文章摘要：由于中國的工業(yè)起步較晚，產(chǎn)生高次諧波的電力設(shè)備不多，電力設(shè)備對電能質(zhì)量的要求也不高，故在十幾年以前的電氣設(shè)計當中，很少設(shè)計到諧波，更不用說要做諧波處理了。但是隨著我國工業(yè)的發(fā)展，不管是工業(yè)還是民用上，各種各樣的電力設(shè)備出現(xiàn)如工業(yè)中的整流器、

由于中國的工業(yè)起步較晚，產(chǎn)生高次諧波的電力設(shè)備不多，電力設(shè)備對電能質(zhì)量的要求也不高，故在十幾年以前的電氣設(shè)計當中，很少設(shè)計到諧波，更不用說要做諧波處理了。但是隨著我國工業(yè)的發(fā)展，不管是工業(yè)還是民用上，各種各樣的電力設(shè)備出現(xiàn)如工業(yè)中的整流器、家庭中的空調(diào)、微波爐等等，而且現(xiàn)在的電力設(shè)備對電能質(zhì)量要求越來越高，那么諧波的處理在今天就顯得尤為重要。
   諧波對公用電網(wǎng)和其他系統(tǒng)的危害: 使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的諧波損耗, 影響各種電氣設(shè)備的正常工作, 引起公用電網(wǎng)局部的并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振, 導(dǎo)致繼電保護自動裝置和電氣測量儀表出錯, 對鄰近的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾
說簡單直接一點,有源濾波器就是需要有電源輸入,需要提供額定的電壓,或者有一些電調(diào)濾波器可以根據(jù)輸入電壓的變化決定濾波器的通帶。
諧波計算是一個非常困難的問題，往往工程計算的諧波計算值和實測的相差甚遠（因為電力系統(tǒng)中的諧波源太多和不明確），因此在很多工程前期的電氣設(shè)計當中，有源電力濾波器的選擇不能依靠工程計算的方法選擇，頂多只能作為一個參考，只有等到實際運行過后，通過實測系統(tǒng)中的諧波值，具體選擇有源電力濾波器，但如果我們知道系統(tǒng)中的諧波源或者有參考值，我們就可以通過計算，得到相對準確的數(shù)據(jù)來選擇有源電力濾波器。
 
 
 
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，非線性負載的使用越來越普遍，產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)的危害日益嚴重，若不加以控制，將會嚴重影響整個電網(wǎng)的安全運行，所以對電網(wǎng)諧波進行補償越來越重要。有源電力濾波器是一種新型的諧波及無功電流動態(tài)補償裝置，與傳統(tǒng)的無源LC電力濾波器相比，具有響應(yīng)速度快、補償效果好、動態(tài)補償?shù)葍?yōu)點。
  
 
 
