企业信息

　　在采用电力电子器件实现变频调速的过程中，由于电力半导体器件的开关特性，在其输入和输出侧的电压和电流中都会出现波形畸变，从而产生了大量的谐波。谐波污染大大增加了电网中发生局部的并联或者串联谐振的可能，使谐波电流放大几倍甚至几十倍，产生过电压或过电流，对继电保护、计算机、测量和计量仪器以及通信系统等都有不利的影响。大量谐波的存在，不仅使船舶发电、输电和用电设备的效率降低，而且会使电气设备过热，并导致绝缘老化、使用寿命缩短;甚至还会对船舶电力系统中的继电保护和电力测量等设备带来严重影响，引起误动作和拒绝动作，降低继电保护和自动控制装置的可靠性。

　　近几年谐波畸变所引起的海上平台变压器过热、仪表数据波动、电容器过载损坏等现象已日渐引起相关工作者的关注和警觉，谐波分析和抑制成为海上平台电力系统设计时所必须考虑的重要课题。人们也越来越意识到并逐步实施对于谐波的治理工作，近几年建造投用的大型船舶和海上钻采平台在设计初始就采用增加滤波器等谐波治理措施，对于早年投用的船舶和海上钻采平台，由于投用时间久，期间经历过不同程度的改造以及设备、电缆等均有不同程度的老化，谐波治理将更为复杂。因此，采用现有成熟可靠的技术和设备解决船舶和海上钻采平台谐波问题尤为重要。

　　3 谐波的治理

　　3.1 治理方式

　　解决电力电子装置产生的谐波污染和低功率因数问题，不外乎两种途径：一种是装设补偿装置，如有源滤波器、无功功率补偿器等，设法对谐波进行抑制和对无功进行补偿;另一种是对电力电子装置本身进行改进，使其不产生谐波，或者少产生谐波，也不消耗无功功率，或根据需要对其功率因数进行调节。后一种方法需要对现有电力电子装置进行大规模更新，投入成本较大，并且只适用于作为主要谐波源的电力电子装置，因此有一定的局限性。而**种方法则适用于各种谐波源和低功率因数设备，并且方法简单，已得到广泛应用。

　　传统的补偿无功功率和谐波的主要手段是设置无功补偿电容器和LC滤波器，这两种方法结构简单，既可以抑制谐波，又可以补偿无功功率，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，此外，此种补偿方法损耗大，又只能补偿固定频率的谐波，难以对变化的无功功率和谐波进行有效的动态补偿。而随着电力系统的发展，对无功功率和谐波进行快速动态补偿的需求越来越大。目前的趋势是采用电力电子装置进行谐波补偿，即采用有源滤波器(Active Power Filter，APF)。

　　3.2 有源滤波器的优势

　　有源滤波器的主要优点有：

　　(1)有源滤波装置是一个高阻抗电流源，它的接入对系统阻抗不会产生影响，因此此类装置适合系列化、规模化生产。

　　(2)当电网结构发生变化时装置受电网阻抗的影响不大，不存在与电网阻抗发生谐波的危险，同时还能抑制串并联谐振。

　　(3)原理上比PPF更为优越，用同一台装置可同时补偿多次谐波电流和非整流倍次的谐波电流，完成各次谐波的治理。

　　(4)实现动态补偿，可对频率和大小均变化的谐波及变化的无功功率进行补偿，对补偿对象的变化有较快的响应速度。

　　(5)由于装置本身能完成输出限制，当线路中的谐波电流突然增大时有源滤波器不会发生过载，并且能正常发挥作用，不需要与系统断开。

　　(6)具备多种补偿功能，可以对无功功率和负序进行补偿。

　　(7)谐波补偿特性不受电网频率变化的影响。

　　(8)可以对多个谐波源进行集中治理。

　　3.3 ANAPF系列有源电力滤波装置

　　安科瑞公司ANAPF系列有源电力滤波装置作为一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿，可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点，实现了动态跟踪补偿，是谐波治理和无功补偿的选择，是确保海上平台电力系统稳定运行的有力**。

