1 电能质量与谐波
1.1 谐波的产生
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、研究供配电系统中的高次谐波问题对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项重要工作，是继电?；ぁ⒐收喜饬康裙ぷ骺沟闹匾疤?。
主要谐波产生源如下表：
名 称 | 所属行业 |
变频装置 | 商业、市政、民用、公用事业、工矿企业等 |
UPS、开关电源、逆变电源 | 公用事业、商业、电子、通讯等 |
地铁、轻轨、充电站（桩） | 交通 |
单（多）晶硅生产设备、中频炉 | 制造业 |
电弧炉、交流弧焊机、感应加热装置 | 机械、能源、化工 |
1.2 谐波的危害
1.2.1使电力元件附加损耗加大，易引发火灾。
谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。
1.2.2影响电气设备的正常运行。
谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。
1.2.3引起电网谐振。
这种谐振可能使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。
1.2.4使继电保护误动作，电气测量误差过大。
谐波会导致继电?；ぃ乇鹗俏⒒酆媳；て饔胱远爸梦蠖鳎斐刹槐匾墓┑缰卸虾蜕鹗?；谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。
1.2.5使工控系统崩溃。
临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，计算机无法正常工作；重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。
1.3 谐波治理依据的国家标准
GB/T14549-1993 《电能质量：公用电网谐波》
GB/T15543-2008 《电能质量：三相电压允许不平衡度》
GB/T12325-2008 《电能质量：供电电压允许偏差》
GB/T12326-2008 《电能质量：电压波动和闪变》
GB/T18481-2001 《电能质量：暂时过电压和瞬态过电压》
GB/T15945-2008 《电能质量：电力系统频率允许偏差》
GB7625.1-1998 《低压电气电子产品发出的谐波电流限值》
GB/T15576-1995 《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》
GB/T14549-1993 《电能质量：公用电网谐波》
2 有源电力滤波装置
2.1 型号说明
2.2 产品外形尺寸 （单位：mm）
2.3 工作原理
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。
原理如下图：
2.4 主要技术特点
l DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间；
l 的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；
l 机多能，既可补谐波，又可兼补无功；
l ?？榛杓疲阌谏魇?；
l 便利的并联设计，方便扩容；
l 具有完善的桥臂过流、?；すδ?；
l 使用方便，易于操作和维护。
2.5 技术参数
接线方式 | 三相三线或三相四线 | |||
接入电压 | 3×380V ±10% | |||
接入频率 | 50Hz ±2% | |||
动态补偿响应时间 | 全响应时间＜20ms； | |||
开关频率 | 10kHz | |||
功能设置 | 只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功；手动、自动切换。 | |||
谐波补偿次数 | 2-21次 | |||
保护类型 | 直流过压 IGBT过流 装置温度?；?/span> | |||
过载保护 | 自动限流在设定值，不发生过载 | |||
冷却方式 | 智能风冷 | |||
噪音 | ＜ 65db（处于柜内并运作于额定状态） | |||
工作环境温度 | -10℃～+45℃ | |||
工作环境湿度 | ＜85%RH 不凝结 | |||
安装场合 | 室内安装 | |||
海拔高度 | ≤1000m（更高海拔需降容使用） | |||
进出线方式 | 下进下出 | |||
防护等级 | IP20 | |||
智能通信接口 | 外加模块 | |||
远程监控 | 可选 | |||
外形尺寸（mm） （W×D×H） | 30A | 50A | 75A | 100A |