 
一、大趨勢——節(jié)能與供電質(zhì)量       
1、電力需求總量短缺、局部過剩；非線性、沖擊性和不平衡用電負荷大量增加，使電網(wǎng)的電能質(zhì)量惡化；基于計算機、微電子控制技術(shù)的設(shè)備、裝置和生產(chǎn)線不斷增加，使電網(wǎng)中許多負荷對電能質(zhì)量異常敏感，電能質(zhì)量某些指標的短時間（可以短至1～2周波，即20～40 ms）不正常就會造成嚴重事故，一次損失可達百萬美元數(shù)量級。用電系統(tǒng)的優(yōu)化、安全運行與節(jié)能降耗成為主題；節(jié)能并不是要求用能單位通過降低產(chǎn)能減少能源消耗量，而是要求用能單位加強用能管理，采取技術(shù)上可行、經(jīng)濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施，更加有效、合理地利用能源。《節(jié)能法》對所有用能單位的節(jié)能管理制度，要求“制定并實施節(jié)能計劃和節(jié)能技術(shù)措施”，“強制性節(jié)能標準”（包括用能產(chǎn)品、設(shè)備能源效率標準和高耗能產(chǎn)品的單位產(chǎn)品能耗限額）     
 2、節(jié)能投資效果遠高于能源開發(fā)投資節(jié)電與發(fā)電投資對比：節(jié)電能力投資-1000~2000元/kW；新增煤炭供應(yīng)、發(fā)電及輸配投資：～10000元 / kW，新增發(fā)電投資是節(jié)電投資的5～10倍 ；      
3、未來國內(nèi)節(jié)能的主要途徑為：采用變頻調(diào)速等新技術(shù)促進電機節(jié)能；改善電能質(zhì)量，提高電能的利用率；大力發(fā)展特高壓電網(wǎng)；加強現(xiàn)有電廠設(shè)備改造，提高能源使用效率；積極鼓勵新能源開發(fā)利用。      
4、改善電能質(zhì)量，對于“節(jié)能減排”來說意義重大，特別適用于冶金、電力、煤礦、有色金屬、電氣化鐵路等重點耗電行業(yè)和用電大戶，有針對性地抵消電力傳輸系統(tǒng)中的無功功率和諧波，提高電網(wǎng)的傳輸能力，節(jié)能降耗。
二、影響因素  
1、政策環(huán)境  諧波治理與環(huán)境污染治理相似,政策法規(guī)具有重大的推動作用.目前,我國針對諧波治理,頌布的標準和規(guī)定主要有：  1984年《電力系統(tǒng)諧波管理暫行規(guī)定》  1993年《電能質(zhì)量，公用電網(wǎng)諧波》GB/T-14549-93標準 2007年〈電網(wǎng)運行規(guī)則（試行）〉  另外，〈供電營業(yè)規(guī)則》，《電網(wǎng)調(diào)度管理條例》對諧波治理也作出了相關(guān)的規(guī)定。  相應(yīng)標準和規(guī)定的出臺，表明了國家對諧波治理逐漸開始重視，也起到了一定的促進作用，隨著諧波污染的惡化，國家將加在對諧波污染的處罰力度，并出臺更為明確的法規(guī)。  
2、經(jīng)濟環(huán)境  在過去的幾年，我國工業(yè)，建筑，電力，通信等行業(yè)的投資和發(fā)展速度都在持續(xù)加大。僅以電力行業(yè)為例，2004年電力投資在1000億元，2005年達到400億元，增長了40%，“十一五”期間，潛在諧波源也在不斷增多，諧波污染表現(xiàn)出擴大和加深的態(tài)勢，這也會拉動電力濾波器的市場增長。
三、改善電能質(zhì)量效益     
1、技術(shù)效益：      變化型：各種指標的改善，可以用不同標準限值衡量     事件型：嚴重度降低、事件數(shù)量減少     
 2、經(jīng)濟效益：節(jié)能降耗、減少投資、增加產(chǎn)量、提高產(chǎn)品質(zhì)量
四、電能質(zhì)量變化的經(jīng)濟評估     
（1）有功功率損耗和電能消費的增加；       
（2）縮短電氣設(shè)備的使用壽命；    
 （3）使無功功率消耗增加，惡化功率因數(shù)；    
（4）加大供電系統(tǒng)設(shè)備容量，增大系統(tǒng)的投資；     
（5）使產(chǎn)品的質(zhì)量降低、數(shù)量減少；降低勞動生產(chǎn)率以至破壞生產(chǎn)設(shè)備和工藝過程。     （6）造成產(chǎn)品的直接損失（主要是指停產(chǎn)造成產(chǎn)量減少）；     
（7）與勞動相關(guān)的損失，例如工作人員空閑、加班費、清理以及檢修費用；    
（8）附加費用，例如設(shè)備損壞、失去商機費以及貨物延誤交付的罰款等，求出一次擾動的損失費，對于經(jīng)濟分析，往往可以從瞬時斷電的損失費出發(fā)，事件次數(shù)的期望值利用SARFI指標（System Average RMS variation Frequency Index），即在一定時間（例如一年）內(nèi)電壓暫降的幅值低于門限值的頻度統(tǒng)計值，然后根據(jù)負荷特性，對于不同的暫降（暫降深度和持續(xù)時間），采用相應(yīng)的權(quán)因子，就能求出電壓暫降的費用，當發(fā)生電壓暫降時，用于改善性能的解決方案范圍很廣，其費用和效益也各不相同，必須對不同可選方案的電能質(zhì)量變化的經(jīng)濟影響和改善性所能需費用作評估。     
