关于有源电力滤波器在地铁站低压配电体系中的运用剖析

　　作为国家提出的绿色电网、节能降耗已成为现代化企业尽力的方针，也是企业急需处理的问题。作为地铁车站这类市政公共交通建筑的要点体系——配电体系。完成绿色电网实质上是处理电网中存在的各种电能问题，首要是涉及到谐波与无功问题两个方面，就某条地铁线现在的电力体系情况而言，其在低压配电体系中装设有源电力滤波器进行谐波管理，但APF实践未投入。体系中的谐波问题依然存在，因而需对该站点进行具体的测验，一起为该线路的有源电力滤波器APF进行必要性评价，对后续新开线路的有源滤波器设置提出参阅定见。

　　现在城市轨道交通普遍存在的首要电能质量问题便是功率因数、电压动摇与闪变及谐波问题等。当时35KV和0.4KV很多运用电缆，夜晚期间一般一切的负荷根本停运，因为该用电负载大都为理性负荷，此刻理性无功根本挨近为零，产生的容性无功乃至能够到达几Mkvar。若无功功率倒送进电力体系，会导致线路电压升高，一起也会导致功率因数下降。地铁中电力机车归于典型的非线性负荷，因为运转进程中启停频频，短时间内会产生冲击性负载电流，此类冲击会构成电压的动摇与闪变。

　　以广东某地铁站为例，因为该地铁站高压侧110kV和35kV无功及谐波方面现已管理，本篇文章首要杰出管理0.4KV低压设备的无功及谐波等相关问题。线路阻抗跟着频率的升高而添加，谐波电流使线路的附加损耗添加，而供电电网的损耗大部分为变压器和线路的损耗，所以谐波是导致电网网损添加的一个重要要素。线路的散布电感和对地电容与产生谐波的设备组成串联或并联回路，在必定的参数条件下，会产生串联谐振或并联谐振，而且所产生的谐振过电压和过电流对相关设备的损害性较大。(此情况一般呈现在高压环境下，在0.4KV低压环境中因为线路和变压器的散布电容过小，一般忽略不计）在恰当的条件下还会构成谐波扩大，而谐波电压、电流扩大会引起继电保护设备误动乃至损坏，构成电力火灾。一起谐波电流对线缆的肌肤效应会构成线缆发热过量，绝缘强度下降，构成电缆损耗添加，寿数缩短，额定容量下降。一起谐波电流还会导致体系的运转要挟导致不安全要素的呈现，严峻时会影响乃至是中止出产作业的进行[3]。故本公司安排针对地铁站低压配电室的1#和2#变压器进行了测验。一起对地铁体系中负载首要为照明、空调、泵机类、电梯、信号电源、UPS等设备进行敞开有源滤波APF和不敞开有源APF情况下进行测验，对测验数据进行统计剖析，选出适宜的类型的管理设备，一起核算该设备挑选的节能性。

　　本次测验首要针对广东某地铁站低压配电室的1#和2#变压器进行了测验。体系中负载首要为照明、空调、泵机类、电梯、信号电源、UPS等设备，开关电源的发动瞬间构成电流冲击，和其它设备在运转进程中会对体系产生谐波电流污染。该体系中各变压器的负荷性质决议了在其运转的进程中会产生谐波电流并汇入配电网中对配电体系构成必定的谐波污染问题，体系中存在的节能照明在运转进程中产生3次谐波电流，3次谐波电流为零序谐波电流，三相矢量视点共同，存在N线上谐波电流的叠加情况，N相电流是相线倍，本次测验首要是针对这些问题进行的。依据工程实践经历，谐波电流会导致体系的运转要挟一起还会构成电缆的额定发热并加快电缆的绝缘老化导致不安全要素的呈现，严峻时会影响乃至是中止出产作业的进行。