600×500×1500 | 600×500×1500 | 600×500×1800 | 800×600×2200 | |
重量（kg） | 三相四线 | 三相三线 | ||
30A、50A | 75A、100A | 30A、50A | 75A、100A | |
280 | 360 | 240 | 290 | |
说明： 1、可以通过实测数据确定补偿电流，或通过电力系统详细信息（单线图、变压器、负荷情况等）计算出补偿电流； 2、三线系统需配置2个或3个CT（用于A相和C相），四线系统需要配置3个CT（用于A相、B相和C相）。 | ||||
2.6 滤波方案选择框图
2.7 安装技术要求
2.7.1 布置要求
ANAPF般为标准柜式结构，安装时应避免倒置或平放，外形尺寸由所选谐波补偿电流值决定，平面布置形式般由谐波电流补偿点位置决定。其平面布置要求如下：
1）离墙安装：正常情况下建议与低压开关柜并列离墙布置，正面操作，双面维护，背面维护通道不小于800mm。
2）靠墙安装：ANAPF也可靠墙布置，正面操作，正面维护。
3）电气设计人员在考虑系统接线及平面布置时应注意将ANAPF的补偿接入点尽量靠近补偿对象，并处于采样CT的上游，或在末端预留空间供设计安装，CT采样处下游不能包含容性负荷。平面布置示意如下图：
变电所平面布置图
4）ANAPF所有正常情况下不带电的金属外壳均应根据设计要求的接地制式（TN-S、TN-C-S、TT等）严格做好相应的?；そ恿慊虮；そ拥亍?/span>
2.7.2 互感器的安装
1）互感器的P1端指向电网，P2端指向负载。
2）互感器与ANAPF的接线如下图所示：
3）注意互感器的进出线要且方向正确。
4）安装电缆规格如下表：
安装电缆与CT采样线截面积
型号 | 安装电缆（mm2） | CT采样线（mm2） | CT接地线（mm2） | 机柜接地线（mm2） |
ANAPF30A | 16 | 2.5 | 2.5 | 10 |
ANAPF50A | 25 | 2.5 | 2.5 | 16 |
ANAPF75A | 35 | 2.5 | 2.5 | 16 |
ANAPF100A | 50 | 2.5 | 2.5 | 16 |
2.8 主要应用范围及场合
1）机场：主控室、计算机房、广播系统、EIB灯光调光系统等。
2）医院：ICU（重症监护室）、MRI（磁共振成像）、手术室、医学成像室、放疗科等。
3）剧场、体育馆：解决由于谐波造成的EIB调光设备及其它控制设备的损坏。
4）学校：精密实验室、机房、网络中心等。
5）研究所：精密仪器、机房、高精密设备集中区域等。
6）大型商?。航饩鲇捎诮谀艿拼罅坑τ迷斐傻男巢ㄎ侍?。
7）银行：计算机中心、营业部计算机、安防系统等。
8）税务、工商：大型计算机中心等。
9）电信机房：移动基站
10）工厂：生产线的PLC、计算机控制设备、高精度机床、PCS系统、计量/称重系统等。
11）电视台：图像设备、调光设备、计算机等。
3 有源电力滤波功能?？榻樯?/span>
3.1 控制器?？?/span>
APF有源电力滤波装置控制器主要由：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?；さ裙δ堋？刂葡低呈怯性绰瞬ㄆ鞯暮诵?，它决定了有源电力滤波器系统的主要性能和指标。
3.1.1 命名规则
3.1.2 外形尺寸（单位：mm）
3.1.3 技术参数
辅助电源 | 电 压 | AC220V（可波动范围±10%） |
报警输出 | 输出方式 | 2路继电器输出（可编程） |
触点容量 | AC250V/3A DC30V/3A | |
环 境 | 工作温度 | -10~+50℃ |
存储温度 | -20~+70℃ | |
通 讯 | RS485接口，Modbus-RTU协议（两路） | |
?；し绞?nbsp; | 模拟?；?数字?；?/span> | |
3.2 变流器?？?/span>
APF有源电力滤波装置变流器的核心是储能电容和IGBT?？椤１淞髌鞯淖饔弥饕墙缤牡缪咕?/span>IGBT功率?？檎骱笪⒛艿缛莩涞?，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?？悸堑讲肥窃诘缤谐な奔湓诵械?，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。
3.2.1 命名规则
3.2.2 外形尺寸（单位：mm）
产品型号 | 外形尺寸（长mm×宽mm×高mm） |
APFCOV-CVT30 | 325×330×428 |
APFCOV-CVT50 | |
APFCOV-CVT75 | |
APFCOV-CVT100 |
3.3 电抗器模块
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。
