国网自控电能质量管理产品介绍 APF

引言 在现代电力系统中，电压暂降，暂升和短时中断，谐波产生的电压波形畸变已成为最重要的电能质量问题。随着大量电力电子产品（变频器、UPS,智能空调等）的大规模使用，导致电网内的谐波电流日益严重。

图-1  各行业谐波畸变率THDi经验数据

 谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以下几个方面:

    （1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至发生火灾。

    （2）谐波影响各种电气设备的正常工作。 谐波对电机的影响除引起附加损耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。

    （3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。

  （4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量不准确。

 （5）谐波会对邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量；重者导致住处丢失，使通信系统无法正常工作。

（一）有源滤波器APF介绍

有源滤波器APF是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，之所以称为有源，顾名思义该装置需要提供电源，其应用可克服LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点（传统的只能固定补偿），实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功。

 图-2  APF滤波原理

  APF通过外部互感器CT实时采集电流信号，通过内部检测电路分离出其中的谐波部分，通过IGBT功率变换器产生与系统谐波大小相等相位相反的谐波电流注入到电网，实现滤除谐波的功能。有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起谐振。其基本优势是：（1）低纹波电流，高电流相应速度。（2）具备同时补偿无功功率和消除谐波功能。

（二）GWZK-APF产品介绍

    江苏国网自控一直致力于电能质量治理问题，在针对电网晃电问题治理的同时，也在对电网谐波治理进行了一系列产品的研发。我们针对低压配电网（400V和690V）系统的谐波治理，研发了GWZK-APF新型有源滤波器。

 国网自控APF在400V低压系统，补偿电流为50A~4200A；在690V系统补偿容量为50A~1500A。

（三）GWZK-APF技术特点

    我公司在GWZK-APF设计过程中，紧跟电力电子设备的发展趋势，广泛借鉴各行业相关设备的优点，将这些技术特点整合而形成新一代APF，从成本、性能、交货速度、可扩展性各方面，都在国内同行业中具备独具优势。

 1，模块化抽屉式功率模块

          模块化设计，是电力电子产品的发展方向，机柜由多个功率模块组合而成，每个模块完全相同，都能独立工作，并联起来共同运行，当任何一个模块出现故障时，其它模块自动平均分担负荷继续运行。

2，强大的综合电能质量治理功能

     设备可以同时实现以下功能，用户可以通过触摸屏的人机界面，选择优先级、选择同时实现：

  （a）有源滤波：滤除50次以内谐波

  （b）无功补偿：双向补偿感性无功与容性无功

  （c）电压偏离：双向补偿电压升高与电压跌落

  （d）固定电流：发出指定的任意电流

3，热插拔技术

   我公司的模块采用动静插件与母排相连，通过采用防止拉弧的技术实现热插拔功能。在设备正常运行时，无需断电将故障模块取出，更换新模块。

4，光纤通讯

   目前的低压设备通讯都采用电缆信号通讯，但是电信号容易受到电磁干扰，故我公司的GWZK-APF采用光纤通讯，光信号不受电磁干扰，可靠性高，通讯稳定。

5，三电平结构

  主电路采用3H全桥拓扑三电平结构，输出电流波形更平滑，同时使直流母线电压和开关器件的开关频率只有传统两电平有源滤波器的1/2，大大降低了开关器件的损耗。

（四）GWZK-APF选型

   我公司APF选型型号：

考虑到不同行业的谐波畸变率不同和补偿形式不同，我公司提供了APF容量选择速查表，以供选型时估算补偿电流。

 集中补偿方式：在一个混合型配电系统中，当非线性负载数量庞大，单台非线性容量较小时，宜采用集中补偿方式。

就地补偿方式：配电系统中非线性负载集中在某一条支路或某一台非线性负载时，宜采用就地补偿方式。

两种不同补偿方式的补偿容量速查表：

（五）GWZK-APF产品应用
      我公司的APF在医疗行业、通讯行业、石化行业、采矿行业、轨道交通等都在大量使用，取得了用户的好评。下图以化工、冶金行业为例提供了局部的设计图纸：

石化行业配电谐波的特点是：变频器的大量应用使石化行业配电系统中谐波含量大大增加，目前变频器的整流环节大多数都是应用的6脉冲整流，产生的谐波以5次、7次、11次为主。

石化行业谐波治理的用户价值体现在，通过谐波治理减少谐波对电力设备的危害，减少电力测量仪表的误差度，确保电能管理和收费的准确性。