　　在现场作业人员的合作下对合计2台变压器（1#变压器和2#变压器）进行了具体的电能质量测验，本次计划的方针是彻底消除体系中谐波电流污染的问题尤其是3N次谐波电流叠加导致N线电流变大问题，一起N线电流变大简略导致电气火灾的产生，因而在整个用电体系中关于电流数据的收集较为重要。在计划制守时将会依据测验值对现场管理设备进行规划选型，保证体系中谐波电流的滤除。测验时每个测验点均进行了24小时的监测能够清晰整个周期内的典型电能质量情况。

　　经过上述测验数据剖析得出，电压畸变率动摇在1.2%~1.4%之间，电流畸变率为10%~15%左右，体系基波电流值约为500A，电流畸变频谱标明其间3次、5次、7次和11次谐波电流为主，总的谐波电流值约为125A，N线次谐波电流的叠加导致。需求挑选的输出管理电流每相至少在125A以上，N线输出才能为相线倍，可处理中线谐波电流叠加的问题。该变压器容量为1250kVA，现有地铁车站的滤波器规划中考虑到功率因数进步至0.92的要求，因而在滤波的一起需求考虑留有必定容量进行无功补偿，一般依照变压器容量的30%进行无功补偿装备。

　　经过上述测验数据剖分出，电压畸变率动摇在1.4%~1.5%之间，电流畸变率为10%~20%左右，体系基波电流值约为500A，电流畸变频谱标明其间3次、5次、7次和11次谐波电流为主，总的谐波电流值约为100A，N线次谐波电流的叠加导致。需求挑选的输出管理电流每相至少在100A以上，N线输出才能为相线倍，可处理中线谐波电流叠加的问题。该变压器为1250kVA的变压器，现有地铁车站的滤波器规划中考虑到功率因数进步至0.92的要求，因而需求考虑留有必定容量进行无功补偿，一般依照变压器容量的30%进行无功补偿装备。

　　对周期性非正弦电量进行傅里叶级数分化，可得到频率为基波整数倍的电量，这些电重量被统称为谐波。其间，频率为基波三倍的电量被称为三次谐波。在社会的高速开展下，民众与社会关于电能的需求量日积月累，对电能质量的要求也日渐进步。跟着品种丰厚的电子设备在民众日子中的广泛遍及，其间具有非线性负荷特性的电子设备也使电力体系中的电压、电流情况呈现了一些改动。在运用傅里叶级数分化剖析电压、电流波形时，便会发现 50Hz、220V电力中存在一些150Hz沟通的正弦波，即频率50Hz的三倍的“三次谐波”。伴跟着科学技术的迅猛开展，非线性负载的数量占比越来越多，其在作业时三次谐波占比较大。这种不良现象除了会添加全体电力体系的耗费，更会致使中性线线负载变大，严峻影响电力体系全体的安全性以及安稳性，乃至会引发一系列的安全事故。别的三次谐波使电网呈现发热的情况，严峻时引发安全事故；对电子元器件日常的运用和运转产生不良影响，致使其产生错误操作；严峻缩短电力设施运用寿数。三次谐波不仅仅会产生许多损害，更会对电网全体的安稳性以及安全性产生严峻的不良影响，从而影响民众的日常出产、日子有关活动、行为以及社会的调和开展。所以，有关部门应当采纳合理办法，削减乃至防止三次谐波的损害。

　　关于单相整流电路非线性负荷而言，传统的无源滤波器并不适用。这首要是因为其滤波作用较差，一起还会生成较大容性无功，而这部分容性无功既是非线性负荷不会用到的，也是全体电网所不需求的。因而，有关部门应当选用有源滤波器进行管理。在独自运用此类滤波器对线路中谐波电流进行检测的时分，能够生成将其抵消的补偿类电流。但是从全体作用上来看，此类滤波器只能够保证设备部位上游的谐波电流变小，却不能对下流线路产生作用。所以，当对上述特征加以了解后，便能够针对性地处理三次谐波污染，行将有源的滤波器设备到存在三次谐波的下流线路中。除此之外，经过多年实践可知，当滤波器间隔三次谐波电流源头越近，其防治的作用越好。与此一起，若三次谐波的过滤器为并联方法，也能够下降三次谐波的电压，所以，将三次谐波的滤波器并联于非线性的负荷比较大供电点处时，能够将三次谐波影响的损害操控在较低。