3.3.1 命名规则
3.3.2 外形尺寸（单位：mm）
类别 | 产品型号 | 重量（Kg） | 外形尺寸（长mm×宽mm×高mm） |
单相 | APF-RE.DG-30 | 13 | 160×150（含引线）×200 |
APF-RE.DG-50 | 16.5 | 160×180（含引线）×220 | |
APF-RE.DG-75 | 35 | 220×220（含引线）×250 | |
APF-RE.DG-100L | 37 | 220×220（含引线）×250 | |
三相 | APF-RE.SDG-30 | 16 | 180×150（含引线）×195 |
APF-RE.SDG-50 | 46 | 310×180（含引线）×320 | |
APF-RE.SDG-75 | 86 | 380×230（含引线）×350 | |
APF-RE.SDG-100 | 88 | 380×230（含引线）×350 |
3.3.3 产品特点
l 铁心采用低损耗硅钢片；
l 线圈采用铜箔或铝箔绕制；
l 绝缘采用H级，使用寿命更长，安全系数更高；
l 功率范围宽：单台可从15A到100A。
3.4 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、的电能计量和考核管理、多种电力质量参数的分析。
3.4.1 外形尺寸（单位：mm）
3.4.2 产品特点
l 可直接从电压、电流互感器接入信号，并可任意设置PT/CT变比；
l 四象限电能计量、复费率电能统计、大需量统计；
l 4.7''大屏幕TFT-LCD彩屏显示480X272 16位色；
l 可配置SD卡记录各种故障信息和多达200条的SOE事件记录；
l 带开关量输入输出，实现遥信和?？毓δ埽?/span>
l 可实现过压、欠压、过流、不平衡等报警功能，带有两路报警继电器输出；
l 可选配以太网、Profibus等各种通讯接口。
3.4.3 技术参数
技术参数 | 指标 | |
输入 | 网络 | 三相三线、三相四线 |
频率 | 45～65Hz | |
电压 | 额定值：AC100V/400V | |
过负荷：1.2倍额定值（连续）；2倍额定值持续1秒 | ||
功耗：小于0.2VA | ||
电流 | 额定值：AC 1A、5A | |
过负荷：1.2倍额定值（连续）；10倍额定值持续1秒 | ||
功耗：小于0.2VA | ||
输出 | 电能 | 输出方式：集电极开路的光耦脉冲，1路输出 |
脉冲常数：4000、8000imp/kWh | ||
通讯 | RS485接口、Modbus-RTU协议 | |
通讯 | 可选以太网、Profibus | |
报警 | 两路继电器输出，对应过压、欠压、过流、不平衡等的报警功能 | |
显示 | 4.7″大屏幕TFT-LCD彩屏显示480*272 16位色 | |
开关量输入 | 4路干接点输入，内置电源 | |
开关量输出 | 输出方式：2路继电器?？サ闶涑?/span> | |
触点容量：AC250V/3A、DC30V/3A | ||
测量精度 | 频率±0.05Hz、无功电能2级、其它0.5级 | |
电源 | AC/DC85-270V；功耗≤10VA | |
安全性 | 工频耐压：电源、电压输入回路两两之间AC2kV/1min;电源与开关量输入回路、通讯回路、变送输出回路这间AC2kV/1min绝缘电阻：输入、输出端对机壳﹥5MΩ | |
环境 | 工作温度：-10℃～+45℃；储存温度：-20℃～+70℃ 相对湿度5%～95%不结露；海拔高度：≤2500m | |
3.4.4 接线端子
辅助电源 三相四线
三相三线 RS485通信
3.5 电流采样互感器
3.5.1 型号说明
3.5.2 规格尺寸
尺寸 规格 | 外形尺寸（mm） | 安装尺寸（mm） | 穿孔尺寸（mm） | 备 注 | |||||
W | H | D | M | N | a | e | 规格（A） | 重量（kg） | |
K-30×20 | 90 | 114 | 40 | 50 | 49.5 | 22 | 32 | 100-400 | 0.8-0.9 |
K-80×50 | 114 | 159 | 36 | 78 | 49.5 | 52 | 82 | 250-1000 | 1.25-1.4 |
K-80×80 | 144 | 159 | 36 | 108 | 49.5 | 82 | 82 | 250-1000 | 1.3-1.5 |
K-120×80 | 144 | 199 | 36 | 108 | 49.5 | 82 | 122 | 500-1500 | 1.6-1.8 |
K-120×60 | 164 | 214 | 52 | 108 | 49.5 | 62 | 122 | 300-3000 | 1.6-1.8 |
