有源电力滤波器与无功补偿解决方案

高压大容量有源滤波及无功补偿一、引言随着电力电子技术的发展，电力电子装置的容量不断增大，其应用领域不断扩展，使用的数量也在迅速上升，给电网带来越来越严重的电能质量问题。

其中冲击性、波动性负荷，例如电弧炉、大型轧钢机以及电力机车等在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且还会产生电压波动、闪变以及三相不平衡等电能质量问题。

另一方面，随着各种复杂的、精密的和对电能质量敏感的用电设备不断增多，对电能质量的要求也越来越高。

因此改善电能质量对于电网和用电设备的安全以及经济运行具有重要的意义，这也是建设我国坚强智能电网必需重点关注的问题之一。

电网中的谐波不仅危害电网本身而且危害其周边设备。

谐波一方面使电能的生产、传输和利用的效率降低;另一方面使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化、使用寿命降低，甚至发生故障或烧毁。

同时谐波还会使电力系统局部出现并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁。

谐波还会引起电力保护装置和自动设备误动作、电能计量出现混乱等，对仪器仪表、通讯设备和电子设备等也会产生不同程度的影响，产生的经济损失和社会影响更是无法估量。

目前许多国家及国际组织都制定了谐波标准，1994年国内也制定了相应的标准，即GB/T14549—93 电能质量公用电网谐波))。

因此进行电网的谐波治理既是电网安全和经济运行的客观需要，也是国家标准的规范要求。

对于谐波抑制装置，无源电力滤波器(Passive Power Filter，PPF)因其结构简单和成本低，并对特定次谐波有良好的滤波效果，仍在广泛使用。

但是其滤波效果受电网阻抗和自身参数影响较大，易与电网阻抗发生串并联谐振而引起事故，如电容器烧毁、过电压、过电流以及主开关频繁跳闸，影响供电的安全。

有源电力滤波器(Active Power Filter，APF)以及无源和有源结合使用的混合型有源电力滤波器(HybridActivePowerFilter，HAPF)因其补偿谐波性能优越、受电网阻抗影响小，正越来越获得重视和应用。

