1.1 安科瑞壁掛式有源電力濾波器概述

電力系統(tǒng)中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz 的正弦波，但是非線性電力設(shè)備（如：大功率可控硅、變頻器、UPS、開關(guān)電源、中頻爐、節(jié)能燈等）的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產(chǎn)生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量為基波，頻率是基波頻率整數(shù)倍的分量為諧波。這類諧波“污染"會對電網(wǎng)和用戶產(chǎn)生很大危害，所以稱諧波治理是一項(xiàng)“綠色工程"!
由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源電力濾波器（APF）開始規(guī)?；瘧?yīng)用，相對于傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償裝置，APF 響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償各次諧波，具有補(bǔ)償諧波、無功補(bǔ)償和平衡三相電流的功能，同時(shí)，APF 還具有不受系統(tǒng)阻抗影響、無諧振隱患、補(bǔ)償效率高等，在各行各業(yè)的供電系統(tǒng)中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。產(chǎn)品符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q《ANAPF 有源電力濾波器》的規(guī)定。
1.2 安科瑞壁掛式有源電力濾波器的基本原理
ANAPF 系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)討B(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。其原理為：ANAPF 系列有源電力濾波器通過CT 采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

圖1-1 ANAPF 有源電力濾波器原理圖

1.3 參照標(biāo)準(zhǔn)
GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量：三相電壓不平衡》
GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓偏差》
GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量：電壓波動和閃變》
GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓》
GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率偏差》
GB17625.1-2012 《電磁兼容限值諧波電流發(fā)射限值（設(shè)備每相輸入電流≤16A）》
GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置》
JB/T11067-2011 《低壓有源電力濾波裝置》

1.4 ANAPF 系統(tǒng)的構(gòu)成
圖1-2 為ANAPF 的系統(tǒng)原理圖。圖中電流源是電力系統(tǒng)交流電壓，非線性負(fù)載為諧波源，工作時(shí)產(chǎn)生諧波和無功電流。ANAPF 主要由負(fù)載電流檢測、指令電流計(jì)算、橋臂電流輸出控制、驅(qū)動電路以及主電路組成。通過檢測負(fù)載電流中的諧波電流成分來得出實(shí)際補(bǔ)償需要的指令電流。IGBT 驅(qū)動電路以及主電路為補(bǔ)償電流發(fā)生電路，它的主要作用是根據(jù)指令運(yùn)算電路得出的諧波電流補(bǔ)償信號，產(chǎn)生實(shí)際的補(bǔ)償電流。主電路主要由電壓型PWM 變流器，以及與其相連的電感和直流側(cè)支撐電容（DC-link）組成。

ANAPF 不僅可濾除諧波電流，還可適當(dāng)補(bǔ)償無功，平衡三相系統(tǒng)的電流。

圖1-2 ANAPF 系統(tǒng)原理圖

1.5 ANAPF 性能
1.5.1 技術(shù)參數(shù)
ANAPF 技術(shù)參數(shù)如表1-1 所示。

1.5.2 保護(hù)功能
a) 輸出超限保護(hù)
當(dāng)諧波負(fù)載容量超出ANAPF 補(bǔ)償能力時(shí)，ANAPF 按zui大能力輸出（即限流輸出），能有效避免由于負(fù)載容量過大而引起ANAPF 線路燒毀的情況；
b) 過溫度保護(hù)
ANAPF 內(nèi)部功率半導(dǎo)體部分溫度超過85±2℃時(shí)，ANAPF 會自動切斷主回路，且顯示屏HMI 上產(chǎn)生相應(yīng)的故障記錄；
c) 直流母線過壓保護(hù)
直流母線電壓超過設(shè)定值時(shí)，ANAPF 會自動關(guān)閉，且顯示屏HMI 上產(chǎn)生相應(yīng)的故障記錄；
d) 輸入電壓欠壓、過壓保護(hù)
當(dāng)輸入電壓高于或低于額定電壓的±10%時(shí)，ANAPF 會自動關(guān)閉，且顯示屏HMI 上產(chǎn)生相應(yīng)的故障記錄。

1.6. ANAPF 的電路結(jié)構(gòu)
ANAPF 電路結(jié)構(gòu)主要由主電路、邏輯控制電路、驅(qū)動電路和電流采樣電路等組成。
1.6.1 主電路
ANAPF 主電路如圖1-3 所示。

圖1-3 主電路圖

主電路由斷路器(QF)、交流接觸器(KM)、限流電阻(R)、輸出電抗(L1、L2)、RCL 濾波支路、IGBT 變流模塊、膜電容組成。
主電路采用三相全橋電壓型PWM 變流器，變流器的作用主要是將電網(wǎng)的電壓經(jīng)IGBT 功率模塊整流后為儲能電容充電，使母線電壓維持在某個(gè)穩(wěn)定值，在這個(gè)過程中變流器主要工作在整流狀態(tài)；當(dāng)主電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流時(shí)，變流器又工作在逆變狀態(tài)。
電容用來儲存直流側(cè)能量；輸出電抗的作用：補(bǔ)償電流通過電抗向系統(tǒng)注入或吸收電流。
1.6.2 邏輯控制電路
邏輯控制回路包括繼電控制、電源系統(tǒng)和PWM 脈沖輸出三部分：

