谐波治理柜 模块化有源滤波器

有源电力滤波器比无源LC滤波器有什么优点？
相对于无源LC滤波器的只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，有源电力滤波器可以通过采样负载电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响应，抵消负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。主要克服了LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。

关于有源滤波器的工作原理介绍：
一、研究谐波的意义
(1)谐波的危害十分严重。谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低;使电气设备过热,产生振动和噪声,并使绝缘老化,使用寿命缩短,甚至发生故障或烧毁。
(2)谐波可引起电力系统局部并联谐振和串联谐振,使电能计量出现混乱。对于电力系统外部,谐波对通信设备和电子设备会产生严重干扰。
二、抑制谐波基本思路
(1)装设谐波补偿装置来补偿谐波装设谐波补偿装置的传统方法是采用LC调谐滤波器。这种方法既可补偿谐波,也可补偿无功功率,而且结构简单,一直被广泛应用。但这种方法的主要缺点是补偿特性受电网阻抗和运行状态影响,易和系统发生并联谐振,谐波放大,使LC滤波器过载甚至烧毁。此外,它只能补偿固定频率的谐波,补偿效果也不甚理想。随着电力电子技术飞速发展,装设有源电力滤波器已成为可能。电力滤波器是一种用于动态抑制谐波,补偿无功的新型电力电子装置。其基本原理是利用“三相电路瞬时无功功率理论”从补偿对象中检测出谐波电流,由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等而极性相反的补偿电流。从而使电网电流只含有基波分量。这种滤波器能对频率和幅值都变化的谐波进行跟踪补偿,且补偿不受电网阻抗的影响,因而受到广泛的重视。
(2)对电力电子装置进行改造开发新型变流器,使其不产生谐波,且功率因数为1。这种变流器被称为单位功率因数变流器,它只适应于作为主要谐波源的电力电子装置。
三、有源电力滤波器的基本原理
Us表示交流电源,负载为谐波源。它产生谐波并消耗无功。
关于有源滤波器的工作原理介绍
有源电力滤波系统由两大部分组成,即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路。驱动电路和主电路3个部分构成)。其中,指令电流运算电路的**是补偿电流中的谐波和无功等电流分量,补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号,产生实际的补偿电流,主电路采用PWM变流器。
有源电力滤波器基本工作原理是:补偿对象的电压和电流,经指令电流运算电路计算,得出补偿电流的指令信号。该信号经补偿电流发生电路放大,得出补偿滤波要求较大容量的变流器这一缺点。其基本思想是利用LC滤波器来分担有源电力滤波器的部分补偿任务(主要是指低次谐波分量)。这样即发挥了LC滤波器的结构简单、易实现、成本低等优点,又降低有源电力滤波器的变流器容量,使整个系统获得良好的性能。

有源滤波器在机场助航灯光系统中的谐波分析与治理方案
0　引言
机场助航灯光系统是目视助航设施中一个非常重要的组成部分，它通过高（中）光强不同颜色的灯光系列，勾勒出一个机场的跑道、滑行道及进近区域的主要特征，在夜间或能见度不好的情况下提供飞机驾驶员一个明确的目视信息。助航灯光系统的供电等级属于一级负荷中的特别重要负荷，关系到飞机的安全运行，通常在跑道附近的安全区域内设置一座或两座灯光变电站，灯光及导航设备用电。各种类型的助航灯具设置在跑道和滑行道上或道肩上，属于场外灯具，供电线路较长，**民航组织推荐使用串联的供电方式，为保证在串联电路供电的情况下，有个别灯具故障而不至于造成整个回路中所有灯具都不亮，每个灯具前必须设置隔离变压器。同时，灯光系统要求采用三至五级的调光，其调光器以可控硅为主。因此，在灯光系统的实际运行过程中，会产生大量的谐波。
1　谐波的危害
随着科技的进步，技术的发展，节能和自动化设备的应用越来越广，容量也日益扩大，虽然这些设备能起到很大一部分节能降耗的作用，但是其产生的谐波对电网的污染，以及电磁干扰等，可能会进一步影响系统中的其他用电设备，也带来了危害。
