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摘要:在低压配电网用户侧谐波治理调研的基础上,针对低压用户侧谐波模块化治理进行分析,对小容量低压有源滤波器适用方案的关键技术进行探讨。采用模块化功率单元并联设计和主从式并联数字化控制策略,并选取典型用户负载进行测试,对低次谐波滤波率达到97%,现场试点测试治理效果良好,为用户侧谐波治理推广提供可借鉴的工程经验。
关键词:APF;主从控制;FFT
0 引言
某供电公司供电区域内低压配电系统中存在许多非线性负载,如:变频空调机、整流设备、电机装置等,这些非线性负载引起低压配电系统内电流、电压波形发生畸变,产生大量的高次谐波,日益增多的小谐波源对配电网可靠运行的危害日渐明显,严重情况会影响正常的生产用电。功率因数不达标,增加电网电能额外损耗、影响继电保护和自动装置的工作可靠性、降低电网设备寿命周期,同时,由于力率电费的调整使得受电客户增加了用电成本。
采用有源滤波器(APF)是目前谐波治理的主要手段,与无源滤波器相比,响应快,能够做到对变化的谐波电流动态跟踪补偿,也可抑制闪变和补偿无功,补偿方式灵活,但其容量一般不低(100~150A),通常在电网出线处集中补偿,采购安装成本较高[1]。当前主流的低压APF产品国内正处于跟进阶段,国外厂商先进产品价格较难为用户接受,影响了分散负载型小用户对用户侧谐波治理和节能改造积性,设备体积较大,产品推广困难,低压用户的谐波治理成效有限,对低压电网质量造成影响。
本文提出一种采用模块化低压有源电力滤波装置的解决推广方案,在用户侧源头谐波。
1 低压用户谐波治理方案
根据该地区低压用户负载特点,结合该地区谐波治理标准[2]、成本、体积、可靠性等实用指标考虑,针对低压用户分散治理设计的有源滤波器具备以下主要功能:传统的多台装置并联方式如图1所示[3],N台APF分别接到母线上,用户CT的二次测量线路通过串联的方式接进各个装置。每台APF装置根据所测量得到的负荷电流谐波,分别输出1/N的谐波补偿电流,使输出电流总和达到所需的补偿电流。在这种并联方式下,其控制方式和单台运行时类似,各装置独立运行。但如果某个装置发生故障退出运行,其它装置仍将按照1/N的方式输出补偿电流,造成谐波电流不能够正常补偿。另外,这种并联方式通常只能采用通过测量负荷电流计算补偿电流,但在实际配电系统中很多情况下只能通过配电柜CT测量到总网侧电流。由于各并联APF装置的输出电流同时对网侧电生影响,各APF装置不能独立将负荷电流测量出来,因此很难得到准确的补偿电流,使这种并联方式的应用场合受到很大的限制,如图1所示。
从控制器根据主控制器下发的参数对输出电流进行控制,输出相应的补偿电流,其原理如图4所示。
由测试看出,含量比较大的5次和7次谐波滤除率比较理想,含量*大的5次谐波滤除率在97%以上。11和13等高次谐波由于分量太小,补偿效果稍差。
4 安科瑞APF有源滤波器产品选型
4.1产品特点
(1)DSP+FPGA控制方式,响应时间短,全数字控制算法,运行稳定;
(2)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;
(3)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;
(4)模块化设计,体积小,安装便利,方便扩容;
(5)采用7英寸大屏幕彩色触摸屏以实现参数设置和控制,使用方便,易于操作和维护;
(6)输出端加装滤波装置,降低高频纹波对电力系统的影响;
(7)多机并联,达到较高的电流输出等级;
(8)拥有自主技术。
4.2型号说明
4.3尺寸说明
4.4产品实物展示
ANAPF有源滤波器
5 安科瑞智能电容器产品选型
5.1产品概述
AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元,晶闸管复合开关电路,线路保护单元,两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小,功耗更低,维护方便,使用寿命长,可靠性高的特点,适应现代电网对无功补偿的更高要求。
AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器,可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路,自动寻找*佳投入(切除)点,实现过零投切,具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。
5.2型号说明
AZC系列智能电容器选型:
AZCL系列智能电容器选型:
5.3产品实物展示
AZC系列智能电容模块AZCL系列智能电容模块
6 结语
本文提出了一种针对低压用户侧分散安装的小型有源滤波器设计方案,功率单元采用主从模块化设计,DSP作为控制器件,控制策略采用主从控制方式。从样机测试可以看出,针对不同的用户,无论是单台、多台装置并联方案,都能够滤除负荷的绝大部分谐波电流。现场测试表明其输出一致性好、应用灵活、补偿效果能够满足要求,实际可推广性较好。
参考文献:
[1]黄川,周益,陈家良.低压有源滤波器在用户侧谐波治理中的应用[J].华东电力,2014,42(12):2560-2563.
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版
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