谐波抑制与有源滤波装置的应用

【关键词】：谐波无源滤波器有源滤波器 ANAPF

 
【正文】：

1前言

在电力系统中，正常的电压和电流波形应当是频率为50Hz的正弦波，但是实际的波形总有不同程度的畸变，这就是谐波所致。随着电力技术的飞速发展，谐波所造成的危害也日趋严重，谐波污染已成为阻碍电力技术发展的重大障碍之一[ 1]。

2　谐波治理

2.1　谐波治理的标准

谐波的危害和影响引起了世界各国高度重视，为了保证电 和用电设备的安全、稳定、经济运行，目前许多国家、国际组织以及一些大电力公司都制定了相应的谐波标准。

GB/T14549-1993 《电能质量：公用电 谐波》[ 2 – 3]

GB/T15543-2008 《电能质量：三相电压允许不平衡度》

GB/T12325-2008 《电能质量：供电电压允许偏差》

GB/T12326-2008 《电能质量：电压波动和闪变》

GB/T18481-2001 《电能质量：暂时过电压和瞬态过电压》

GB/T15945-2008 《电能质量：电力系统频率允许偏差》

GB7625.1-1998《低压电气电子产品发出的谐波电流限值》

GB/T15576-1995 《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》

各谐波标准宗旨大同小异，都是基于以下三个目的：

(1)将电力系统电流和电压波形的畸变控制到系统及其所接设备能够允许的水平。

(2)以符合用户需要的电压波形向用户供电。

(3)不干扰其他系统(如通讯系统)的正常工作。

2.2　谐波治理的措施

针对谐波产生的特点谐波治理的措施主要有以下3种形式：(1)主动治理，即从谐波源出发，使谐波源不产生谐波或降低谐波源产生的谐波； (2)受端治理。即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们的抗谐波干扰能力； (3)被动治理，即外加滤波装置，阻止谐波源产生的谐波注入电 ，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。

目前应用较广的是采用被动治理的措施，外加滤波装置。目前主要方式为无源滤波器和有源滤波器，以阻止谐波源产生的谐波注入电 ，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。

虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电 中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚***振现象等技术缺陷，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。

相比无源滤波器，有源滤波器具有以下优点：

(1)滤波性能不受系统阻抗的影响。

(2)不会与系统阻抗发生串联或并联谐振，系统结构的变化不会影响治理效果。

(3)原理上比PPF更为优越，用一台装置就能完成各次谐波的治理。

(4)可实现动态治理，能够迅速响应谐波的频率和大小发生的变化。

(5)由于装置本身能完成输出限制，因此即使谐波含量增大也不会过载。

(6)具备多种补偿功能，可以对无功功率和负序进行补偿。

(7)谐波补偿特性不受电 频率变化的影响。

(8)可以对多个谐波源进行集中治理。

安科瑞公司ANAPF系列有源电力滤波装置作为一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功，是谐波治理和无功补偿的*佳选择，是确保电 稳定运行的有力保障。

3　ANAPF系列有源电力滤波装置

作为改善供电质量的一项关键技术，目前有源电力滤波器在日本、美国、德国等发达工业国家已广泛用于国民经济的各个生产部门，并且谐波补偿的次数逐步提高，单机装置的容量也逐步提高，其应用领域正从补偿用户自身的谐波向改善整个电力系统供电质量的方向发展。

3.1　ANAPF有源电力滤波装置的工作原理

ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联的方式接入电 ，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。（见图1）

3.2　ANAPF有源电力滤波装置的技术参数

3.3　ANAPF有源电力滤波装置的功能模块

u 控制器模块APFMC-C100

主要由：DSP（数字信号处理器）、FPGA逻辑器件、AD信号采样电路、DI/DO输入输出控制电PWM波形控制电路、RS485通讯电路等组成，主要用来完成电压、电流等信号的采集和处理、指令电流的计算、开关电路的生成、PWM信号的输出、系统对外通讯与系统保护等功能。控制系统是有源滤波器的核心，它决定了有源电力滤波器系统的主要性能和指标。

 u 变流器模块APFCOV

其核心是储能电容和IGBT模块。变流器的作用主要是将电 的电压经IGBT功率模块整流后为储能电容充电，使母线电压维持在某个稳定的值，在这个过程中变流器主要工作在整流状态，当主电路产生补偿电流时，变流器又工作在逆变状态。考虑到产品是在电 中长时间运行的，因此直流支撑电容采用薄膜电容，功率模块采用德国原装产品，以确保整机质量。变流器的选择根据补偿电流的大小而有所不同。

u 电抗器模块APF-RE.DG、APF-RE.SDG

APF电抗器起滤波作用，滤除APF发出的电 不需要的谐波。电抗器可分为单相和三相，电流从15A到200A等多种规格。

u 人机操作界面APF-HMI

APF柜在工作时，系统可以监测其 侧电流、APF桥臂电流以及负载侧电流，用户可以通过HMI来对APF的运行模式进行设置，对于运行中出现的问题，可以产生对应的事件记录。HMI就是我司针对电力系统，工矿企业，公用设施,智能大厦的电力监控需求而设计的一种智能仪表，它采用高亮度TFT-LCD彩屏显示界面，通过面板按键来实现参数设置和控制，集成全部电力参数的测量、全面的电能计量和考核管理、多种电力质量参数的分析。

u 配套的电流采样互感器AKH-0.66-K

3.4　技术优势

l DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间；

l 先进的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；

l 一机多能，既可补谐波，又可兼补无功；

l 模块化设计，便于生产调试；

l 便利的并联设计，方便扩容；

l 具有完善的桥臂过流、保护功能；

l 使用方便，易于操作和维护。

3.5　有源滤波器 价及元件清单