什么是电力滤波器原理 壁挂有源电力滤波器
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关 键 词：什么是电力滤波器原理
行 业：电气 电工仪器仪表 自动化仪表
发布时间：2020-11-08
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城市轨道交通低压有源滤波装置的应用
1、引言
随着科技的进步，城市化水平的不断提高，城市轨道交通与人们日常生活息息相关。地轨道交通系统的用电设备缤纷复杂，其中像电力机车、空调水泵及风机、电梯、机房网络设备、UPS、灯光调控系统、消防系统、监控系统和其他电力电子设备分布在整个地铁的应用现场。造成了恶劣的谐波环境，对保证电力系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁。本文通过对谐波问题产生的原因进行分析，提出切合工程实施的解决方案。
2、轨道交通存在的问题
轨道供电系统中主要存在以下五点问题：
轨道交通的供电系统是比较特殊的单相供电，这样导致了三相的严重不平衡;
电铁轨道交通供电系统是经大功率整流桥整流输出后供机车取流牵引，目前国内电铁机车都是采用直流斩波器作为牵引机车直流电源整流系统，机车牵引取流时负荷变化剧烈及快速，产生大量11次、13次谐波电流;
其次是站用变频器、UPS、开关电源大量非线性负荷(3次、5次、7次等)，且随着节能的需要，变频负荷所占比重逐年提高。变频负荷逐年增加，其产生的谐波电流也在相应增加。
电力机车频繁启动、加速、制动使得系统无功快速变化，谐波存在也增加了系统无功的损耗，致使功率因数变化不定且低下。
根据GB50157-2003《地铁设计规范》，地铁动力照明供电系统应采用并联电力电容器作为无功补偿装置。从理论上，该电力电容器无论在基波下还是在谐波下均表现为容性，因此，对于不论是来自于配电变压器高压侧的谐波还是来自于低压变频负荷产生的谐波均会起到放大作用。其放大作用已被国内多个地铁系统的实测结果所验证。
3、谐波产生的危害
(1) 影响动力电气设备的正常工作，除了引起附加损耗外，还可使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，严重时会导致变压器烧毁、电缆放炮、电容器击穿等故障;
(2) 会引起系统中局部并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，使前述的危害大大增加，甚至引起严重事故;
(3) 会导致电力系统内继电保护和自动装置误操作，如保护开关误跳闸，导致部分线路断电;
(4) 使电力系统内计算机等精密设备无法正常工作;
4、轨道交通系统谐波解决方案
ANAPF有源滤波器具有动态响应速度小于20ms，滤除2-21次谐波，可以实时检测系统的谐波电流，控制命令装置发出反向相等的谐波电流，平衡系统谐波电流，滤除系统谐波电流，去除系统谐波电流，去除谐波损耗，稳定系统电压，平衡三相电压，补偿无功损耗。
4.1 ANAPF有源滤波器主要技术特点
DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间 ;先进的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定;一机多能，既可补谐波，又可兼补无功;模块化设计，便于生产调试;便利的并联设计，方便扩容;具有完善的桥臂过流、保护功能;使用方便，易于操作和维护。
4.4 ANAPF有源滤波装置在轨道交通中的应用案列
某城市轨道交通系统，变电系统的谐波治理采用集中补偿方式。下图为有源滤波装置投入前后谐波电压、谐波电流治理图：
由投入滤波器前后电网电流波形可以清楚地看出，电网电流谐波绝大部分被滤除掉，波形已经为正弦波，总电流由2343A降低为2240A，电流有效值降低4.3%;总的电流畸变率由25.2%降为3.3%，补偿率达到89%，功率因数由0.95提高到0.99。对照国标电网谐波电流允许值可以清楚地看出，补偿前各次谐波电流明显超过国标要求数倍，补偿后各次谐波电流均能达到国标要求。对于轨道交通供电系统，安全运行是第一位的。有源滤波器投入后，配电系统谐波得到了很好的抑制，提升供电系统的供电可靠性，消除谐波对轨道交通系统的供电影响，保障了城市轨道系统的安全运行。
5、结论
本文分析了城市轨道交通系统的谐波存在源、谐波特性以及危害，介绍了ANAPF低压有源滤波器的特点以及技术参数，并通过某城市轨道交通系统中有源滤波器的应用案例，对比分析了有源滤波器投入前后的谐波治理情况，由有源滤波器投入前后对比图分析对城市轨道交通进行谐波治理后改善了电能质量，总体提升了轨道交通系统设备的运行效率和电力能源的使用效率。
「参考文献】
郭其一. 同济大学电气工程. 城市轨道交通系统混合滤波器的设计及仿真. 2009:340-343