　　3.3.1 工作原理

　　ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联的方式接入电网，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。(见图1

　　图1 ANAPF有源电力滤波装置的工作原理图

　　3.3.2 技术参数

　　3.3.3 功能模块介绍

　　控制器模块APFMC-C100

　　主要由：DSP(数字信号处理器)、FPGA逻辑器件、AD信号采样电路、DI/DO输入输出控制电路、PWM波形控制电路、RS485通讯电路等组成，主要用来完成电压、电流等信号的采集和处理、指令电流的计算、开关电路的生成、PWM信号的输出、系统对外通讯与系统保护等功能。控制系统是有源滤波器的核心，它决定了有源电力滤波器系统的主要性能和指标。

　　变流器模块APFCOV

　　其核心是储能电容和IGBT模块。变流器的作用主要是将电网的电压经IGBT功率模块整流后为储能电容充电，使母线电压维持在某个稳定的值，在这个过程中变流器主要工作在整流状态，当主电路产生补偿电流时，变流器又工作在逆变状态。考虑到产品是在电网中长时间运行的，因此直流支撑电容采用薄膜电容，功率模块采用德国原装产品，以确保整机质量。变流器的选择根据补偿电流的大小而有所不同。

　　电抗器模块APF-RE.DG、APF-RE.SDG

　　APF电抗器起滤波作用，滤除APF发出的电网不需要的谐波。电抗器可分为单相和三相，电流从15A到200A等多种规格。

　　人机操作界面APF-HMI

　　APF柜在工作时，系统可以监测其网侧电流、APF桥臂电流以及负载侧电流，用户可以通过HMI来对APF的运行模式进行设置，对于运行中出现的问题，可以产生对应的事件记录。HMI就是我司针对电力系统，工矿企业，公用设施,智能大厦的电力监控需求而设计的一种智能仪表，它采用高亮度TFT-LCD彩屏显示界面，通过面板按键来实现参数设置和控制，集成全部电力参数的测量、全面的电能计量和考核管理、多种电力质量参数的分析。

　　配套的电流采样互感器AKH-0.66-K

　　3.3.4 技术优势

　　1)DSP+FPGA全数字控制方式，具有较快的响应时间;

　　2)的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定;

　　3)一机多能，既可补谐波，又可兼补无功;

　　4)模块化设计，便于生产调试;

　　5)便利的并联设计，方便扩容;

　　6)具有完善的桥臂过流、保护功能;

　　7)使用方便，易于操作和维护。

　　3.3.5 有源滤波器报价及元件清单

　　4 ANAPF有源电力滤波装置的应用实例

　　中海油某油田开发项目采用VFD电气传动控制系统(交流调速传动控制)，变频驱动电钻机时产生了大量的谐波，实测600V母线上电压的畸变率为l8.0%左右，需要配备谐波抑制和无功补偿的设备。但VFD系统的功率因数较高，一般在0.8左右，针对此系统特点，拟只用有源滤波器来抑制谐波，而不设置动态无功功率补偿装置。

　　经过计算及慎重考虑后，用户选定了安科瑞公司的ANAPF系列有源电力滤波装置进行谐波治理。ANAPF100-400/B投入运行前后的系统谐波如下(图2-11)：

　　图2 ANAPF投入前的电压波形图图3 ANAPF投入后的电压波形图

　　图4 ANAPF投入前的电流波形图图5 ANAPF投入后的电流波形图

　　图6 ANAPF投入前的电压频谱图图7 ANAPF投入后的电压频谱图

　　图8 ANAPF投入前的电流频谱图图9 ANAPF投入后的电流频谱图

　　图10 ANAPF投入前的电能质量数据图11 ANAPF投入后的电能质量数据

　　对于现场600V电网的电网质量和功率因数均有较大的改善，通过下面滤波器和无功补偿装置投入前后的数据比较，也可说明改善的效果。

　　5 结论

　　近年来变频器因为其驱动电动机系统节能明显、调节方便等特点在海洋平台电力系统中得以越来越多的应用，但同时因为它非线性的工作方式产生的高次谐波给海洋平台电网系统带来了一定的影响，对其他电气设备造成损害，其危害已不可忽视，因此带来了海洋平台电力系统谐波分析的必要性和谐波治理的紧迫性。ANAPF系列有源电力滤波器是一种特别适合舰船及钻采等海上平台谐波治理的方案。它的使用，较好地抑制了电网中的谐波污染，较大地改善了电网的电能质量，满足了各设备的运行及GJB151A中CE101项的指标要求，具有较好的推广应用价值。

