有源電力濾波器在小區配電系統中的應用與選型

摘要：隨著科學技術的發展，大量電力電子設備廣泛應用于工業冬季領域，給工業帶來了巨大的變化，但大量電力電子設備的廣泛應用，也給電力系統環境帶來了嚴重的“污染"，根本原因是電力電子設備是非線性負荷，系統運行會產生諧波，造成非常嚴重的危害。有源電力濾波器(ActivePowerFilter)它是一種深入研究的裝置。它是一種新型的電力電子裝置，用于動態補償，既能抑制諧波，又能補償無功。它可以補償大小和頻率的諧波和變化的無功。它的應用可以克服傳統諧波抑制和無功補償方法的缺點，如LC濾波器。

關鍵詞：APFF有源電力濾波器;社區配電網；諧波源

1導言

有源濾波器采用現代電力電子技術、數字信號處理技術和先進的控制理論，有助于電網諧波的動態實時補償，是解決諧波污染、提高電能質量的有效途徑之一。諧波問題一直只在工業領域引起重視，在社區配電網中很少引起重視。調查結果表明，社區配電網諧波污染程度非常嚴重，并逐年加劇。因此，社區配電網的諧波處理勢在必行。

2低壓配電網的主要諧波源

隨著現代工業技術和民用建筑業的快速發展，配電網中的非線性負荷迅速增加。逆變器、整流器、各種開關電源等各種非線性和時變電子變流器在工業生產和日常生活中得到越來越廣泛的應用，對電網的污染也越來越嚴重。這些裝置從電網中消耗大量的無功功率，并產生大量的諧波分量注入電網，導致電網的電壓和電流波形嚴重變形，逐漸成為配電網的主要諧波源。在低壓配電網中，民用和商業用電的比例日益增加，各種辦公自動化設備和家用電器日益普及。雖然這些電器的單一功率不大，向電網注入的諧波很小，但由于總量大，工作同時性強，向電網注入的總諧波電流非常大，建筑用電逐漸成為低壓配電網的主要諧波污染源之一。

3諧波的治方案

3.1主動治理方案

常見的主動處理方案是使用高功率因數變流器。電力電子裝置是電力系統中的主要諧波源。抑制諧波*的直接途徑是開發新型變流器的單位功率因數變流器(UnityPowerFactorConverter),這種變流器在工作過程中不產生諧波，功率因數為1。高功率因數變流器幾乎可以看作是單位功率因數變流器。采用多種技術可以有效地減少變流器諧波。其原理是多方波疊加可以消除低頻諧波，從而獲得類似正弦波的階梯波。重數越多，波形越接近正弦波，但電路結構越復雜。如果將多種技術與PWM技術相結合，可以取得更理想的效果。這種方案通常需要投入大量資金，這是普通電力用戶無法接受的。因此，這種方法主要用于大容量場合。

3.2被動治理方案

1)傳統的諧波補償裝置是由電感電容串并聯組成的LC調諧濾波器，結構如圖1所示。利用諧振原理對特定次數的諧波電流形成低阻抗，實現諧波電流的分離，使其不注入電網。該方法既能抑制諧波，又能補償無功功率，結構簡單，已廣泛應用于電力系統中。然而，這種諧波補償裝置的補償性能受到電網阻抗和運行狀態的影響。由于與系統并聯，容易發生并聯諧振，放大諧波電流，導致LC濾波器過載甚至燒毀。此外，固定的拓撲結構決定了這種濾波器只能補償固定頻率的諧波，補償效果并不理想。然而，由于其結構簡單、價格低廉，LC濾波器仍然是補償諧波*的主要方案。

圖1LC濾波器結構示意圖

抑制諧波的被動方案越來越流行，即使用有源電力濾波器(ActivePowerFilterAPF)。有源電力濾波器也是一種電力電子裝置。其基本原理是從補償對象中檢測諧波電流，補償裝置產生與諧波電流大小相等、極性相反的補償電流，抵消諧波源注入電網的諧波電流，使電網電流不含諧波分量，只含基波分量。該濾波器可實時跟蹤和補償振幅和頻率變化的諧波，補償性能不受電網阻抗的影響，因此受到高度重視。

圖2有源電力濾波器原理

4安科瑞APF有源濾波器產品選型

4.1產品特點

（1）DSP+FPGA控制模式，響應時間短，全數字控制算法，運行穩定；

（2）一機多功能，既能補諧波，又能補無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

（3）橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能完善；

（4）模塊化設計，體積小，安裝方便，擴容方便；

（5）采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏，實現參數設置和控制，使用方便，操作維護方便；

（6）輸出端安裝濾波裝置，減少高頻紋波對電力系統的影響；

（7）多機并聯，達到較高的電流輸出水平；

（8）擁有自主技術。

4.2型號

5安科瑞智能電容器產品選型

5.1產品概述

AZCAZCL系列智能電容器應用于0.4kV、50Hz低壓配電是節能、減少線路損耗、提高功率因數和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元、晶閘管復合開關電路、線路保護單元、兩個或一個低壓電力電容器組成。它可以替代由熔絲、復合開關或機械接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈和其他零件組成的自動無功補償裝置。它具有體積小、功耗低、維護方便、使用壽命長、可靠性高的特點，適應了現代電網對無功補償的更高要求。

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數、頻率、電容器路數和切割狀態、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內部晶閘管復合開關電路，自動找到合適的投入（切除）點，實現過零切割，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

5.2型號

6結論

通過在社區低壓補償柜和無功補償箱上安裝APF裝置，解決了諧波超標無法投入社區無功補償裝置的問題，防止高頻裝置產生高值諧波電流引起的開關誤動。因此，結合自身特點，可應用于配網低壓諧波超標、功率因數低、無消諧裝置的高頻裝置，限制或消除諧波，提高功率因數，大大提高電能質量。

參考文獻

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[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

[4]柳楊.有源電力濾波器APF在小區配電網中的應用