有源電力濾波器在煙草行業變配電中的應用

徐霜

（安科瑞電氣股份有限公司 上海 嘉定 201801）

    摘要：隨著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，但非線性電力裝置設備的廣泛應用產生了大量畸變的電流諧波，諧波污染越來越多地威脅到電力系統安全、穩定、經濟運行，給同一網絡的線性負載和其它用戶帶來了極大影響。煙草工業在生產制造過程中，使用大量的變頻器進行調速，變頻器所產生的諧波，對廠區配電室的供電網造成了一定的影響。本文通過分析諧波的危害，并提出采用有源電力濾波器進行某卷煙廠諧波治理的方案。

    1、諧波的危害

    變頻器工作時會產生大量的諧波電流，諧波電流在電網阻抗上產生壓降，會使電壓波形也變成非正弦。這樣，連接在同一點的其他設備上就會被施加了含有諧波成分的非正弦電壓，致使一些敏感設備無法正常工作。諧波對企業的危害主要表現在以下幾個方面：

    （1）使電力元件附加損耗加大，易引發火災

    諧波使公用電網中的元件產生附加的損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災。

    （2）影響電氣設備的正常運行

    諧波會影響電氣設備的正常工作，使電機產生機械振動和噪聲等；使變壓器局部嚴重過熱；使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致損壞。

    （3）引起電網諧振

    這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數十倍，會對系統，特別是對電容器和與之串聯的電抗器形成很大的威脅，經常使電容器和電抗器燒毀。

    （4）使繼電保護誤動作，電氣測量誤差過大。

    諧波會導致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產損失。諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經濟損失。

    （5）使工控系統崩潰

    臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設備產生干擾，輕則產生噪聲、降低通信質量、計算機無法正常工作，重則導致信息丟失，使工控系統崩潰。

    諧波所產生的危害如此之嚴重，世界各國都對諧波問題予以充分關注。國際上召開了多次有關諧波問題的學術會議，不少國家和國際學術組織都制定了限制電力系統諧波和用電設備諧波的標準和規定。國標GB/T 14549-1993《電能質量 公用電網諧波》規定的公用電網諧波電壓（相電壓）限值和諧波電流允許值分別見表1-1和表1-2：

    表1-1 公用電網諧波電壓（相電壓）限值

    表1-2 注入公共連接點的諧波電流允許值

    2、諧波的治理

    傳統的LC無源調諧濾波器的方法可以降低諧波電流，又可以補償無功功率，而且結構簡單，故一直被廣泛使用，但這種方法的最大缺點就是其性能要受電網阻抗和運行狀態的影響，易和系統發生并聯諧振，導致諧波電壓放大，如果保護措施不得力，甚至使LC濾波器過載或燒毀。有源電力濾波器（APF：Active Power Filter）是“用戶電力技術”中一種非常重要的裝置，它能抑制電流諧波及閃變等，用以補償負荷電流中的諧波和無功，使電源側電流保持為正弦波，從而防止諧波對電網的污染和提高功率因數。這種補償器主要用在對非線性負荷所產生的諧波源進行治理。

    安科瑞電氣股份有限公司開發的ANAPF系列有源電力濾波器，采用實時的檢測方法，得到電網電壓或電流中的波動、不對稱、諧波等畸變分量，利用快速的電力電子功率器件（IGBT）產生與其相反的波形，再將其抵消掉。原理如圖2-1所示：

圖2-1 ANAPF有源電力濾波器原理圖

    3、有源濾波案例

    某卷煙廠動能車間卷接配電室，配置兩臺2000KVA的干式變壓器，由于其負卷包車間使用了大量變頻器，曾引起電抗器損壞、低壓開關燒毀，我們使用FLUKE434電能質量分析儀對其中一臺變壓器負載進行測量，測試點位于電容補償后負載前的母排，測量發現變壓器副邊側5次電流諧波達到148A，7次諧波電流達到45A，從波形上明顯看到畸變嚴重�？傠娏鳛�746A，畸變率為22.2%，總的諧波電流可以計算出為746×22.2%=165.61A。

    治理方案：在變壓器副邊側并聯接入200A有源電力濾波器對其諧波進行集中治理，使系統正常運行不受諧波危害。方案如圖3-1所示。

圖3-1 ANAPF集中治理方案圖

    安科瑞ANAPF有源電力濾波器的技術參數見表3-1和表3-2。