　　安科瑞有源电力滤波器在通信行业中的应用

　　摘要：随着通信行业的迅猛发展，大量使用UPS、开关电源及变频设备等非线性负载，在使用过程中会产生大量的谐波电流，给配电系统带来严重的污染，不仅会影响配电系统安全运行，还会引起其他设备的不稳定，为此，安科瑞有源电力滤波器为通信行业电能治理，为电力系统保驾**。

　　1、通信行业谐波源分析

　　(1)UPS不间断电源

　　目前移动通信机房大量使用的UPS多为三相全控桥6脉冲可控硅整流方式，单套容量大，其谐波电流畸变率大都在25%~35%之间，主要谐波为5、7、11、13次谐波。

　　(2)开关电源

　　开关电源是移动通信机房应用的设备，其特点是单元容量比较小，输入端采用整流电路，致使电流波形产生畸变，其谐波电流畸变率大都在30%~60%之间，不同的开关电源谐波含量差别比较大。

　　(3)计算机设备

　　电路中的开关器件及感性负载工作于高频开关状态而产生脉冲，计算机设备产生谐波以3次、5次和7次为主。

　　2、通信行业的电能质量问题及危害

　　移动通信设备对电能质量要求较高，移动通信机房作为移动公司的核心区域，必须保证配电系统和用电设备安全可靠运行，一旦发生电气事故造成停电或设备故障造成停机，造成的经济损失和社会负面影响很难估量。

　　非线性设备在使用过程中会产生大量的谐波，导致电压、电流波形发生畸变，严重影响机房供电安全,诸如电缆发热、备用柴油发电机组无法正常投切、IT设备寿命降低、控制设备工作异常、保护开关误动作、无功补偿装置不能正常投切等。

　　3. 通信行业谐波治理解决方案

　　针对于以上通信行业谐波污染情况，经专业测试及分析，建议加装有源电力滤波器，经过实际应用效果证实其性能，避免由谐波给数据机房带来的严重影响，保证供电系统稳定性、安全性。

　　3.1 ANAPF有源电力滤波器在数据机房的应用

　　3.1.1 项目背景

　　常熟智慧城市是一个市民卡信息中心，其中包括大型数据机房，对电能质量要求非常高;为了提高供电可靠度，采用大量的UPS作为设备电源，机房内还包含空调设备、照明设备等。此类电力电子设备皆属于非线性负载，在使用过程中会产生大量谐波并注入系统中，主要以5次、7次为主;如果不进行谐波治理，对电网造成严重的污染，也影响机房中其他敏感设备，比如导致通信数据错误，甚至瘫痪、中断，降低了配电系统的安全性、可靠性。

　　3.1.2治理方案

　　根据以往测量经验进行谐波分析与估算，谐波主要由UPS和一些非线性直流电源产生，供电系统由2台800kVA变压器及其一台800kW发电机组成，采用集中治理方案，在每台变压器下加装300A有源电力滤波器，型号为 ANAPF300-380/BGL，来自动跟踪补偿负载产生的谐波电流，保证整个系统安全可靠运行。

　　3.1.3治理效果

　　图3-1治理前电流波形和各次谐波柱状图

　　图3-2治理后电流波形和各次谐波柱状图

　　由上图可以看出，治理前，N线电流较大，3次、5次、7次等谐波频次含量较大;治理后，N线电流明显降低、各次谐波电流得到有效抑制，提高了供电系统的稳定性，消除了谐波对通信系统影响的危害，收到了良好的运行效果。

　　3.2安科瑞有源电力滤波器介绍

　　3.2.1 基本原理

　　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：ANAPF系列有源电力滤波器通过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。