供电系统谐波的定义是：对周期流量进行傅立叶级数分解，得到频率为基波频率大于1整数倍的分量。谐波频率与基波频率的比值（n=fn/f1) 称为谐波次数。电网中有时也存在非整数倍谐波，称为非谐波（Non-harmonics)或分数谐波。谐波实际上是一种干扰量，使电网受到“污染”。 向公用电网注入谐波电流或在公用电网上产生谐波电压的电气设备称为谐波源。
电网中的谐波污染日益严重，给电力系统和各类用电设备带来危害，谐波会增加电气设备的热损耗，如对变压器来说，铁芯产生热损耗，尤其是涡流损耗大，在变压器绕组中有谐波电流，在铁芯中感应磁通，产生铁损。谐波还会干扰电子设备，使信息发生失真，可对信息系统产生频率藕合干扰。谐波电流在高压架空线路上的流动除增加线路损耗外，还将对相邻的通讯线路产生干扰影响。谐波轻则增加能耗，缩短设备寿命，影响系统的运行效率，重则损坏设备，造成用电事故，甚至危害电力系统的安全运行。因此，消除谐波污染，把谐波含量控制在允许范围内是非常有必要的。
3　治理措施
3.1 谐波治理方案的选择
从上述系统配电简图及测量数据表明：北灯光站1#、2#变压器供电系统的电能质量问题相当**，其中首要问题是谐波污染非常严重，并且功率因数很低。由于变压器下主要负载可控硅调光器为典型的非线性谐波源，该装置在调光过程中造成大量的谐波污染，同时电流也严重滞后于电压，功率因数非常低；其次，调光器要求采用两相供电方式（AB相、BC相、CA相），这将导致严重的三相不平衡，在快速频繁的电容柜投切过程中导致电压、电流波动和大量的无功功率冲击，同时对系统谐波有明显的放大作用，进一步影响供配电系统的安全可靠性，对整个助航灯光系统的运行存在安全隐患。这些问题也长期困扰着我们设计和管理人员。因此，采用谐波治理装置提高系统的安全稳定性，通过治理消除系统谐波，同时提高功率因数和改善系统三相不平衡等主要电能质量问题已迫切需要。
合理设计和选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抑制谐波干扰的重要环节。通常有以下几种方法：
1）有源电力滤波器（APF）
工作原理：有源滤波器是由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备，检测负载侧的谐波电流后，利用瞬时提取的无功成分和谐波成分作为参考值，主动提供与之相对应的反向补偿电流，补偿后系统剩下的基波有功电流几乎为**弦波，其行为模式为主动式电流源输出。
特点：实时产生幅值相等、相位相反的谐波电流抵消需要治理的谐波。可实时动态滤波各次谐波，不受负载变化影响，理论滤波率大于97%。
2）无源电力滤波器（PF）
工作原理：由LC等元件组成，将其设计为某频率下较低阻抗，对相应频率谐波电流进行分流，其行为模式为提供某几次的谐波电流旁路通；电容器和电抗器串联成需治理谐波的低阻抗“陷阱”。
特点：只能滤除固定几次谐波，进行静态治理，负载率较小的情况下，会出现过补现象，易与电网发生谐振，理论滤波率小于70%。
根据现场测量结果，北灯光站变压器低压出线侧的谐波相当大、频谱非常宽，同时负载率变化范围大且存在部分三相不平衡，因而不适合采用无源滤波器进行治理，并且存在很大的谐振风险。有源滤波器针对此类工况特点的低压配电系统而设计，该装置滤波效率高、实时跟踪、响应速度快特点，可滤除负载谐波，抑制系统振荡，提高电网的稳定性，同时**明显的节能降耗和供电设备增容的效果。
4　结语
动态有源滤波器可实时动态过滤各次谐波，不受负载变化影响，可以在谐波源处安装，也可以在变电站集中治理，安装方便，能耗小，效率高，并具备无功补偿和三相平衡功能，大大改善了功率因数。
安装动态有源滤波器后，灯光站的各级谐波分量均**3％，满足了公共电网接入点（PCC）的总谐波限值要求，各项指标符合《电能质量公用电网谐波》的国家标准，避免了集中谐波源设备之间的相互干扰和影响，从而保证调光器负载、内部供电系统的正常连续运行。治理效果较好，改善了供电质量，达到了预期的治理目标。
2　助航灯光产生的谐波分析
目前，电力系统中的谐波源，不但类型多，而且分布广，用户电网中的谐波电流可能来自本身的非线性设备，也可能来自外部线路，具有非线性特性的电气设备是主要的谐波源，例如带有功率电子器件的变流设备，交流控制器、变压器、晶闸管串级调速的风机水泵和冶炼电弧炉等。如不加以区分将给谐波治理造成困难。
