有源濾波器在建筑樓宇配電中的應(yīng)用

淮亞利

安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

1、引言

       近年來(lái)，各種現(xiàn)代化樓宇建筑迅速發(fā)展為樓宇自動(dòng)化，逐漸成為城市及國(guó)家發(fā)展的一個(gè)重要參照。高層建筑樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)(設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、通信自動(dòng)系統(tǒng))中的大量自動(dòng)化設(shè)備都需要高質(zhì)量的電源，但這些設(shè)備中的相當(dāng)一部分具有非線性負(fù)載特性，又是引發(fā)低壓諧波畸變的擾動(dòng)源。這些諧波源對(duì)造成嚴(yán)重污染，使電能質(zhì)量下降，不僅給樓宇中的電器設(shè)備、電子設(shè)備帶來(lái)嚴(yán)重的危害和不良影響甚至威脅整個(gè)樓宇智能化系統(tǒng)。

        因此，分析引發(fā)辦公樓宇供電中諧波畸變的各類諧波源以及提出針對(duì)諧波畸變危害的治理措施，對(duì)高層辦公建筑中樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。

2、諧波來(lái)源

       樓宇配電系統(tǒng)中諧波主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是負(fù)載本身具有大量的諧波源，這些諧波源會(huì)產(chǎn)生大量的諧波電流，通過(guò)線路阻抗，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓中出現(xiàn)諧波電壓。二是公用電網(wǎng)本身還具有一定量的諧波電壓，這部分諧波可以由網(wǎng)側(cè)傳輸至配電系統(tǒng)。

樓宇配電系統(tǒng)中的負(fù)載有以下特征：

   （1）單相負(fù)載多。樓宇配電系統(tǒng)中，單相負(fù)載占到一半以上，可能會(huì)引起零序諧波，造成三相不平衡一級(jí)三相相差不對(duì)稱等問(wèn)題。

   （2）非線性負(fù)載比例高。樓宇配電系統(tǒng)中的個(gè)人電腦、復(fù)印機(jī)、通訊設(shè)備、照明設(shè)備以及部分樓宇配電系統(tǒng)中的UPS、一次電源等負(fù)載都是主要諧波源。

   （3）諧波源諧波畸變率大。據(jù)測(cè)試，樓宇配電系統(tǒng)中的諧波源都具有較大的諧波畸變率，如個(gè)人電腦諧波電流畸變率為100%，UPS畸變率約為20%-30%，一次電源諧波電流畸變率通常為40%-50%。

   （4）樓宇配電中的大多數(shù)智能化及自動(dòng)化設(shè)備對(duì)供電電能質(zhì)量要求較高，對(duì)諧波較為敏感。

3、諧波危害

     樓宇配電系統(tǒng)中存在的諧波電壓和諧波電流，對(duì)配電系統(tǒng)造成極大的污染，不僅惡化了電網(wǎng)電能質(zhì)量，并對(duì)各種用電設(shè)備也造成了一定的危害：

    （1）使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災(zāi)。

       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(guò)中線會(huì)使線路過(guò)熱，甚至引起火災(zāi)。

    （2）影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

       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(guò)熱，使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

    （3）引起電網(wǎng)諧振。

       這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會(huì)對(duì)系統(tǒng)，特別是對(duì)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。

    （4）使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，電氣測(cè)量誤差過(guò)大。

       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(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給用電管理部門(mén)或電力用戶帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

    （5）使工控系統(tǒng)崩潰。

       臨近的諧波源或較高次諧波會(huì)對(duì)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(wú)法正常工作；重則導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

4、樓宇配電諧波解決方案

        目前的諧波治理設(shè)備主要有無(wú)源濾波器以及有源濾波器。傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但是隨著各配電中心對(duì)電能質(zhì)量要求的不斷提高，無(wú)源濾波器的局限性也日漸凸顯。相較于傳統(tǒng)的無(wú)源濾波器，有源濾波器由于其的諧波補(bǔ)償性能而被廣泛應(yīng)用。

4.1 ANAPF有源濾波器工作原理

       ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載的諧波和無(wú)功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無(wú)功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。

原理如下圖：

4.2 ANAPF有源濾波器主要技術(shù)特點(diǎn)

       ANAPF系列有源電力濾波裝置采用DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時(shí)間；先進(jìn)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(wú)功；模塊化設(shè)計(jì)，便于生產(chǎn)調(diào)試；便利的并聯(lián)設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)容；具有完善的橋臂過(guò)流、保護(hù)功能；使用方便，易于操作和維護(hù)。

4.3 ANAPF有源濾波器應(yīng)用案例說(shuō)明

       下面以配電室配電變壓器母線處ANAPF有源濾波器投入運(yùn)行前、后配電系統(tǒng)電能質(zhì)量測(cè)試情況的對(duì)比分析為例來(lái)具體描述。

       經(jīng)測(cè)試，有源濾波器投入前該系統(tǒng)中總諧波電流約7左右，主要諧波含量為3次、5次、7次，其中3次諧波電流為60A左右，5次諧波電流為40A，投入安科瑞ANAPF100-400/B有源濾波器后，具有顯著的濾波效果，如下為對(duì)比圖：

諧波治理前后的波形、頻譜對(duì)比

           未投入ANAPF電流畸變率                           投入ANAPF電流畸變率

        未投入ANAPF諧波電流頻譜                         投入ANAPF諧波電流頻譜

4.4 ANAPF有源濾波器報(bào)價(jià)及主要元件清單

5、結(jié)語(yǔ)

       本文分析了諧波對(duì)樓宇建筑的危害，介紹ANAPF低壓有源濾波器的原理以及功能。通過(guò)某樓宇低壓配電系統(tǒng)中有源濾波器的應(yīng)用案例可以看出系統(tǒng)的諧波得以有效地濾除，消除了諧波引起的各種附加損耗，降低了變壓器的噪聲，減小了諧波對(duì)用電設(shè)備的不良影響。改善了電能質(zhì)量，總體提升了設(shè)備的運(yùn)行效率和電力能源的使用效率。除此以外，還減小了中線電流，降低了中線溫度，消除了由中線電流過(guò)大引起火災(zāi)甚至人生安全的隱患。由此可見(jiàn)，有源濾波器是樓宇配電中心諧波治理的解決方案。

【參考文獻(xiàn)】

上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.版

作者簡(jiǎn)介：

淮亞利，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電。

《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》（圖集號(hào)：ACR13CDX701）由安科瑞電氣股份有限公司主編，本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點(diǎn)，依據(jù)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問(wèn)題，達(dá)到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。圖集適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計(jì)與改造。