　　有源电力滤波器的作业原理如图1所示，首要由负载电流别离、指令电流调理、输出电流操控、驱动电路以及主电路组成。它选用电流型变流器，经衔接电抗器接入体系，经过调整沟通侧逆变输出电压的瞬时幅值与相位，或直接操控沟通侧输出电流，使设备宣布或吸收宽频谱无功功率。依据电力电子的有源电力滤波器设备并联于电网中，相当于一个可控的无功及谐波电流源，其无功及谐波电流能够快速地跟从负荷无功电流的改变而改变，主动补偿电网体系所需无功及谐波，而且能够完成从理性无功到容性无功的全规模补偿，一起对电网电压进行动态安稳调理。

　　有源电力滤波器选用模块化插拔式规划，集三相不平衡管理、谐波按捺和无功补偿功能为一体，便利运维人员设备拆开，一起也便利将来用电负荷产生改变扩展补偿容量。

　　1）补偿方法灵敏：既可补谐波，又可兼补无功，可对2-51次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿，一起可管理三相不平衡问题；

　　2）线）具有人性化的人机交互界面，可经过该界面看到体系和本体的实时电能质量信息，操作简略，能够远控，也能够本控；

　　4）选用DSP高速检测和运算的数字操控体系和进口IGBT，功率密度大，可靠性高；

　　有源电力滤波器可选用壁挂和整柜方法设备，一起可完成会集和就地管理，如图2所示的产品，给设备、 保护及日后晋级带来了快捷，进步了全体的设备功率。

　　广东某地铁改造项目，体系中负载首要为照明、空调、泵机类、电梯、信号电源、UPS等设备，开关电源的发动瞬间构成电流冲击，和其它设备在运转进程中会对体系产生谐波电流污染。其谐波首要包含3、5、7、9次；不进行合理管理，将对其他电气设备产生损害，如：很多的3次谐波构成中线过热乃至产生火灾；很多谐波构成变压器部分严峻过热；继电保护产生误动作等。

　　依据以往丈量经历进行谐波剖析与预算，谐波首要由UPS和一些非线性直流电源产生，该项目有1#、2#两个配电站，1#配电站有2台800kVA的变压器，2#配电站有2台1000KVA的变压器，别离选用会集管理计划，在每台变压器下加装ANAPF系列有源电力滤波器，因为设备空间有限，挑选我司壁挂式有源电力滤波器进行嵌入式设备，1#配电站中#1和#2变压器下设备类型均为ANAPF75-380/BBL，2#配电站中#1和#2变压器下设备均为2台类型为ANAPF60-380/BBL的有源电力滤波器并机运用，保证了整个供电体系的安稳性。

　　管理前电流波形产生畸变，三相电流畸变率别离为10.8%、11.1%、12.5%；在加装ANAPF系列有源电力滤波器后电流波形趋向正弦波，各次谐波得到按捺，电流畸变率显着下降，三相电流畸变率降至4.0%、4.1%、4.4%。

　　本文首要地铁负载电能质量管理计划的相关内容，经过对地铁电能质量方面呈现的问题进行剖析，并结合电能质量相应丈量数据，给出相应的管理计划。最终结合广东某地铁电能质量改造项目事例，并经过现场实践运用证明了滤波器设备的实用性，验证了有源滤波器设备可快速地管理无功及谐波电流，而且处理地铁用电负荷增加带来的电能质量恶化问题，对地铁电子设备、仪器仪表的计量和全体供电才能、安全运转及经济效益具有重要的含义。

　　[1]张美.地铁低压谐波测验及有源滤波器运用剖析[M]. 机械化工2019年5月.