有源滤波技术在烟草供电系统中的应用
王长幸 江苏安科瑞电器制造有限公司
1、概述
随着烟草行业的飞速发展,设备技术改造接踵而来,业内已开始把节能减排作为重点工作全面启动并实施。某烟厂在新完成的技术改造项目中,控制设备采用了大量的变频器设备。变频器通过调节电机电压幅值、频率，有效的降低了电机功耗，从而减少了电能损耗。但与此同时，由于变频器中要进行大功率二极管整流、大功率IGBT逆变，在输入输出回路会产生电流高次谐波，进而干扰供电系统、负载及其它邻近电器设备。
2、变频器谐波产生的原因
变频器在具备方便、高效和巨大利益的同时，也对电网注入了大量的谐波和无功功率，使电能质量不断的恶化。随着以计算机为代表的大量敏感设备的普及应用，人们对公用电网的供电质量要求越来越高。由于变频器大量使用了晶扎管等非线性电力电子元件，且无论采用哪种整流方式，变频器从电网中吸取能量的方式均不是连续的正弦波，而是以脉动的断续方式向电网索取电流，这种脉动电流和电网的沿路阻抗共同形成脉动电压降叠加在电网的电压上，使电压发生畸变，经傅里叶分析可知，这种非同期正弦波电流是由于频率相同的基波和频率大于基波频率的谐波组成。
3、谐波的危害
某烟厂在使用变频器的同时也产生了谐波电压和谐波电流，对配电系统造成极大的污染，不仅恶化了电网电能质量，并对各种用电设备也造成了一定的危害：（1）使电力元件附加损耗加大，易引发火灾。
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）影响电气设备的正常运行。
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。
这种谐振可能使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）使继电保护误动作，电气测量误差过大。
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）使工控系统崩溃。
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。
4、并联有源电力波滤器的工作原理
某卷烟厂供电系统采用了ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。
原理如下图：
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ANAPF系列有源电力滤波装置的主要技术特点：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；一机多能，既可补谐波，又可兼补无功；模块化设计，便于生产调试；便利的并联设计，方便扩容；具有完善的桥臂过流、保护功能；使用方便，易于操作和维护。
5谐波治理效果
某卷烟厂在安装有源电力滤波器后，对供电系统进行了全面测试，特别是在刺丝、卷包等配置有较大功率变频器的车间作了重点测试。测试结果如下：
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从图1、图2可以看出电流波形即是典型的三相整流桥非线性负载的波形，图2中反映出变频器的电流谐波总畸变率为27.8%，5次谐波电流是135A，7次谐波电流是78A，除此之外还有11次，12次电流谐波，其他次数谐波较小可忽略。
投入有源电力滤波器后，变频器电网供电的波形及谐波含量均发生了变化，从图3可以看出电流波形已变得接近正弦波，图4中反映出变频器的总输入电流总畸变率减少到4.1%，5次谐波电流从原来的135A变为17A，7次谐波电流从原来的78A变为7A，其他次数的谐波同样得到了消除。有源电力滤波器的应用为企业消除电网污染、节能降耗带来了新的亮点。
6、ANAPF低压有源滤波器报价及主要元件清单
型号：ANAPF100-400/B
参考价格：12万元/台
主要产品明细：
序号
名称
型号
数量
1
APF电气柜
800X600X2200
1
2
变流器
APFCOV-CVT100
1
3
控制器
APFMC-C100
1
4
电抗器
APF-RE.(S)DG-100
1
5
有源电流互感器
LT208-S7
3
6
滤波器
DL-1TH1
2
7
断路器
CVS160FTM160D4P3D
1
8
接触器
LC1D150M7C
1
9
微型断路器
NDM1-63C32
1
10
中间继电器
MY4NAC
2
11
R型变压器
R320-0.38/0.22
1
12
谐波检测仪
ACR350EGH
1
13
电线
16mm2
若干
14
电线
4mm2
若干
7、结语
本文分析了谐波对烟草公司供电系统的危害，介绍ANAPF低压有源滤波器的原理以及功能，通过某烟草公司运用有源滤波器的应用案例，分析了有源滤波器投入运行前后谐波的治理情况。目前该烟厂设备运行良好，有源滤波器的投入有效保证了供电系统的安全运行，谐波电流显著减小，符合国家节能减排要求，运行结果表明有源电力滤波器是解决烟厂配电系统谐波问题的较好方法之一。
参考文献：
[1]王兆安，杨君，刘进军，等。谐波抑制和无功率补偿[M].第2版.北京：机械工业出版社，2006.
[2]安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
技术支持：王长幸（1985-），女，江苏安科瑞电器制造有限公司 ,汉族，本科，工程师，主要研究方向为智能建筑供配电监控系统 邮箱：[email protected]； 0510-86179961 QQ:2880263323 网址：http://www.jyacrel.cn/ http://ipd.acrel.cn/
《ANAPF有源电力滤波装置设计与应用图集》（图集号：ACR13CDX701）由安科瑞电气股份有限公司主编，本图集结合ANAPF有源电力滤波装置产品的特点，依据电气设计规范，研究消除供配电系统中的高次谐波问题，达到改善供电质量和确保电力系统安全运行的目的。图集适用于新建、改建、扩建和技改项目中工业与民用及公共建筑内电气设备的谐波抑制及综合治理的设计与改造。凡需要图集的请提供贵单位名称、部门、地址、邮编、联系人、联系电话、邮箱等信息，传真:0510-86179835、邮件:[email protected]或QQ:2880263323至安科瑞王长幸工程师收，安科瑞电气免费赠送。