ABB无功补偿和滤波产品介绍ABB是全球领先的电力和自动化技术公司，提供了多种无功补偿和滤波解决方案。

无功补偿和滤波技术的应用可以显著提高电网和电力设备的效率和可靠性。

在下面的文章中，我们将介绍ABB的无功补偿和滤波产品。

无功补偿是一种用来改善电网功率因数和稳定电网电压的技术。

在电力系统中，由于电动机、变压器和其他高功率设备的存在，会产生大量的无功功率。

这些无功功率会降低电网的功率因数，导致能源浪费和设备性能下降。

ABB的无功补偿产品可根据电网需求提供静态无功补偿和动态无功补偿。

静态无功补偿产品包括STATCON（静态同步补偿器）和STATCOM（静态同步补偿器与电流注入）系统。

STATCON系统是一种全能型无功补偿器，可以动态补偿电网无功功率，并有效控制电压和频率。

STATCOM系统则是一种高效的无功补偿技术，它能够快速地响应电网变化，并提供可靠的电压稳定和无功功率调节。

动态无功补偿产品包括电容无功补偿器和电抗无功补偿器。

电容无功补偿器主要用于改善低功率因数情况下的电压稳定性。

它们能够通过自动调节电容器的容量来提供所需的无功功率。

电抗无功补偿器则主要用于改善高功率因数情况下的电网稳定性。

它们通过自动调节电抗器的容量来提供无功功率。

滤波技术是另一种用来解决电力质量问题的重要技术。

在电力系统中，存在各种各样的谐波和电网干扰，会影响电力设备的性能和寿命。

ABB的滤波产品可有效地过滤掉这些谐波和干扰，确保电力系统的正常运行。

ABB的滤波产品主要包括袖珍型谐波滤波器、有源滤波器和无电源滤波器。

袖珍型谐波滤波器可以方便地安装在电力设备中，用于减少谐波的影响。

有源滤波器则采用主动控制技术，能够实时监测并响应电网中的谐波和干扰，从而减少其对设备的影响。

无电源滤波器则是一种节能型的滤波器，它不需要外部电源，可独立工作。

除了无功补偿和滤波产品，ABB还提供相关的监测和控制系统，以实现对电力设备的全面监控和管理。

这些系统可以帮助用户实时监测电力系统的状态，并进行精确的电力质量管控。

1．概述在供电系统中，为了节能降损、提高电压质量和电网经济运行水平，经常采用各种无功补偿装置。

近年来，配电网中整流器、变频调速装置、电弧炉、各种电力电子设备以及电气化铁路大量应用。

这些负荷大都具有非线性、冲击性和不平衡性的特点在运行中会产生大量谐波。

这些谐波对无功补偿装置造成了严重影响。

在供电系统中，对于某次谐波，作为无功补偿用的并联电容器若与呈感性的系统电抗发生谐振则会出现过电压而造成危害。

当无功补偿装置运行地点的谐波比较严重时，电压、电流波形会有很大畸变，电容器投切控制信号的传输就会受到影响，从而有可能引起装置的误动或拒动。

另一方面并联电容器对电网谐波的影响也很大。

若电容器容抗和系统感抗配合不当将会造成电网谐波电压和电流的严重放大，给电容器本身带来极大损伤。

可见，无功补偿与谐波治理两者关系密切。

产生谐波的装置大都是消耗基波无功功率的装置；谐波治理的装置通常也是无功补偿装置。

因此，为了寻求能同时实现无功补偿和谐波治理的装置，就必须将二者结合起来进行研究。

2．电容器无功补偿装置中的谐波问题谐波源有两种一种是谐波电流源，这些用电设备中的谐波含量取决于它自身的特性和工作状况基本上与供电系统参数无关。

另外一种是谐波电压源。

发电机在发出基波电势的同时也会有谐波电势产生，其谐波电势大小主要取决于发电机本身的结构和工作状况。

实际上，在电网中运行的发电机和变压器等电力设备，输出的谐波电势分量很小几乎可以忽略。

因此，在供电系统中存在并实际发生作用的谐波源，主要是谐波电流源。

在用并联电容器进行无功补偿的供电系统中电网以感抗为主电容器支路以容抗为主。

在工频条件下并联电容器的容抗比系统的感抗大得多，可发出无功功率对电网进行无功补偿。

但在有谐波背景的系统中大量的非线性负荷会产生大量的谐波电流注入电网，对这些谐波频率而言，电网感抗显著增加而补偿系统容抗显著减小导致谐波电流大部分流入电容器支路，若此时电容器的运行电流超过其额定电流的1.3倍，电容器将会因过流而产生故障。

电能计量系统中的无功功率补偿方法引言随着电力系统的不断发展和电能消费需求的增长，对电能计量的准确性提出了更高的要求。

而无功功率补偿作为电能计量系统中的关键环节，对于确保计量精度和提高电能质量具有重要作用。

本文将探讨电能计量系统中的无功功率补偿方法，从传统的无功功率补偿装置到现代的电力电子无功补偿技术。

传统无功功率补偿装置传统的无功功率补偿装置主要包括电容器补偿装置和静反补偿装置。

电容器补偿装置通过给电力系统并联加入电容器，改善系统功率因数，实现无功功率的补偿。

静反补偿装置则是通过静止无功发生器来达到无功功率补偿的目的。

这些传统的无功功率补偿装置在一定程度上可以提高系统功率因数，但存在着一些问题，如需要人工调节补偿器容量、不适用于动态负载变化等。

现代电力电子无功补偿技术随着电子元器件技术和控制算法的发展，现代电力电子无功补偿技术逐渐应用于电能计量系统中。

这些技术主要包括有源电力滤波器和无功电力交换装置。

有源电力滤波器是利用逆变器的控制方式，根据负载电流波形进行动态调整来实现无功功率补偿。

该技术具有响应速度快、补偿效果好的特点，能够有效地滤除电力系统中的谐波和噪声。

此外，有源电力滤波器还具备无功功率可调控的特性，能够实现对功率因数的精确调节。

无功电力交换装置则是通过将电能系统中的无功功率转换成有用的有功功率来实现补偿。

该装置采用了电力电子器件的调制技术，能够将负载无功功率和电力电子器件的无功功率进行互相转换，从而达到无功功率补偿的目的。

这种补偿方式适用于系统中存在大量非线性负载的情况，能够有效地提高系统的功率因数。

无功功率补偿管理系统为了提高无功功率补偿的效果和自动化程度，无功功率补偿管理系统成为了电能计量系统中的重要组成部分。

该管理系统主要包括监测、控制和调度三个功能模块。

监测模块通过传感器等设备实时监测电能系统中的功率因数和负载情况，实现对功率因数的实时评估。

控制模块则根据监测模块的数据，对无功功率补偿装置进行控制和调节，使之保持良好的补偿效果。

19河南科技2010.8下一、引言随着电力半导体器件的不断更新和发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，大功率的整流器、变频器、UPS、计算机、复印机、节能灯等设备会产生大量谐波电流注入电网，使电压波形产生畸变，从而对电网和所有后端用户造成严重危害，因此谐波问题及谐波治理问题随着电力系统的发展愈来愈引起人们的重视。

本文以项目实例介绍一种新型无功补偿装置——有源滤波器，该装置可有效抑制电网谐波，使电网电压保持稳定，避免了电容器与系统发生谐振的现象。

二、项目应用实例1. 项目概况。

某项目为年产10万吨过氧化氢项目，项目拟建一10/0.4KV变电站，电源进线引自原110/10KV变电站，采用专线架空敷设，该10/0.4KV变电站设变压器2台，装置内用电负荷均由该变电站供电。

