有源电力滤波器在小区配电系统中的应用与选型

摘要：随着科学技术的发展，大量电力电子设备广泛应用于工业冬季领域，给工业带来了巨大的变化，但大量电力电子设备的广泛应用，也给电力系统环境带来了严重的“污染"，根本原因是电力电子设备是非线性负荷，系统运行会产生谐波，造成非常严重的危害。有源电力滤波器(ActivePowerFilter)它是一种深入研究的装置。它是一种新型的电力电子装置，用于动态补偿，既能抑制谐波，又能补偿无功。它可以补偿大小和频率的谐波和变化的无功。它的应用可以克服传统谐波抑制和无功补偿方法的缺点，如LC滤波器。

关键词：APFF有源电力滤波器;社区配电网；谐波源

1导言

有源滤波器采用现代电力电子技术、数字信号处理技术和先进的控制理论，有助于电网谐波的动态实时补偿，是解决谐波污染、提高电能质量的有效途径之一。谐波问题一直只在工业领域引起重视，在社区配电网中很少引起重视。调查结果表明，社区配电网谐波污染程度非常严重，并逐年加剧。因此，社区配电网的谐波处理势在必行。

2低压配电网的主要谐波源

随着现代工业技术和民用建筑业的快速发展，配电网中的非线性负荷迅速增加。逆变器、整流器、各种开关电源等各种非线性和时变电子变流器在工业生产和日常生活中得到越来越广泛的应用，对电网的污染也越来越严重。这些装置从电网中消耗大量的无功功率，并产生大量的谐波分量注入电网，导致电网的电压和电流波形严重变形，逐渐成为配电网的主要谐波源。在低压配电网中，民用和商业用电的比例日益增加，各种办公自动化设备和家用电器日益普及。虽然这些电器的单一功率不大，向电网注入的谐波很小，但由于总量大，工作同时性强，向电网注入的总谐波电流非常大，建筑用电逐渐成为低压配电网的主要谐波污染源之一。

3谐波的治方案

3.1主动治理方案

常见的主动处理方案是使用高功率因数变流器。电力电子装置是电力系统中的主要谐波源。抑制谐波*的直接途径是开发新型变流器的单位功率因数变流器(UnityPowerFactorConverter),这种变流器在工作过程中不产生谐波，功率因数为1。高功率因数变流器几乎可以看作是单位功率因数变流器。采用多种技术可以有效地减少变流器谐波。其原理是多方波叠加可以消除低频谐波，从而获得类似正弦波的阶梯波。重数越多，波形越接近正弦波，但电路结构越复杂。如果将多种技术与PWM技术相结合，可以取得更理想的效果。这种方案通常需要投入大量资金，这是普通电力用户无法接受的。因此，这种方法主要用于大容量场合。

3.2被动治理方案

1)传统的谐波补偿装置是由电感电容串并联组成的LC调谐滤波器，结构如图1所示。利用谐振原理对特定次数的谐波电流形成低阻抗，实现谐波电流的分离，使其不注入电网。该方法既能抑制谐波，又能补偿无功功率，结构简单，已广泛应用于电力系统中。然而，这种谐波补偿装置的补偿性能受到电网阻抗和运行状态的影响。由于与系统并联，容易发生并联谐振，放大谐波电流，导致LC滤波器过载甚至烧毁。此外，固定的拓扑结构决定了这种滤波器只能补偿固定频率的谐波，补偿效果并不理想。然而，由于其结构简单、价格低廉，LC滤波器仍然是补偿谐波*的主要方案。

图1LC滤波器结构示意图

抑制谐波的被动方案越来越流行，即使用有源电力滤波器(ActivePowerFilterAPF)。有源电力滤波器也是一种电力电子装置。其基本原理是从补偿对象中检测谐波电流，补偿装置产生与谐波电流大小相等、极性相反的补偿电流，抵消谐波源注入电网的谐波电流，使电网电流不含谐波分量，只含基波分量。该滤波器可实时跟踪和补偿振幅和频率变化的谐波，补偿性能不受电网阻抗的影响，因此受到高度重视。

图2有源电力滤波器原理

4安科瑞APF有源滤波器产品选型

4.1产品特点

（1）DSP+FPGA控制模式，响应时间短，全数字控制算法，运行稳定；

（2）一机多功能，既能补谐波，又能补无功，可对2～51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿；

（3）桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能完善；

（4）模块化设计，体积小，安装方便，扩容方便；

（5）采用7英寸大屏幕彩色触摸屏，实现参数设置和控制，使用方便，操作维护方便；

（6）输出端安装滤波装置，减少高频纹波对电力系统的影响；

（7）多机并联，达到较高的电流输出水平；

（8）拥有自主技术。

4.2型号

5安科瑞智能电容器产品选型

5.1产品概述

AZCAZCL系列智能电容器应用于0.4kV、50Hz低压配电是节能、减少线路损耗、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元、晶闸管复合开关电路、线路保护单元、两个或一个低压电力电容器组成。它可以替代由熔丝、复合开关或机械接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯和其他零件组成的自动无功补偿装置。它具有体积小、功耗低、维护方便、使用寿命长、可靠性高的特点，适应了现代电网对无功补偿的更高要求。

AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数和切割状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动找到合适的投入（切除）点，实现过零切割，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

5.2型号

6结论

通过在社区低压补偿柜和无功补偿箱上安装APF装置，解决了谐波超标无法投入社区无功补偿装置的问题，防止高频装置产生高值谐波电流引起的开关误动。因此，结合自身特点，可应用于配网低压谐波超标、功率因数低、无消谐装置的高频装置，限制或消除谐波，提高功率因数，大大提高电能质量。

参考文献

[1]中国国家标准GB7251.1-2005.《低压成套开关设备和控制设备1》[S]

[2]张新,吴超,牛冠清.有源电力滤波器APF在小区配电网中的应用[J].科技与企业,2013(24):403-404.DOI:10.13751/j.cnki.kjyqy.2013.24.387.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版

[4]柳杨.有源电力滤波器APF在小区配电网中的应用