力電子設(shè)備皆屬于非線性負(fù)載，在使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波并注入系統(tǒng)中，主要以5次、7次為主；如果不進(jìn)行諧波治理，對電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，也影響機(jī)房中其他敏感設(shè)備，比如導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，甚至癱瘓、中斷，降低了配電系統(tǒng)的性、可靠性。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產(chǎn)生，供電系統(tǒng)由2臺(tái)800kVA變壓器及其一臺(tái)800kW發(fā)電機(jī)組成，采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺(tái)150A并機(jī)實(shí)現(xiàn)，型號(hào)為ANAPF150-380/BGL，來自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，保證整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

▲ 治理效果：

圖4-1治理之前A、B、C、N相電流波形和電流頻譜

由圖可以看出，治理前，N線電流較大，3次、5次、7次等諧波頻次含量較大；治理后，N線電流明顯降低、各次諧波電流得到抵制，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，了諧波對通信系統(tǒng)影響的危害，收到了良好的運(yùn)行效果。

▲ 安裝現(xiàn)場：

圖4-2 安裝現(xiàn)場

3.2  ANAPF在辦公樓宇的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

珠海橫琴口岸項(xiàng)目是臨時(shí)邊檢大樓的新建項(xiàng)目，為邊檢部門電氣設(shè)備提供可靠電力支持，對電能質(zhì)量要求較高；用電設(shè)備主要是大功率UPS、LED顯示屏、空調(diào)、照明和報(bào)檢大廳動(dòng)力設(shè)備等，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，其諧波主要包括3、5、7、9次；不進(jìn)行合理治理，將對其他電氣設(shè)備產(chǎn)生危害，如：大量的3次諧波造成中線過熱甚至發(fā)生火災(zāi)；大量諧波造成變壓器局部嚴(yán)重過熱；繼電保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作等。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產(chǎn)生，該項(xiàng)目有1#、2#兩個(gè)配電站，1#配電站有2臺(tái)800kVA的變壓器，2#配電站有2臺(tái)1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器，由于安裝空間有限，選擇我司壁掛式有源電力濾波器進(jìn)行嵌入式安裝，1#配電站中#1和#2變壓器下安裝型號(hào)均為ANAPF75-380/BBL，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺(tái)型號(hào)為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機(jī)使用，保障了整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

▲ 治理效果：

圖4-4治理之后電流波形和各次諧波電流畸變率

治理前電流波形發(fā)生畸變，三相電流畸變率分別為10.8%、11.1%、12.5%；在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波，各次諧波得到抵制，電流畸變率明顯降低，三相電流畸變率降至4.0%、4.1%、4.4%。

▲ 安裝現(xiàn)場：

3.3  ANAPF在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

合肥日立建機(jī)是日立建機(jī)集團(tuán)在zui大的生產(chǎn)基地，其主要負(fù)載是變頻器、電焊機(jī)和中頻爐等，這類負(fù)載屬于中污染設(shè)備，使用時(shí)電流變化很快，無功需求大，傳統(tǒng)無功柜跟不上負(fù)載變化速度，導(dǎo)致功率因數(shù)很低，造成無功罰款；同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量諧波流入電網(wǎng)中，諧波電流在線路上流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓降，使得電壓也畸變嚴(yán)重，致使一些精度高的生產(chǎn)設(shè)備不能正常運(yùn)行，影響公司的生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，給客戶帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

▲ 治理方案：

該項(xiàng)目共有6臺(tái)變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線側(cè)加裝ANAPF系列有源電力濾波器，型號(hào)為：ANPF200-380/BGL，既可補(bǔ)償諧波又可補(bǔ)償部分動(dòng)態(tài)無功。同時(shí)，建議在變頻器的進(jìn)線端加裝輸入電抗器，用來濾除部分變頻器諧波，以達(dá)到更好的治理效果。

▲ 治理效果：

由圖4-5和圖4-6可以看出，治理前，電流波形失真十分嚴(yán)重，三相電流畸變率分別為21.3%、25.0%、28.0%，主要以5次、7次、11次等符合6n±1次特性的諧波為主，功率因數(shù)約0.83左右，會(huì)造成無功罰款；加裝ANAPF系列有源電力濾波器后，電流波形已經(jīng)趨向正弦波，三相電流畸變率分別為2.6%、2.6%、2.6%，主要頻次諧波得到抵制，功率因數(shù)也都到很明顯的提高。此次諧波治理，電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯改善，保護(hù)了生產(chǎn)線上設(shè)備的正常運(yùn)行。

▲ 安裝現(xiàn)場：

3.4  ANAPF模塊化有源電力濾波器在其它行業(yè)的應(yīng)用

軌道交通

城市軌道交通存在大量熒光燈、UPS電源、變頻器及軟啟動(dòng)裝置，均會(huì)產(chǎn)生大量諧波，使得電力系統(tǒng)正弦波畸變，電能質(zhì)量降低。諧波進(jìn)行綜合治理，給交通、順暢帶來保障。

類似行業(yè)案例：、山東日照機(jī)場、南海三沙市機(jī)場、吉林站西廣場交通樞紐等。

行業(yè)主要是核磁共振機(jī)、CT機(jī)等設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量諧波，大量設(shè)備對供電電源的諧波質(zhì)量要求非常高，如果不進(jìn)行治理，很可能造成檢測數(shù)據(jù)誤差大，設(shè)備之間干擾不能正常工作，造成嚴(yán)重的事故。諧波治理后，降低了用電隱患。

類似行業(yè)案例：陜西榆林*人民、上海第二康復(fù)、滁州市第二人民、安徽六安第六人民等。

冶金

冶金行業(yè)中大量使用了電弧爐、加熱爐、軋機(jī)等，這些負(fù)載不僅容量大，而且大部分為感性負(fù)荷，在不使用無功補(bǔ)償裝置的情況下，功率因數(shù)低，且產(chǎn)生大量畸變的諧波，嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的運(yùn)行和電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

類似行業(yè)案例：江蘇省鑌鑫特鋼材材料有限公司、宇東能源化工基地等。

體育館、演播廳

體育館、演播中心這類場所，主要就是大量舞臺(tái)燈光、LED屏幕、高桿燈等設(shè)備產(chǎn)生諧波。使得電能質(zhì)量變差，及時(shí)進(jìn)行諧波治理可保障設(shè)備本身的使用效果，給用電帶來保障。

類似行業(yè)案例：蘇州澹臺(tái)湖會(huì)議中心、廣州文化宮、武漢市教育電視臺(tái)演播廳、岳陽市奧體中心及游泳館等。

安科瑞高度重視產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)創(chuàng)新，截止2019年底，公司擁有5項(xiàng)商標(biāo)、20項(xiàng)發(fā)明、81項(xiàng)實(shí)用新型、103項(xiàng)外觀、179項(xiàng)計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)，并參與多個(gè)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定。安科瑞在國內(nèi)主要城市配置銷售、團(tuán)隊(duì)，快速響應(yīng)客戶需求，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和服務(wù)。經(jīng)過多年的積累和發(fā)展，公司在產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)方面贏得了海內(nèi)外客戶的廣泛的贊譽(yù)。