（9）功率因數(shù)補償電容器不能正常投入運行時，在6～10kV電網(wǎng)中如存在較大的諧波電壓，則發(fā)生單相接地概率增加，同時由單相接地過渡到多相短路接地的概率也增加，關(guān)于工業(yè)電弧爐采用動態(tài)無功補償后經(jīng)濟效益的估算，電壓偏差大小對有些產(chǎn)品的電耗或生產(chǎn)率有明顯的影響，電能質(zhì)量的影響，除了以上所述內(nèi)容以外，許多情況下需要結(jié)合電網(wǎng)、負荷和工程特點做更全面的量化比較。任何指標的改善，應(yīng)計及技術(shù)措施的成本和運行費及其改善相應(yīng)指標的效益。對于變化型指標，可以計算出相關(guān)設(shè)備上的功率損耗、使用壽命的縮短、容量利用率以及功率因數(shù)變化的經(jīng)濟效益，盡量計及對產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的影響；對于事件型指標，應(yīng)確定供電點SARFI指標，用戶（設(shè)備）對相應(yīng)擾動的敏感性，從而求出擾動造成的經(jīng)濟損失。電能質(zhì)量的技術(shù)經(jīng)濟分析涉及很多因素，需要結(jié)合工程實際做大量深入細致工作，經(jīng)全面分析比較后才能得到合理的最佳方案。     
電能質(zhì)量問題涉及的方面很廣，這里也僅對其中的一部分做了介紹。大家現(xiàn)在更關(guān)心的是無功問題、電壓跌落問題以及電壓閃變問題，這些問題屬于“急性病”，通過相關(guān)方法的治理，效果較為明顯。諧波治理很容易導(dǎo)致大家的忽視，這樣就為系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行埋下了隱患，因此為了保證系統(tǒng)可靠的運行，就需要充分了解到諧波的危害，并在早期進行治理，將可能出現(xiàn)的危害降低到最小，從而延長供電系統(tǒng)的壽命及提高系統(tǒng)的可靠性。  總的來說，解決電能質(zhì)量問題最重要的是為了節(jié)能，降低線路的損耗、提高設(shè)備的壽命；可以使無功補償裝置可靠工作，節(jié)約電費開支；使整個供電系統(tǒng)達到一個環(huán)保的、高標準的環(huán)境運行。 六、河南森遠電器股份有限公司簡介  公司創(chuàng)建于1992年，是國家原機械部、電力部定點生產(chǎn)高低壓配電成套設(shè)備、隔離開關(guān)及元器件產(chǎn)品的廠家，是全國高壓開關(guān)行業(yè)協(xié)會理事會員單位，中國輸變電行業(yè)協(xié)會會員單位，國家重點高新技術(shù)企業(yè)，曾多次承擔國家火炬計劃、河南省高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重點項目、河南省重大科技攻關(guān)項目、杰出人才創(chuàng)新資金項目，1998年通過ISO9001國際質(zhì)量體系認證，2003年入選河南省首批制造業(yè)信息化重點示范企業(yè)，2005年獲得國家電子商務(wù)專項資金支持。公司被國家科技部評為“火炬計劃優(yōu)秀高新技術(shù)企業(yè)”，被省政府評為“河南省優(yōu)秀民營企業(yè)”、“河南省民營科技企業(yè)五十強”，2006年入選河南省百戶重點企業(yè)。  公司概況：  公司專注于配電和輸變電領(lǐng)域的新技術(shù)引進和新產(chǎn)品開發(fā)、制造，擁有高低壓成套開關(guān)設(shè)備、高壓元件、高壓配件等9大系列、400多個品種產(chǎn)品。其中GZS1中置式開關(guān)設(shè)備、HXGN高壓環(huán)網(wǎng)柜、GN系列高壓隔離開關(guān)等產(chǎn)品技術(shù)性能在國內(nèi)同行業(yè)處于領(lǐng)先地位。多項產(chǎn)品填補了國內(nèi)空白，并獲得省、部級獎勵。公司制造的GZS1中置柜、YB箱變、XGW2開關(guān)站等十多種產(chǎn)品被評為河南省高新技術(shù)產(chǎn)品，其中GZS1中置柜、VSV戶內(nèi)高壓真空斷路器被評為河南省名牌產(chǎn)品，MNSS低壓柜被評為河南省優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。GN系列隔離開關(guān)年銷售量及市場占有率居全國第一。  2003年公司在鄭州國家經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)購地150畝，建設(shè)“森源高科技產(chǎn)業(yè)園”，與俄羅斯、韓國、德國特瑞德和西交大合作，共同建設(shè)高低壓配電和電力自動化領(lǐng)域的高科技電氣研發(fā)平臺。主要加工設(shè)備是從美國、德國、日本引進的具有世界先進水平的數(shù)控轉(zhuǎn)塔式多工位沖床、數(shù)控折彎機、數(shù)控激光切割機、數(shù)控焊接機器人、數(shù)控綜合加工中心等現(xiàn)代化加工設(shè)備。