城市轨道交通低压配电系统谐波治理方案之有源电力滤波器的应用

城市轨道交通低压配电系统谐波治理方案之有源电力滤波器的应用安科瑞王志彬2019.1摘要:在电力系统中,当工频电压或电流作用于非线性负载时,会产生不同于工频的非正弦电压或电流。这些非正弦电压或电流,用傅里叶级数展开,就是人们所说的电力谐波。电力谐波反馈到电网,导致供电系统电压、电流波形畸变,使电能质量降低。本文结合城市轨道交通低压配电系统的特点以及有源滤波技术的发展,分析了无功补偿与谐波的关系。从系统设计的角度,提出了轨道交通低压配电系统谐波治理的措施。关键词：城市轨道交通;低压配电系统;谐波治理近年来,电力电子技术高速发展,并广泛应用于工业、交通、供电系统等各个领域。计算机、电机设备、变频空调等电气设备的广泛应用,造成了供电系统中的谐波量不断攀升,谐波污染已经成为威胁电网安全、稳定、经济运行的主要因素。在诸多公共服务领域,特别是城市轨道交通供电系统中,做好谐波治理是供电系统中一件非常重要的工作。一、城市轨道交通供电系统中的谐波源及有源滤波装置特点1、谐波,我们通常也称之为高次谐波:主要是指在运行中的电压、电流发生了波形畸变。在城市轨道交通供电系统运行中,存在大量非线性负荷,因此容易造成谐波污染。一般来说,城市轨道交通供电系统中,除牵引整流机组外,低压配电系统也存在很多非线性负荷。比较典型的谐波源有:变频调速装置如风机、中央空调、水泵用变频控制器和软启动器;LED广告牌;荧光灯;变电所直流屏、UPS电源屏;弱电系统电源,如信号系统、打印机等现代电子类设备等。2、有源电力滤波器特点有源电力滤波器,其应用可克服无源滤波器(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,而且可以既抑制谐波又补偿无功。三相电路瞬时无功功率理论是有源电力滤波器发展的主要基础理论,且有并联型和串联型两种,前者用的多;并联有源滤波装置主要是治理电流谐波,串联有源滤波装置主要是治理电压谐波等引起的问题。有源滤波装置同无源滤波装置比较,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。二、城市轨道交通供电系统的谐波危害城市轨道交通供电系统的谐波危害,总的可以概括为电力危害和信号干扰两大方面。具体表现为:造成变压器过热,降低其带负载能力。运行中的变压器会因为谐波电流的存在而导致温度的增加,造成变压器过热,并进一步加速变压器绝缘的老化。三．建议解决方案目前谐波治理主要分无源和有源两种形式，由于此次治理目标为中性线3次谐波，第一，传统的无源滤波技术针对三次谐波过滤难度较大，成本高，效果难以保证；第二，无源滤波支路没有可靠的限幅保护，容易出现过载损坏补偿支路的现象；第三，无源滤波支路投入会受到功率因数的影响，所以成本会高；第四，存在谐振放大谐波的隐患；第五，谐波补偿次数较单一等上述缺陷导致无源滤波技术适用性降低，越来越不被大量采用。根据上述分析，该场合推荐采用APF有源电力滤波器，可避免上述缺陷，能够实时监测负载电流，通过分析负载电流各次谐波成分，发出与之方向相反、幅值相同的补偿电流与之抵消，不受系统阻抗影响、谐波治理频次多（不仅仅限于3次）、改造方案灵活适用性强，可有效达到消除谐波、净化电网的目的。四．安科瑞ANAPF有源电力滤波器简介4.1工作原理ANAPF系列有源电力滤波器并联在电网上，负载电流通过电流互感器采集到ANAPF的控制系统中，通过实时检测电路将负载电流中的谐波分量和基波无功分量分离出来，经控制系统快速运算，采用PWM最新技术控制IGBT的触发，通过由大容量IGBT管组成的三相并联变流器向系统注入补偿电流，该补偿电流与负载电流中的谐波电流大小相等、方向相反，互相抵消，实现滤除谐波的功能，保证最终流入系统电流是正弦波。ANAPF有源电力滤波器原理图4.2技术参数表：ANAPF有源电力滤波器技术参数接线方式三相三线或三相四线接入电压380V±10%接入频率50Hz±2%响应时间完全响应时间≤10ms，瞬时响应时间≤100μs开关频率10kHz~20kHz功能设置只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功谐波补偿次数2-51次（全部补偿或指定次数补偿）损耗≤2%效率≥98%总谐波补偿率≥90%保护类型直流过压保护、IGBT过流保护、装置过温保护、输出限幅保护等冷却方式强制风冷噪音≤65dB工作环境温度-10℃～+45℃（环境温度超过工作温度范围降容使用）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）防护等级IP20智能通信接口外加模块远程监控可选安装方式立柜式、壁挂式、抽屉式五．总结通过上述分析可发现，APF可以在此工况下精准、彻底地解决谐波问题，为客户提供一个更加安全、更加稳定的供电系统，避免有谐波引起的电气安全事故。该案例为商业广场能质量问题提供了一个典型的分析解决方案，给同行同类电能质量问题带来很高的参考价值。