电力滤波补偿装置-提高功率因素

　　电力滤波补偿装置低压配电系统中主要的谐波污染源,当正弦波电压施加在非线性负载上，电流就变成了非正弦波，非正弦波电流在电网阻抗上产生压降，会使电压波形也变为非正弦波。对非正弦波作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量称为基波，频率大于工频的分量称为谐波。如今广泛使用的负载大部分是非线性的，如整流器、变频器、电弧炉、焊接设备、UPS、电梯、空调、节能灯（荧光灯）、复印机等等，这些非线性负载会产生大量的谐波电流并注入到电网中，使电网电压产生畸变，这种谐波污染会对电网和用户产生严重的危害。

　　电力系统各环节的延时问题,在控制不当的情况下，系统中各个环节易出现延时状况，如何降低各环节延时状况产生的频率，使通过仪器检测出的电流信号与实际状况完全相符，是关系到APF功能问题。

　　三相四线制的电力系统当中，若出现延时将影响电网运作的主要环节有三个：三相四线零序分离延时、IGBT死区延时、数字处理延时，将并联型APF系统作为主要研究对象，可以采取以下方式减少延时：采用互感器，此种互感器应具有相应补偿功能；启用微处理 器；缩短电力系统采样审查周期；加快控制信号的更新频率；选取适宜的开关设备，缩短死区时间；启用有效的预测方式。

　　ANAPF有源电力滤波器

　　1 产品简介

　　功能：

　　ANAPF系列有源电力滤波器通过电流互感器采集系统谐波电流，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。

　　应用范围：

　　适用于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。

　　订货范例：

　　具体型号：ANAPF150-380/BGL

　　技术要求：谐波补偿电流150A，线电压等级380V 。

　　接线方式：三相四线

　　安装方式：立柜式

　　互感器接线方式：负载侧

　　2 技术参数

　　3 产品选型

　　4 ANAPF在低压配电系统中的具体应用

　　上海某中小型企业，变压器容量为150kVA，到了冬季当有大量的空调同时打开时，断路器就会跳闸，严重影响了公司的日常运营。经调查该公司有大量节能灯、变频空调、计算机、打印机和电梯等非线性负载，正是这些非线性负载降低了变压器的出力。研究表明谐波电流会引起变压器外壳外层硅钢片或某些紧固件发热，可能导致局部过热的发生，使绝缘介质老化加速，导致绝缘损坏，缩减变压器使用寿命。谐波的存在会使视在功率增加，不考虑谐波的情况下，视在功率S和有功功率P以及无功功率Q的关系为在有谐波的情况下，都无法转化为有用功率。由此可见，谐波对变压器的使用效率产生重大的负面影响。经实际勘测分析发现该公司变压器裕量虽不大，但如果把谐波降低到符合国家标准规定的范围内，就可以满足日常的供电需求，没有必要扩容。对公司的用电负荷进行调查分析，发现照明回路负荷较大，并且因为照明回路使用了大量的节能灯，使该回路谐波含量比较高，是降低变压器出力的主要原因。

　　用FLUKE 434对照明回路进行测量得到电流波形如图1所示。由图可知，电流波形与理想的正弦波相去甚远，畸变较为严重。电流波形的畸变会导致电压波形的畸变进而影响到其他设备如计算机的正常运转。同时N相电流达37A，电流不平衡问题也比较突出，存在较大的用电隐患。

　　分次谐波含量数据如图2所示。由图可知，A相、B相、C相的THDi分别为19.7%、27.8%、26.6%，谐波污染非常严重，存在安全隐患。

　　图1：照明回路电流波形 图2：照明回路分次谐波含量数据

　　根据谐波含量，选用额定容量为50A的ANAPF对照明回路进行单独补偿，治理后得到的电流波形图、分次谐波含量数据分别如图3、图4所示。

　　图3：治理后照明回路电流波形 图4：治理后照明回路分次谐波含量数据

　　从图3、图4可以看出，治理后电流波形接正弦波，电流的畸变得到了有效的控制；中性线电流也从37A降低到5A，消除了因中性线电流过大而引起的火灾隐患；电流的谐波含量也从20%左右降到了3%左右，谐波含量大为降低，已符合GB T14549-1993《电能质量 公用电网谐波》规定标准。

　　ANAPF有效的降低了THDi，同时治理了三相不平衡，减少了中性线流过的电流，有效的提高了各项电能指标，使各种用电设备能正常稳定运行，延长了设备的使用寿命，减少了因电路故障而产生的损失。

　　通过本次的数据采集与分析，积累了大量的参考数据，为以后进行谐波治理打下了坚实的基础。

　　谐波对感应式电能表的影响,感应式电能表是针对非常狭窄频率范围的正弦电流和电压波形而设计的。当频率与额定频率不同时,会引起电流、电压工作磁通幅值及它们之间相位角的改变，使驱动力矩、治理力矩、补偿力矩及铁芯损耗发生相对变化，从而引起感应式电能表计数误差的变化。感应式电能表频响曲线的平坦与否，对它在谐波功率下的计数影响甚大。频响特性曲线下降的原因是感应式电能表转盘涡流路径的 等效转盘阻抗及其阻抗角随频率增高而变大所致。当电压和电流均发生畸变时产生了谐波功率，感应式电能表基本上忽略了5次以上的高次谐波功率。感应式电能表少计量3次谐波功率5%~30%、5次谐波功率80%~95%。值得注意的是，谐波功率的潮流对感应式电能表的计量有很大影响。

　　国内研究现状，国内对于补偿谐波的有源电力滤波器的研究十分活跃，技术也相当成熟，但仍处于试验阶段，且成本较高。并联型有源电力滤波器的研究较为成熟，主要以理论和实验研究为主。虽然我们在理论上已经取得了一定的成就， 但多数只是实验样机，存在容量小、可靠性差、补偿效果不理想、造价高等缺点。