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安科瑞有源电力滤波器在通信行业中的应用 安科瑞鲍静君
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多的设备，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，移动通信机房作为移动公司的核心区域，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，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，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。
3.1.4安装现场

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。

图3-3 ANAPF有源电力滤波器原理图

3.2.2主要技术参数

3.2.3 产品特点
● DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间，的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；
● 一机多能，既可补谐波，又可兼补无功，可对2～51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿；
● 具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；
● 模块化设计，体积小，安装便利，方便扩容，可满足不同工况的需求；
● 受电网阻抗的影响不大，没有与电网阻抗发生谐振隐患；
● 输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；
● 拥有自主技术。
4、结论
本文分析了通信行业中谐波存在源、谐波特性以及危害，介绍了ANAPF低压有源滤波器的特点以及技术参数，并通过某城市数据机房的应用案例，对析了有源滤波器投入前后的谐波治理，可以满足通信行业需求，为其电力系统保驾，提升电能质量，改善用电环境，提高设备的使用寿命和性能。

谐波的危害
1、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。
2、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。
3、引起电网谐振，使得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。
4、谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失。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。
5、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、计算机无常工作，重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。
有源电力滤波器产品效益
1、使谐波指标满足国家标准，避免供电部门罚款或中断供电;
2、降低变压器损耗;
3、减少谐波污染，降低谐波对自动控制装置、电能计量装置、继电保护装置的干扰，供配电系统安全稳定运行;
4、避免谐波过电压和谐波过电流对电气设备的危害，延长设备使用寿命;
5、节能降耗，提高功率因数，节约电费，避免罚款。

谐波与有源滤波装置的应用
项目背景
某企业是一家单晶硅制造企业。单晶硅建设项目具有的市场和广阔的发展空间。近年来，各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为经济发展中增长快的先导产业。其生产工艺多分熔融加热或直流加热，由于采用半导体可控整流方式，本身工作过程中会产生非常大量的电流谐波，对电网造成谐波污染，这些谐波使得仪器精度失准甚至误动作，破坏了系统的无功补偿，造成系统供电损耗的增加及损坏补偿电容器等，对于单晶硅复杂的生长过程以及后期的加工流程都造成非常大的影响，因此电网的品质间接决定着单晶硅成品材料的品质，几乎所有的单晶硅制造生产线都面临谐波问题
治理方案
针对电能质量状况，上海安科瑞电气股份有限公司提出了谐波治理的解决方案，并终确定在3#变压器下进行试点，采用ANAPF有源电力滤波装置，自动跟踪治理负载产生的谐波电流，整个系统安全可靠运行。
从现场测试的有源滤波器投入前后的数据可以看出，有源滤波器投入运行后，电压和电流谐波明显降低，电压谐波由原来的4.7%降到2.4%，电流谐波由原来的18.4%降到5.0%，谐波电流值从273A下降到63A，三相电压和三相电流波形均得到明显改善，从根本上消除了谐波的影响，保障了单晶硅生的质量，该企业决定在后期改建工程中全部采用ANAPF有源滤波器。
谐波治理是电能质量问题的核心内容之一，也是现代电力生产发展的迫切需要。有源电力滤波器经过二、三十年的发展已成为补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置。目前在实际应用中，并联型APF是比较成熟的拓扑结构，是优选的方案;串联型APF电路在工作时需流过全部的正常负载电流，损耗比较大，而且投切、故障后退出及各种保护电路也比较复杂;串、并联型APF当前的主要问题是控制复杂，造。
从近年来的研究和应用中可以看出，APF具有如下的发展趋势：
(1)通过采用PWM调制和提高开关器件等效开关频率的多重化技术，实现对高次谐波的补偿;
(2)采用APF和PF组成的混合型滤波系统，以减少APF的容量，降低成本;
(3)随着半导体器件制造水平的迅速发展，混合型滤波系统低成本的优势将逐渐消失，而并联APF由于其功能强大、，将是很有发展前途的有源滤波装置;
(4)随着电力电子器件耐压水平的提高和对电能质量的日益重视，APF也将在工业系统的高压领域得到广泛应用。
随着我国电力事业的发展，电能质量的要求将不断提高，利用APF进行电能质量治理有着的市场潜力。特别是在补偿谐波、无功功率，以及中线电流、不平衡电流等方面，有源滤波技术必将拥有更加广阔的应用前景。

电能质量产品总结
1. ANSVC系列无功功率补偿装置采用 电容器串联电抗器方案，可避免谐振现象，无功补偿性能;
2. ANAPF系列有源电力滤波器可根据负载分布差异和客户需达到的个性化治理效果选择合适治理方式，主要有集中治理、就地治理和局部治理;
3. ANSVG系列无功谐波混合补偿装置将ANSVC的经济性和ANAPF的结合，适合多个应用场合;
4. ANHF系列谐波滤波器可与变频器、UPS、感应加热设备配套使用，串联在谐波治理支路，可从谐波源处滤除谐波，治理效果;
5. ANHPD300系列谐波保护器针对、工生产制造业等行业的仪器\生产设备、PLC工控系统等谐波敏感设备，滤除高次谐波，设备安全可靠运行;
6. ANCIR系列输入电抗器可减少变频器或整流设备产生的电流谐波失真，降低高次谐波;
7. 电能质量监测与治理系统借助于网络电力仪表(如APMD系列、ACR系列)和计算机网络通信技术，建立一个既可以电能状况又可以实现前端设备远程控制的后台。
APF在制药行业的应用
ANAPF的应用
项目：陕西榆林
问题描述：
由于使用的CT、核磁共振、DSA、伽马刀等设备均为非线性设备，用电要求非常严格，这些设备产生的大量谐波电流引起电流失真，产生谐波磁场，干扰数据通讯，使电脑网络管理系统异常或死机。严重影响设备的使用性能和精度。
治理措施：
在对配电现场进行实地测定后， 考虑到各种谐波源负载比较分散，须在低压母线上进行集中治理谐波 。
预期治理效果：
有源滤波器投入运行后，电压谐波畸变率降到5%以内，各次谐波均达到国标GB/14549-93标准的要求。供电设备及系统运行正常。线路及变压器发热状况减轻。
电能质量系列产品小结
选用电能质量设备就是为了可靠的运行，延长供电系统中其他电力设备的使用寿命及提高系统的可靠性。总的来说，解决电能质量问题重要是要有正确的理念，使整个供电系统达到一个环保的、高标准的环境运行。
电能质量问题不能理解为用某一种产品(有源滤波器或者静止无功发生器)就可以解决问题，要整体考虑，我们的优势就是和设计师、客户共同讨论，找到解决企业电能质量的问题，然后用系列的电能质量产品实施解决，实现多赢!