• 繼電控制系統(tǒng)主要由斷路器、接觸器、中間繼電器、控制按鈕、指示燈等組成；

• 電源系統(tǒng)主要是給控制部分、輔助邏輯部分以及冷卻系統(tǒng)供電，它由進(jìn)線變壓器、交流濾波器、開關(guān)電源等組成；

• PWM 脈沖輸出部分是控制IGBT 的通斷，從而實(shí)現(xiàn)電流的跟蹤控制。

1.6.3 驅(qū)動電路
驅(qū)動電路由電源部分、驅(qū)動部分和保護(hù)部分組成：

• 電源部分為驅(qū)動模塊的正常工作提供電源；

• 驅(qū)動部分包括驅(qū)動模塊和相關(guān)的外圍電路；

• 保護(hù)部分主要是檢測PWM 變流器的電流和溫度信號，必要時(shí)停止PWM 變流器。

1.6.4 電流采樣電路
電流采樣電路主要包括輸出電流采樣電路和負(fù)載電流采樣電路（或電網(wǎng)電流采樣電路）；通過采樣到的負(fù)載電流（或電網(wǎng)電流）計(jì)算出其中的諧波電流，將這個(gè)諧波電流反相，就得到指令電流，通過指令電流和輸出電流的差值控制PWM 脈沖輸出，驅(qū)動IGBT 功率模塊輸出反相的諧波電流，與電網(wǎng)中的諧波電流相抵消，從而達(dá)到濾除諧波的目的。
1.7 人機(jī)界面
液晶顯示屏的作用是檢測、控制ANAPF 的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及記錄相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)，便于用戶實(shí)際操作。顯示內(nèi)容如表1-2 所示：

具體操作步驟及方法詳見第三章節(jié)。

1.8 型號說明

1.9 柜子外形尺寸
1.9.1 立柜式ANAPF

1.9.2 模塊化ANAPF

1.10 治理方式
1.10.1 集中治理

集中治理適用于單臺設(shè)備諧波含量小，但數(shù)量龐大、布局分散的場合，比如辦公大樓(個(gè)人電腦、節(jié)能燈、變頻空調(diào)、電梯等)，雖然單臺設(shè)備的電流小，諧波含量低，但整棟大樓的總電流大，總諧波電流也大。
1.10.2 局部治理

局部治理適用于諧波源集中在某一條或幾條饋出支路的配電系統(tǒng)，比如醫(yī)院的儀器、UPS 電源等，雖然單臺設(shè)備的電流小，諧波含量低，但為防止其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波對其干擾，采用局部諧波治理。
1.10.3 局部治理

2  .ANAPF在商業(yè)中心的應(yīng)用

??▲ 項(xiàng)目背景：

??無錫恒隆廣場屬于大型商業(yè)建筑，主要負(fù)載是中央空調(diào)、電梯和照明設(shè)備等，由于變頻器的節(jié)能性，使用大量變頻器驅(qū)動這些設(shè)備，但同時(shí)會產(chǎn)生大量3次、5次、7次等諧波電流。諧波電流在線路上流動產(chǎn)生壓降，使得電壓也跟著畸變，電壓畸變率超過國標(biāo)限值，供電質(zhì)量相當(dāng)糟糕，影響其他用電設(shè)備的正常使用，現(xiàn)場會出現(xiàn)燈具閃爍的現(xiàn)象。

??▲ 治理方案：

??無錫恒隆廣場該配電系統(tǒng)中共有2臺2000KVA的變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線側(cè)加裝400A的ANAPF系列有源電力濾波器，使用2臺200A并機(jī)實(shí)現(xiàn)，型號為：ANPF200-380/BGL。

??▲ 治理效果：

圖4-9治理前電流波形

圖4-10治理后電流波形

??從圖4-9和圖4-10可看出，治理前電流波形發(fā)生畸變，出現(xiàn)多出鋸齒狀;治理后電流波形明顯得到改善，趨向標(biāo)準(zhǔn)正弦波，電能質(zhì)量達(dá)到很大提高，給用電帶來保障。

??▲ 現(xiàn)場安裝：