实现FA57谐波抑制和无功补偿的高效方案

1.概述

众所周知，无功功率和电网谐波对电力系统存在着很多不良的影响甚至是危害。对于用户来讲，无功补偿和谐波抑制都是必需的，无功补偿采用电力电子产品补偿，虽可以获得较好的无功补偿效果，但是成本太高，不够经济。电容器（无源）补偿则是无功补偿有效且经济的方法；对于谐波抑制来讲，用纯粹的无源电容、电抗的方法来抑制谐波，有着种种的缺点，如不能跟随负荷谐波频率和大小的变化，补偿容量也不可调节。滤波效果也不够好。所以大多数情况下谐波抑制一般采用有源电力滤波器。

而现在很多用户现场不仅存在较大的无功功率，还存在着严重的谐波电流畸变。而市场上还很鲜见能同时补偿无功功率和滤除谐波的有效经济的设备。可能有的用户为现场分别购置了诸如智能投切电容器之类的无功补偿装置和有源滤波器，但这也不是有效的解决方案。

2.系统组成

追日电气在业界率先推出了ZMAF智能模块式混合滤波补偿装置，给用户提供了谐波抑制和无功补偿的最佳的解决方案，如图1所示。

图1 谐波抑制和无功补偿方案示意图

（1）有源电力滤波器

系统中配有一台有源电力滤波器，其中包括控制器、电力电子器件、电容、电抗等。

（2）电容器

采用若干组电力电容器，用来补偿无功功率。通过控制晶闸管或者接触器的通断，来投入或切除电容器组。一般还采用串接电抗的方法，抑制谐波电流对电容的影响。

（3）人机界面

采用友好的人机界面，对系统进行综合控制，为操控人员提供良好易用的操作环境。

3.系统功能

（1）无功补偿

有源电力滤波装置的控制器（下称“控制器），设计有负荷电流、输出电流等信号采集与处理电路，负责对电流进行采样。并对负荷电流进行无功提取，以提取到的无功电流的大小，作为判断投入电容器数量的依据。

当检测到负荷电流中含有感性无功电流时，控制电容器组的投入，以提高功率因数。当有容性无功电流时，就切除投入的电容器，以调节功率因数，维持电网功率因数最高。这样有源电力滤波器的控制器就集成了功率因数控制器的功能。

（2）谐波抑制

控制器根据预设的谐波提取算法，实时检测负荷电流中的谐波电流，并控制电力电子等器件，发出预定的补偿电流，实现滤除谐波的功能。

本装置可以同时就用电负荷中产生的谐波电流、感性无功电流进行补偿。达到提高功率因数和降低电网电压、电流THD的目的。

4.关键设备描述

（1）有源电力滤波器

系统采用追日电气自主研发的ZAPF三相三线、四线有源电力滤波装置，其采用当前先进的模拟逻辑方式消除电网谐波，实时检测电网中由非线性负荷产生的电流波形，动态产生反向谐波电流，以补偿负荷谐波电流。具有响应速度快、滤波范围广、滤波效率高、不受系统参数影响以及体积小等优点，达到改善用电质量，降低电网损耗、提高供电利用效率和带负荷能力的目的，是最理想的滤波产品。

（2）电力电容器

系统每组电容器补偿容量为60kvar，采用两个30kvar的电容器并联，在400V系统电压下，可给每相提供近70A的无功电流补偿能力。

（3）人机界面(www.xing528.com)

系统采用工业级人机界面，有如下特点：

1）7in显示屏，高清晰电阻式触屏；

2）65536色TFT，分辨率最高可达1024×600像素；

3）超大程序容量，最高可达82MB；

4）造型时尚现代化，内置高质感MP3/WAV/MIDI音效功能；

5）提供标准型和网络型机型，分别整合SD卡、Ethernet接口、满足用户的不同需求；

6）支持USB上下载，可连接打印机和U盘；

7）具有宏指令精灵，使宏指令使用更方便。

5.系统主要参数

1）控制方式：全频谱+FFT；

2）补偿次数：H50次内可选；

3）谐波滤除率：>90%；

4）响应时间：10～20ms；

5）补偿后功率因数：>0.98。

6.系统特点

1）提供更大的补偿容量，只要恰当分配有源和无源部分比例，都能满足现场负荷的需要，达到令人满意的补偿效果。

2）相对于常规无源智能电容器补偿装置，本装置提供更宽的补偿范围和更优补偿效果，达到了无级调节效果。

3）相对于常规的无源智能电容器来说，有源部分能为电容器组提供更理想的运行环境。

4）同市场上常规有源滤波装置相比，本装置提供更大的补偿容量。

5）较市场上分离式有源、无源补偿装置，本装置占用更小空间。

7.实际运用情况

追日电气ZMAF智能模块式混合滤波补偿装置，专门针对低压配电系统而设计，融合了动态无源补偿技术和有源滤波补偿技术，具有补偿容量大、滤波范围广、滤波效果好、实时跟踪和响应的特点，可高效滤除负荷谐波，抑制系统振荡，提高电网的稳定性，同时取得明显的为节能降耗变压器增容的效果。该设备实现集成控制单元一体化，无功补偿器和滤波器采用一个控制单元，操作界面简单易用。

目前我公司这一产品150多台设备已经大量应用于中国建设银行（武汉）灾备中心工程；50多台应用于青岛园艺博览会工程。另外，这一设备还在山东东营港、河北昌黎等地使用，且均得到了用户的认可。

（作者：上海追日电气有限公司 杨翀）