谐波智能滤波装置在某化工厂生产上的应用

随着电力电子变流装置的应用日益广泛，电能得到了更加充分的利用。但非线性电力装置设备的广泛应用产生了大量畸变的电流谐波，畸变电流在电网中的流动导致了谐波电压；谐波污染越来越多地威胁到电力系统安全、稳定、经济运行，给同一网络的线性负载和其它用户带来了极大影响。谐波已与电磁干扰、功率因数降低并列为电力系统的三大公害。所以了解谐波产生的原理、研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，对抑制谐波、解决谐波产生的问题有着重要的指导作用。因此对谐波的测量和分析是电力系统分析和控制中的一项重要工作，是继电保护、故障测量等工作开展的重要前提。

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。

它具有改善供电质量、提高功率因素和设备利用率、节约能源降低损耗等多种功能，从而获得明显的经济效益，投资回收年限一般为1～2年。本文以某化工厂为例，就低压谐波滤波装置的技术经济性能作简单的介绍。

2用户用电情况简况

某化工厂2010年负荷配电变压器容量5.2MVA，有1.6MVA配电变压器两台，2.0MVA配电变压器一台，配电变压器高压侧电压10kV，低压侧为0.4kV，产生谐波的设备主要是整流柜，整流设备容量为1.344MVA。集中接于1号配变的（1.6MVA）0.4kV侧，如简图1所示。整流设备产生的主要谐波电流有5次、7次、11次、13次电流，其实测值见表1。

图1接于配电变压器低压侧的负荷

1号配变原来装有0.4kV侧的无功补偿电容器近600kvar，运行两年来已先后损坏更换约60%，由于无功不足，按力率调整电费每年多交10多万元（2010年统计）。

为消除谐波的不良影响，降低生产损耗，延长设备寿命，提高生产效率和产品质量，同时也为满足无功补偿的要求，某化工厂用低压谐波滤波器装置代替了原来的补偿电容器组。

表11号配电变压器总线测试值

3ANAPF有源电力滤波装置

3.2无功补偿与电力滤波兼顾

同一般低压电容补偿设备相比，ANAPF有源谐波滤波装置除具有无功补偿作用外，还具有滤波能力，使用户注入系统的谐波电流大大降低，表2～3是某化工厂在两组不同用电条件下的实测数据分析。

从表2可以看出，装设谐波滤波装置前，原有电容补偿支路和负荷及配电变压器之间构成并联谐振回路使电容及配电变压器的谐波电流明显放大，其谐振点在13次附近。

表3反映了投入谐波滤波装置后使用户的各项电能指标得到明显改善；无供需量减少50%，功率因素从0.734提高到0.917,电压及电流畸变均减少了一半。

ANAPF有源滤波装置投入使用后，吸收整流设备产生的大部分高次谐波电流，大大减少对电网污染。1号变压器0.4kV侧投入谐波滤波装置后，注入系统的谐波电流值5次从301A降至108A，7次从132A降至36A，11次从48A降至24A，13次从36A降至12A；对5、7、11、13次谐波的吸收效率分别是64%、72%、50%、66%。

表2 原有电容补偿设备对各次谐波电流的影响（0.4kV侧）

3.3ANAPF有源电力滤波装置主要技术特点

使用方便，易于操作和维护。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；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；

3.4谐波抑制及治理的容量设计

3.4.1谐波电流估算

谐波是由非线性设备产生的，而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用专门设备进行测量，考虑到设备的技术及经济性，设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂，况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据，可以根据下列公式以对谐波电流进行估算。

其中为负荷率：即负荷占变压器额定容量的比例，通常取0.7-0.8；

为谐波系数，根据系统场合不同而不同；

为变压器额定容量，单位kVA；

为低压系统电压，一般取0.4。

3.4.2谐波补偿装置容量选型

补偿电流选择原则：根据估算得到谐波电流值。

如采用无源谐波抑制，可根据无功容量每千乏（kVar）折算成电流后按0.2-0.3的系数折算成谐波抑制电流，如100kVar消谐式无功补偿电流为144A，按系数0.2折算即抑制28.8A的谐波电流。

如采用有源滤波装置，可根据滤波方案选择框图中的估算值进行设计选型。

例：某公司配电变压器容量为150kVA，变压