【產(chǎn)品知識】有源濾波裝置在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用與選型

未曉妃

安科瑞斷電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1有源濾波裝置

  有源濾波裝置，就是一種用語動態(tài)抑*諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，能夠?qū)θ魏沃C波進(jìn)行治理，在當(dāng)前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了軌道交通行業(yè)中。有源濾波裝置，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術(shù)，制成的新型電力諧波治理設(shè)備，它由指令電流電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路構(gòu)成。指令電流電路對實時電流進(jìn)行監(jiān)控，并將模擬電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電流信號，然后通過通信通道傳輸?shù)綌?shù)字信號處理器中，數(shù)字信號處理器對數(shù)字信號進(jìn)行處理，將諧波和基波進(jìn)行分離，并將脈寬調(diào)制信號向補(bǔ)償電流電路輸送驅(qū)動脈沖，驅(qū)動IGBT和IPM模塊，其生產(chǎn)的電流幅值和電網(wǎng)諧波電流幅值相等，然后將極性不同的補(bǔ)償電流注入到電網(wǎng)中，從而對電網(wǎng)中產(chǎn)生的諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償和抵消，消*電網(wǎng)中的電力諧波。有源濾波器打破了過去傳統(tǒng)濾波器只能固定補(bǔ)償或者無功補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)，可以實現(xiàn)對電網(wǎng)電流進(jìn)行動態(tài)跟蹤補(bǔ)償，既可以消*諧波，又可以達(dá)到無功補(bǔ)償?shù)哪康腫1]。

2諧波對城市軌道交通功的影響

  諧波指的頻率為50Hz基波頻率整數(shù)倍的周期性正弦*量。諧波是影響供電質(zhì)量的重要因素，城市軌道交通運(yùn)行過程中，需要直流牽引網(wǎng)為列車供電，直流電源需要通過硅整流獲得，整流在交、直流變換過程中產(chǎn)生諧波。同時，地鐵列車為了提高舒適性、安全性和可靠性，安裝大量的調(diào)頻裝置、風(fēng)機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)、電力機(jī)車等設(shè)備，這些設(shè)備數(shù)量比較多，在運(yùn)行過程中，對城市軌道交通產(chǎn)生重要影響。

1）影響電網(wǎng)安全性

2）增加變壓器的損耗

3）對補(bǔ)償裝置的損耗

3有源濾波裝置在城市軌道交通中的應(yīng)用效果

3.1工程概況

  某市地鐵4號線工程起于航天新城，止于北客站，線路總長35.2km，共設(shè)置29座車站?？紤]到地鐵列車的配電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，產(chǎn)量大量的諧波，為了*善配電系統(tǒng)的電能質(zhì)量，某市地鐵4號線在全線所有車站均安裝有源濾波裝置，實現(xiàn)對諧波的治理。

3.2諧波治理

  某市地鐵4號線選擇的是LBAPF有源濾波器，對于諧波的治理主要是對降壓變電所的動力照明系統(tǒng)進(jìn)行電能質(zhì)量綜合治理。在變壓器低壓側(cè)母線采取集中治理的方式進(jìn)行治理。治理效果比較明顯，效率高，能夠完成諧波的治理，達(dá)到軌道交通的相關(guān)要求。LBAPF有源濾波裝置具有很快的響應(yīng)時間，主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ渚雀?、運(yùn)行更穩(wěn)定。既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功：模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試便利的并聯(lián)設(shè)計：具有完蓋的橋售過流、保護(hù)功能。使用方便，易于操作和維護(hù)。LBAPF有源濾波器相關(guān)的技術(shù)參數(shù)和原件如下表:

表1為有源濾波裝置相美技術(shù)參數(shù)表

3.3諧波治理效果

  為了檢驗有源濾波裝置對軌道交通供電質(zhì)量的*善，2019年1月8日到15日對某市地鐵4號線已經(jīng)安裝有源濾波裝置的車站使用電力分析儀對配電系統(tǒng)進(jìn)行檢查。本次使用的電力分析儀型號為CA8335，這種型號的分析儀具有強(qiáng)大的記錄功能，可以對配電系統(tǒng)的電壓升降、電壓中斷、電壓頻率、電流、電壓峰值、有功功率、無功功率、閃變、諧波電壓、電流不平衡率等指標(biāo)進(jìn)行長時間記錄。將電壓夾、電流鉗等連接地鐵車站的配電系統(tǒng)，采集配電系統(tǒng)的電流、電壓，然后進(jìn)行測試。通過測試分析地鐵車站安裝有源濾波裝置以后，電壓、電流的變化。測試儀器采集不同時段地鐵車站運(yùn)行數(shù)據(jù)，從而測試配電系統(tǒng)的供電質(zhì)量。經(jīng)過長時間的測試跟蹤得出有源濾波裝置開啟前后功率、功率因素平均值，統(tǒng)計結(jié)果如下表：

表2有源濾波裝置開啟前后功率以及公功率因素平均值

表3為有源濾波裝置開啟前后諧波電流百分比

3.4結(jié)果分析

  從上述表格內(nèi)容可以得出，有源濾波裝置開啟前，4號線的配電系統(tǒng)3、5、7、9、11、13次諧波的電流比較大，功率因數(shù)偏低。有源濾波裝置開啟后，配電系統(tǒng)的諧波經(jīng)過有源濾波裝置的處理以后，效果比較好，A相總電流畸變率從10.4%降低到2.1%；B相總電流畸變率從20.3%降低到2.8%；C相總電流畸變率從27%降低到3.4%。功率因素從0.8提高到0.95。所以，有源濾波裝置改*了4號線的配電系統(tǒng)供電質(zhì)量，降低了配電系統(tǒng)的無功損耗，消*了配電系統(tǒng)的諧波電流，提高了配電系統(tǒng)的運(yùn)行效率和電力設(shè)備的使用壽命，有源濾波裝置的安裝達(dá)到了設(shè)計要求。

4安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

4.1產(chǎn)品特點(diǎn)

(1)DSP+FPGA控制方式，響應(yīng)時間短，全數(shù)字控制算法，運(yùn)行穩(wěn)定；

(2)一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功，可對2～51次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；

(3)具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能；

(4)模塊化設(shè)計，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容；

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù)；

(6)輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

(7)多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級；

4.2型號說明

4.3尺寸說明

4.4產(chǎn)品實物展示

ANAPF有源濾波器

5安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

5.1產(chǎn)品概述

  AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補(bǔ)償設(shè)備。它由智能測控單元，晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，線路保護(hù)單元，兩臺共補(bǔ)或一臺分補(bǔ)低壓電力電容器構(gòu)成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機(jī)械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補(bǔ)償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護(hù)方便，使用壽命長，可靠性高的特點(diǎn)，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補(bǔ)償?shù)母咭蟆?/span>

  AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器，可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路，自動尋找適宜投入（切除）點(diǎn)，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護(hù)、缺相保護(hù)、過諧保護(hù)、過溫保護(hù)等保護(hù)功能。

5.2型號說明

AZC系列智能電容器選型：

AZCL系列智能電容器選型：

5.3產(chǎn)品實物展示

AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

安科瑞無功補(bǔ)償裝置智能電容方案

6結(jié)束語

  將有源濾波裝置投入到城市軌道交通的配電系統(tǒng)中，降低了配電系統(tǒng)諧波畸變率，提高了配電網(wǎng)的功率因素，降低了配電系統(tǒng)的損耗，避免諧波對軌道交通供電、列車調(diào)度、通信信號等方面的影響，提高了整個供配電系統(tǒng)的安全性。