公司銷售網(wǎng)絡(luò)遍及全國二十多個省市自治區(qū)。 五、基本原理  電力有源濾波器SAPF是通過監(jiān)測實時諧波狀況，在線計算出所含諧波分量，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，去控制可關(guān)斷功率器件。一般是IGBT構(gòu)成的逆變電路，產(chǎn)生所需補償?shù)碾娏髦C波分量，并聯(lián)接入產(chǎn)生諧波的主回路中，達到迅速的動態(tài)跟蹤抑制諧波的效果。  河南森源電氣生產(chǎn)的有源電力濾波器SAPF為諧波治理提供了完美的解決方案。SAPF采用自主研發(fā)的最新技術(shù)，快速準確地檢測出諧波，并通過優(yōu)秀的算法，控制IGBT實現(xiàn)對諧波的補償。  SAPF還同時提供無功補償?shù)墓δ埽�可以為用戶改善功率因�?shù)，提高用戶用電質(zhì)量。      
斷路器合閘后，SAPF首先通過預(yù)充電電阻對DC母線的電容器充電，這個過程是防止上電后對DC電容器的瞬間沖擊。當母線電壓Vdc達到額定值后，預(yù)充電接觸器斷開。  直流電容作為儲能原件，通過IGBT逆變器和內(nèi)部電抗器向外輸出補償電流提供能量。  SAPF通過外部互感器采集電流信號送至控制PCB的諧波分離模塊，該模塊將基波成分分離，將諧波成分送至調(diào)節(jié)和監(jiān)測模塊。該模塊會將采集到的系統(tǒng)諧波成分和SAPF已發(fā)出的補償電流比較，得到差值作為實時補償信號輸出到驅(qū)動電路，觸發(fā)IGBT逆變器將補償諧波電流注入到電網(wǎng)中，實現(xiàn)濾除諧波的功能。
七、無緣濾波器與有源濾波器的對比
八、案例分析  
1.通信機房諧波治理典型案例一     
項目背景：  隨著通信事業(yè)的迅猛發(fā)展，通信電源系統(tǒng)的規(guī)模也日益壯大，電源設(shè)備因不斷地擴增而過于集中。某移動分公司使用了多套UPS和開關(guān)電源系統(tǒng)，UPS和開關(guān)電源是典型的三相非線性負載，這些非線性設(shè)備在使用過程中，會產(chǎn)生大量的諧波，從而導(dǎo)致電壓、電流波型發(fā)生畸變，嚴重影響機房供電安全。     
治理方案：  為了消除供電隱患，提高綜合樓交流供電的安全性與可靠性，根據(jù)現(xiàn)場測量情況，鑒于產(chǎn)生的諧波次數(shù)的種類多，需采用有源電力濾波器（有源濾波器可以濾除多次數(shù)諧波電流）。我們對其濾波性能做了評估，效果非常明顯。     
治理效果：      
 補償前總諧波含量58.2%，補償后總諧波含量降至5.4%；5次諧波從補償前50.7%降至補償后5.4%；可見濾波器投入后，系統(tǒng)諧波得到了很好的抑制，提升供電系統(tǒng)的供電可靠性，消除了系統(tǒng)諧波對通信系統(tǒng)影響的隱患，收到了良好效果。      
2.污水處理廠諧波治理典型案例（北京市高碑店污水處理廠）     
項目背景：  
某污水處理廠變電所負載主要由21臺變頻器組成，由變頻器帶動相應(yīng)的電動機，功率分布情況為7臺37kW、7臺2.2kW、7臺1.5kW。其中每三臺為一組，共7組,每組分別是1臺37kW、1臺2.2kW、1臺1.5kW，系統(tǒng)最多投入三組同時運行。由于全部都是變頻器負載，變頻器是一個非常大的諧波源，因此給系統(tǒng)帶來很嚴重的諧波污染和諧波干擾，造成系統(tǒng)不能正常工作，經(jīng)常性的燒壞電氣元件，為了解決問題，必須進行諧波治理。 治理方案：  根據(jù)用戶提供的資料，負載最多投入三組同時運行，那么最大運行的功率為（37kW+2.2kW+1.5 kW）×3=122.1 kW，諧波含量約為36 kW，因此我們選擇50 kW的諧波治理裝置。     
治理效果：  
運行有源電力濾波器前后，電網(wǎng)電流變化十分明顯，達到了消除電流諧波、改善電源電壓的目的。 九．結(jié)束語  電力濾波器污染的研究和治理，逐步形成了獨立的理論體系與工程實踐，形成一門前沿的分支學科一電力濾波器市場，隨著我國工業(yè)規(guī)模的擴大，電力濾波器市場將保持良好的可持續(xù)增長。  由于時間因素、專業(yè)水平及應(yīng)用經(jīng)驗的限制，本報告有諸多不全面，不深入之處，敬請指正。  諧波治理設(shè)備——有源濾波器SAPF


XDAPF系列有源電力濾波器:以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為支柱， 。 主要從事交、直流電氣傳動系統(tǒng)、自動化控制系統(tǒng)及電力電子產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn). 與清華大學共同研制的主要電力電子產(chǎn)品：APF、SVG、MVD等。 有員工300人，本科以上150人。 注冊資金4000萬元。

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