K-160×80 | 184 | 254 | 52 | 120 | 49.5 | 82 | 162 | 1000-5000 | 2.8-3.7 |
3.5.3 规格参数对照表
型 号 | 额定电流比（A） | 准确级 | 额定负荷（VA） |
K-30×20 | 100-150/5（1） | 1.0 | 1.0 |
200-300/5（1） | 0.5 | 1.5 | |
| 0.5 | 2.5 | |
K-80×50 | 250-300/5（1） | 1 | 1.5 |
400/5（1） | 0.5 | 1.5 | |
500-800/5（1） | 0.5 | 2.5 | |
1000/5（1） | 0.5 | 5 | |
K-80×80 | 250-300/5（1） | 1 | 1.5 |
400/5（1） | 0.5 | 1.5 | |
500-800/5（1） | 0.5 | 2.5 | |
1000/5（1） | 0.5 | 5 | |
| 500-800/5（1） | 0.5 | 2.5 |
1000-1200/5（1） | 0.5 | 5 | |
1250-1500/5（1） | 0.5 | 7.5 | |
K-120×60 | 300-400/5（1） | 0.5 | 2.5 |
400/5（1） | 0.5 | 2.5 | |
500/5（1） | 0.5 | 3.75 | |
600-800/5（1） | 0.5 | 5.0 | |
1000-1250/5（1） | 0.5 | 7.5 | |
1500-1600/5（1） | 0.5 | 10 | |
2000-3000/5（1） | 0.2 | 15 | |
K-160×80 | 1000/5（1） | 0.5 | 10 |
1500/5（1） | 0.5 | 15 | |
2000-2500/5（1） | 0.2 | 15 | |
3000-5000/5（1） | 0.2 | 20 |
4 应用方案
附录
谐波抑制及治理的容量设计
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K1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；
K2为谐波系数，根据系统场合不同而不同；
ST为变压器额定容量，单位kVA；
US为低压系统电压，般取0.4。
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，变压器变比为10/0.4kV，K1取值为0.8，K2取值为25%，试求选用电流等级为多少的有源滤波器即可满足抑制谐波的需要。
根据电流谐波公式为：
考虑到要有定有裕量，选用50A的有源电力滤波器
故选用容量为35KVA的有源滤波器即可满足抑制谐波的需求。
谐波限值
国标GB/T 14549-1993《电能质量 公用电网谐波》规定的公用电网谐波电压（相电压）限值见下表：
公用电网谐波电压（相电压）限值
电网标称电压（kV） | 电压总谐波畸变率（%） | 各次谐波电压含有率（%） | |
奇 次 | 偶 次 | ||
0.38 | 5.0 | 4.0 | 2.0 |
6 | 4.0 | 3.2 | 1.6 |
10 | |||
35 | 3.0 | 2.4 | 1.2 |
66 | |||
110 | 2.0 | 1.6 | 0.8 |
注入公共连接点的谐波电流允许值
标称电 | 基准短路 容量（MV.A） | 谐波次数及谐波电流允许值（A） | |||||||||||
2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | ||
0.38 | 10 | 78 | 62 | 39 | 62 | 26 | 44 | 19 | 21 | 16 | 28 | 13 | 24 |
10 | 100 | 26 | 20 | 13 | 20 | 8.5 | 15 | 6.4 | 6.8 | 5.1 | 9.3 | 4.3 | 7.9 |
| 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | |
0.38 | 10 | 11 | 12 | 9.7 | 18 | 8.6 | 16 | 7.8 | 8.9 | 7.1 | 14 | 6.5 | 12 |
10 | 100 | 3.7 | 4.1 | 3.2 | 6 | 2.8 | 5.4 | 2.6 | 2.9 | 2.3 | 4.5 | 2.1 | 4.1 |
公司地址：江苏省江阴市南闸镇东盟路5号
：
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