在机场助航灯光系统中，为了达到有效的调光效果，目前世界上通常采用可控硅恒流调光器(CCR）。恒流调光器的工作原理是：用反并联的可控硅调节器，对一台升压变压器进行供电。由一个数字调节器确定可控硅导通角，以便将输出电流调整到一个基准值。该基准值随着所选定的光级而变化。在此前提条件下，恒流调光器的输出电流要求保证为一个恒定值，一级光为2.8A，二级光为3.4A，光为4.1A，光为5.2A，五级光为6.6A。恒流调光器的功能还在于当负荷在二分之一额定负荷到满负荷的范围内变化，在30%的隔离变压器次级开路的情况下维持恒定的电流输出，变化不大于正负2%。这个可控硅调节器和升压变压器就是助航灯光的主要谐波源。
在进行谐波治理之前，必须要了解电网中谐波的次数及其含量，即必须进行谐波的测试。谐波测量是谐波问题的一个重要环节，它也是谐波问题研究的主要依据。我们在上海虹桥机场东跑道北灯光站进行了谐波检测。针对北灯光站两台变压器的低压进线侧、跑道边灯回路2、滑行道中线灯回路3的调光器进线侧进行了电能质量等各项数据的测量和采集。

谐波主要危害：
· 增加电力设施负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失；
· 引起无功补偿电容器谐振和谐波电流放大，导致电容器组因过电流或过电压而损坏或无法投入运行；
· 产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命；
· 由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化；
· 谐波电压以正比于其峰值电压的形式增强了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命；
· 零序（3的倍数次）谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流**过额定值，严重时甚至引发事故。
· 谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，造成继电保护等自动装置工作紊乱；
· 谐波变改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断路器的分断容量；
· 使计量仪表特别是感应式电能表产生计量误差；
· 干扰邻近的电力电子设备、工业控制设备和通讯设备，影响设备的正常运行。
谐波治理经济效益：
1、节能5%～8%
某IDC机房7台400KVAUPS不间断电源，08年电费支出约1500万元，治理谐波后年节约电费110万元，节能效果7.3%。
2、降容减少变压器、断路器、电缆投资
某工厂安装国电中自有源滤波器，退还一台变压器给供电局，节省100多万投资保护设备、减少设备投资；
河南某纸厂变频器产生的谐波每月烧毁两台风机，每月损失3万元。
3、提高生产率和保持连续供电
大庆腈纶厂治理谐波后日产量从197吨提高到210吨。
优缺点编辑
优点：可动态滤除各次谐波，对系统内的谐波能够完全吸收；不会产生谐振。
缺点：造价太高；受硬件限制，在大容量场合无法使用:有源滤波容量单套不**过100KVA,适用电网电压不**过690V。
应用场合编辑
有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场/港口的供电系统、机构等。根据应用对象不同，有源电力滤波器的应用将起到**供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。
■通信行业
为了满足大规模数据中心机房的运行需要，通信配电系统中的UPS使用容量在大幅上升。据调查，通信低压配电系统主要的谐波源设备为UPS、开关电源、变频空调等。其产生的谐波含量都较高，且这些谐波源设备的位移功率因数较高。通过使用有源滤波器可以提高通信系统及配电系统的稳定性，延长通信设备及电力设备的使用寿命，并且使配电系统较符合谐波环境的设计规范。
■半导体行业
大多数半导体行业的3次谐波非常严重，主要是由于企业中使用了大量的单相整流设备。3次谐波属于零序谐波，具备在中性线汇集的特点，导致中性线压力过大，甚至出现打火现象，存在着较大的生产安全隐患。谐波还会造成断路器跳闸，耽误生产时间。3次谐波在变压器内形成环流，加速了变压器的老化。严重的谐波污染必然对配电系统中的设备使用效率和寿命造成影响。
■石化行业