上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
1 概述
ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。
电网谐波危害及有源滤波装置的控制应用方案
摘要：本文分析了电力电网的谐波源、谐波特性和危害，并通过某大型钢铁股份公司低压配电系统中有源滤波器的应用案例，对比分析了有源滤波器投入前后的情况，说明了有源滤波器的谐波治理技术是改善供电电能质量的有效手段之一，可将产生的谐波控制在小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电能质量，保证电气设备安全的作用。
关键词：电能质量;谐波;有源滤波
1 电能质量与谐波
1.1 谐波的产生
随着电力电子变流装置的应用日益广泛，电能得到了更加充分的利用。但非线性电力装置设备的广泛应用产生了大量畸变的电流谐波，畸变电流在电网中的流动导致了谐波电压;谐波污染越来越多地威胁到电力系统安全、稳定、经济运行，给同一网络的线性负载和其它用户带来了极大影响。谐波已与电磁干扰、功率因数降低并列为电力系统的三大公害。所以了解谐波产生的原理、研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，对抑制谐波、解决谐波产生的问题有着重要的指导作用。因此对谐波的测量和分析是电力系统分析和控制中的一项重要工作，是继电保护、故障测量等工作开展的重要前提。
1.2 谐波的危害
1.2.1使电力元件附加损耗加大，易引发火灾。
谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。
1.2.2影响电气设备的正常运行。
谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。
1.2.3引起电网谐振。
这种谐振可能使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。
1.2.4使继电保护误动作，电气测量误差过大。
谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失;谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。
1.2.5使工控系统崩溃。
临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，计算机无法正常工作;重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。
1.3 谐波治理依据的国家标准
GB/T14549-1993 《电能质量：公用电网谐波》
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》
2典型应用方案介绍
2.1项目背景
某钢铁股份公司是集炼焦、烧结、冶炼、轧材及科研开发为一体的特大型钢铁联合企业，其属下X轧钢厂主要生产中厚板等钢材产品，由于生产需要，在低压配电系统变压器二次侧的设备主要是电动机，变频器带动电机工作。由于变频器内部结构采用大量非线性元件，所以在工作过程中产生大量谐波。
板材在轧制过程中存在一定的冲击负荷，而且生产工艺也并非连续性。从而引起工作电压/电流波动、不连续，工作电流的变化同样引起谐波电流波动。
2.2项目方案
我公司为该企业轧钢车间二号冷床下电网的谐波情况制定了相应的解决方案。采用自主研发的并联型有源电力滤波器ANAPF，在变压器出线侧进行集中治理，滤波器可以自动跟踪治理负载产生的谐波电流，并有效的滤除谐波，从而保证整个系统安全可靠运行。
2.3项目效果
投入有源电力滤波器后，谐波电压、谐波电流治理效果：
投入有源电力滤波器运行后，总电流畸变率由82.1%降至4.4%、5次谐波的电流畸变率由67.0%降至1.9%、7次谐波的电流畸变率由43.8%降至2.0%。电网质量得到明显的改善，并且适用于变化较快的负载，对供电系统的非线性负载在工作过程中产生的谐波起到明显的抑制作用，从根本上改善了整个供电系统的电能质量状况，有效地保护了生产线上设备的正常运行。
3结论
本文介绍的有源滤波装置采用模块化设计，具有极快的响应时间;一机多能，既可补谐波，又可兼补无功;先进的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定;使用方便，易于操作和维护。有源滤波装置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补偿装置，具有良好的应用价值和应用前景。
「参考文献】
GB/T 14549-1993 《电能质量：公用电网谐波》
上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
吴竞昌.供电系统谐波，北京：中国电力科技出版社，1998
