1、有源滤波器概述

　　1.1 谐波的产生

　　电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波，但是非线性电力设备 （大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等）的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流，谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量为基波，频率是基波频率整数倍的分量为谐波。谐波是电能质量的重要指标。

　　1.2 谐波的危害

　　（1）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。

　　（2）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。

　　（3）引起电网谐振，使得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。

　　（4）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。

　　（5）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 有源电力滤波器产品效益

　　（1）使谐波指标满足家标准，避免供电部门罚款或中断供电；

　　（2）降低变压器损耗；

　　（3）减少谐波污染，降低谐波对自动控制装置、电能计量装置、继电保护装置的干扰，保证供配电系统稳定运行；

　　（4）避免谐波过电压和谐波过电流对电气设备的危害，延长设备使用寿命；

　　（5）节能降耗，提高功率因数，节约电费，避免罚款。

　　1.4 执行标准

　　GB/T14549-1993 《电能质量：公用电网谐波》

　　GB/T15543-2008 《电能质量：三相电压不平衡度》

　　GB/T12325-2008 《电能质量：供电电压偏差》

　　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：电力系统频率偏差》

　　GB17625.1-2012 《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值》

　　GB/T15576-2008 《低压成套无功功率补偿装置》

　　2、有源滤波器产品介绍

　　2.1 工作原理

　　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：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。

      图2-1  ANAPF有源电力滤波器原理图

　　2.2 产品特点

　　（1）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；

　　（2）机多能，既可补谐波，又可兼补无功，可对2～31次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿；

　　（3）具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；

　　（4）模块化设计，体积小，安装便利，方便扩容；

　　（5）采用7英寸大屏幕彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用方便，易于操作和维护；

　　（6）输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；

　　（7）多机并联，达到较高的电流输出等级；

　　（8）拥有技术。

　　3.1.3  根据快速选型表查表选型

　　查表步骤：

　　步骤1：确定变压器容量和变压器负载率（般在0.6~0.8）；

　　步骤2：根据变压器负载率确定表2、表3或表4；

　　步骤3：确定电流总谐波畸变率（THDi）（表1中THDi值为参考值，仅在估算谐波电流时使用）；

　　步骤4：根据变压器容量及THDi参考值确定相应的谐波电流值；

　　步骤5：考虑到定的裕量，选择相应容量的ANAPF有源电力滤波器。

　　▲ 安装现场：  　　4.4  ANAPF在港口码头的应用

　　▲ 项目背景：

　　江阴港港口的主要谐波源是门机、行车和些办公设备，门机在运行时需要大量无功，且电流冲击大，波动很快，产生大量的谐波电流，功率因数很低，造成无功罚款；传统的纯容无功补偿装置已经不能解决这些电能质量问题，不及时治理，甚至会对无功柜产生危害，使得电容寿命降低，更换频繁。

　　▲ 治理方案：

　　因现场非线性负载（经检测，主要为起重机回路）多，且具有地域分散，冲击电流大的特点，易采用集中治理方式，在每个变电站进行谐波治理。采用无功功率补偿和谐波治理综合方案可兼顾无功补偿和谐波治理功能，该方案利用现有无功补偿控制柜，减少用户改造投入成本，将ANAPF系列有源电力滤波装置并联到配电系统中，方面可有效抑制谐波放大，保护电容器，而装置的检修与日常维护只需从电网中切除，不影响现场的正常运营。

　　▲ 治理效果：

    由图4-7和图4-8可以看出，治理前，电流波形失真十分严重，呈现典型的M型，三相电流畸变率分别为18.3%、25.1%、32.5%，主要以5次、7次谐波为主；加装ANAPF系列有源电力滤波器后，电流波形已经趋向正弦波，三相电流畸变率分别为2.6%、2.6%、2.6%，主要频次谐波得到有效抑制，电网质量得到明显改善，有效地保护了其他电气设备。  

▲ 安装现场：

　　4.5  ANAPF在商业的应用

　　▲ 项目背景：

　　无锡恒隆广场属于大型商业建筑，主要负载是空调、电梯和照明设备等，由于变频器高效的节能性，使用大量变频器驱动这些设备，但同时会产生大量3次、5次、7次等谐波电流。谐波电流在线路上流动产生压降，使得电压也跟着畸变，电压畸变率超过标限值，供电质量相当糟糕，影响其他用电设备的正常使用，现场会出现灯具闪烁的现象。

　　▲ 治理方案：

　　无锡恒隆广场该配电系统中共有2台2000KVA的变压器，均采用集中治理方案，在变压器的出线侧加装400A的ANAPF系列有源电力滤波器，使用2台200A并机实现，型号为：ANPF200-380/BGL。

　　▲ 治理效果：

图4-9治理前电流波形

图4-10治理后电流波形

    从图4-9和图4-10可看出，治理前电流波形发生畸变，出现多出锯齿状；治理后电流波形明显得到改善，趋向标准正弦波，电能质量达到很大提高，给用电带来保障。

▲ 现场安装：

4.6  ANAPF在其它行业的应用

    轨道交通

    城市轨道交通存在大量荧光灯、UPS电源、变频器及软启动装置，均会产生大量谐波，使得电力系统正弦波畸变，电能质量降低。谐波进行综合治理，给交通、顺畅带来保障。

    类似行业案例：、山东日照机场、南海三沙市机场、吉林站西广场交通枢纽等。

    医院

    医院行业主要是核磁共振机、CT机等设备会产生大量谐波，大量先进设备对供电电源的谐波质量要求非常高，如果不进行治理，很可能造成检测数据误差大，设备之间干扰不能正常工作，造成严重的事故。谐波治理后，降低了用电隐患。

    类似行业案例：陕西榆林*人民医院、上海第二康复医院、滁州市第二人民医院、安徽六安第六人民医院等。

    冶金

    冶金行业中大量使用了电弧炉、加热炉、轧机等，这些负载不仅容量大，而且大部分为感性负荷，在不使用无功补偿装置的情况下，功率因数极低，且产生大量畸变的谐波，严重危害电力系统的运行和电气设备经济地运行。

    类似行业案例：江苏省镔鑫特钢材材料有限公司、宇东能源化工基地等。

    体育馆、演播厅

    体育馆、演播这类场所，主要就是大量舞台灯光、LED屏幕、高杆灯等设备产生谐波。使得电能质量变差，及时进行谐波治理可保障设备本身的使用效果，给用电带来保障。

    类似行业案例：苏州澹台湖会议、广州文化宫、武汉市教育电视台演播厅、岳阳市奥体及游泳馆等。