由于生产的需要，石化行业中存在着大量泵类负载，并且不少泵类负载都配有变频器。变频器的大量应用使石化行业配电系统中的谐波含量大大增加。绝大部分变频器整流环节都是应用6脉冲将交流转化为直流，因此产生的谐波以5次、7次、11次为主。其主要危害表现为对电力设备的危害及在计量方面的偏差。使用有源滤波器可以很好地解决这方面的问题。
■化纤行业
为大幅提高熔化率、提高玻璃的熔化质量，以及延长炉龄、节省能源，在化纤行业常用到电助熔加热设备，借助电极把电直接送入燃料加热的玻璃池窑中。这些设备会产生大量的谐波，且三相谐波的频谱和幅值差别比较大。
■钢铁/中频加热行业
钢铁业中常用到的中频炉、轧机、电弧炉等设备都会对电网的电能质量产生重大的影响，使电容补偿柜过载保护动作频繁、变压器和供电线路发热严重、熔断器频繁熔断等，甚至引起电压跌落、闪变。
■汽车制造业
焊机是汽车制造业中不可少的设备，由于焊机具有随机性、快速性及冲击性的特点，使大量使用焊机造成严重的电能质量问题，造成焊接质量不稳、自动化程度高的机器人由于电压不稳而不能工作，无功补偿系统无常使用等情况。
■直流电机谐波治理
大型直流电机场所都需要先通过整流设备将交流电转换为直流电，由于此类工程的负载容量都较大，因此在交流侧存在严重的谐波污染，造成电压畸变，严重时会引起事故。
■自动化生产线和精密设备的使用
在自动化生产线和精密设备场合，谐波会影响到其正常使用，使智能控制系统、PLC系统等出现故障。
■系统
对供电的连续性和可靠性有非常严格的要求，0类场所自动恢复供电时间T≤15S，1类场所自动恢复供电时间0.5S≤T≤15S， 2类场所自动恢复供电时间T≤0.5S，电压总谐波畸变率THDu≤3%，X光机、CT机、核磁共振都是谐波含量较高的负载。
■剧场/体育馆
可控硅调光系统、大型LED设备等都是谐波源，在运行过程中会产生大量的三次谐波，不但造成配电系统的电力设备效率低下，而且还会造成灯光频闪，对通信、有线电视等微弱电回路产生杂音，甚至产生故障。
发展状况编辑
随着电力电子技术和控制技术的进步，国产有源滤波器已经在各种重大项目上的代替的进口产品，仅2012年，国产有源滤波器产品的销售额已经**过进口5倍之多，有源电力滤波器APF以其巨大的技术优势、强大功能、逐渐下降的价格，必将终取代传统无源型滤波器PF。
在APF的发展过程中，模块化的有源滤波设备以其体积小，安装方便，集成化程度高，工作稳定，扩容方便等优点慢慢取代了传统的柜式APF，在未来的5年中，模块化的有源滤波APF与静止无功发生器SVG的组合必将成为电能质量行业中有力的解决方案，并被市场广泛的认可。

安科瑞电气股份有限公司[股票代码:300286.SZ]是一家集研发、生产、销售和服务于一体的**企业，致力于为用户端提供能效管理和用电安全的系统解决方案。安科瑞电气具备从云平台软件到传感器的完整生产线，目前已有8000多套各类系统解决方案在全国各地运行，帮助用户实现能源的可视化管理，提供能源数据服务，为用户高效和安全用能保驾**。安科瑞能效管理系统包括变电所运维云平台、安全用电管理云平台、环保用电监管云平台、预付费管理（系统）云平台、智能变配电监控系统、电能质量治理系统、建筑能耗管理系统、工业能源管控平台、漏电火灾监控系统、消防电源监控系统、*门监控、应急照明和疏散指示系统、充电桩收费管理系统、数据中心动环监控系统、智能照明控制系统、IT配电绝缘监测等系统及相关产品。位于无锡江阴市的生产基地--江苏安科瑞电器制造有限公司是江苏省两化融合试点企业，拥有功能完善的产品试验中心，可开展环境、电磁兼容、安全性、可靠性等多种试验。生产过程依托**的信息化管理系统和严格执行ISO9001管理标准，为产品产业化、规模化实施提供了**，仪表年生产能力200万台，电量互感器150万只、节能成套柜10000台套。安科瑞在全国主要城市设立了分公司和办事处，当地配置销售、技术支持团队，快速响应客户需求，为用户提供优质的产品体验。安科瑞高度重视产品质量和技术创新，截止2018年底，公司拥有5项商标、18项发明**、70项实用新型**、93项外观**、147项计算机软件着作权，并参与多个国家或行业标准的制定。经过多年的积累和发展，安科瑞参与了诸多用户端能效管理项目，包括沪昆高铁多个站房电力监控和智能照明控制系统、上海通用汽车能耗管理系统、宁夏医科大学附属医院能源管理系统、天狮大学城宿舍远程预付费系统、山东金麒麟能源管理系统、苏州铁狮门能源管理系统、苏州中心消防电源管理系统等等。