2. 电网现况。

过氧化氢项目与原离子膜项目紧邻，共用同一电网。

现有装置电容器使用过程中，发生数次电容击穿、烧毁等事故，经初步分析事故原因为：由于离子膜整流装置产生高次谐波注入电网，该谐波电流流入电容器，使之过流发热，同时电容器与电网电感发生并联谐振，导致谐波的放大， 造成电容器烧毁事故。

在现场采用谐波检测器对电网中一个支路进行检测。

该支路变压器容量为1600kVA，电压等级为10kV/0.4kV，采用D,Yn11联结方式，阻抗电压百分比为4.5%，短路容量为35 MVA。

图1为现场测试时所抓拍的电压畸变图和电流频谱图。

从图中可以看出，谐波成分以5次和7次为主，根据测试数据分析出5次谐波电流大小为238.6A，7次谐波电流大小为162.2A，5次、7次谐波电流均已超出国标值所规定217A和154A范围，电压畸变率为5.2%，超出国标规定值5.0%。

图 1　滤波装置使用前电网侧电压畸变图和电流频谱图由此可见，现场电网中存在多次谐波，并且谐波污染十分严重。

通过对现场调研，离子膜项目中使用的多台整流器，产生大量谐波电流，进而影响电网质量。

该项目中无谐波治理装置，仅在离子膜项目的变配电站内设有无功补偿电容器，虽补偿后全厂功率因数已达0.9以上，满足国标要求，但这种传统无功补偿方式通过配置固定电抗率的电抗器，仅能抑制相应次数的谐波电流，对治理电力系统中存在的多次谐波效果不佳。

有源精确滤波和无功补偿改造技术方案领步（北京）电能质量设备有限公司项目主管：陈兴龙审核：马建立编写：张朝元王文林1系统概述某汽车工业（苏州）有限公司成立于1998年底， 15年来，艰辛探索，拼搏成长，建成80万平方米的现代化客车制造基地，海格客车驰骋全球85个国家和地区，开辟了一条可持续的快速发展之路。

2013年海格客车销量25810台，销售额91.53亿元。

海格客车荣获“中国名牌”，“国家出口免验产品”等称号，以144.92亿元的品牌价值跻身“中国500最具价值品牌”榜，成为中国客车行业发展最快的企业、国家汽车整车出口基地企业、中国企业信息化100强。

公司现拥有总资产51亿元，员工6000余人，其中各类专业技术人员1100多人，具有年产35000台大中型客车等整车及底盘的能力，下辖国家级苏州市工业园区博士后科研工作站某汽车工业（苏州）有限公司站、江苏省级企业技术中心、江苏省新型客车工程技术研究中心、新型高速客车研发中心、苏州市海格新能源客车研究院、园区现代化客车生产基地。

获得TS16949、3C认证，拥有50多类300多个品种，海格H系、A系、V系、W系、B系、星系客车及轻型车等产品，覆盖高端商务、客运、旅游、公交、校车和团体用车领域。

海格客车不仅畅销国内，还驰行东南亚、中东、非洲、俄罗斯、东欧、美洲等地。

其电泳涂装车间一条20KV高压进线负载三台容量2000KV A变比10/0.4KV的变压器，其中10#和13#主变主要负载为电泳整流装置及配套负载，11#主变主要负载为电机、动力、照明等常规动力设备，因为电泳整流装置运行时产生谐波干扰，不仅直接导致所在配电系统电容补偿柜投切接触器烧毁、电容器击穿、母排过热振动、变压器温度升高等故障危害，还影响车间内PLC控制柜等电子设备的正常使用，需要进行谐波治理消除谐波引发的故障危害，保障无功补偿和负载设备的正常安全运行。

受某汽车工业（苏州）有限公司的邀约，领步（北京）电能质量设备有限公司派技术工程师前去进行电能质量测试并受委托依据测试概括设计谐波治理方案，方案中所规定的电源规格及配置构成、技术参数、接口等指标，可作为设备设计、制造、验收、交货和质量保证的依据。

APF有源电力滤波器的滤波容量怎么计算？
1. 技改项目：
1.1 通过对电网供电的实测，计算总的谐波电流（负载电流*电流畸变率）
1.2 根据测试的负载估算满载时的总谐波电流值
1.3 考虑部分裕量来选配滤波容量
2、新建项目：
2.1不控整流（无控制功能，如二极管整流）负载按照负载总容量的30%～50%选择滤波容量；
2.2 可控整流（如晶闸管）负载按照负载总容量的40%选择滤波容量。

3.已知变压器的容量或负载总功率计算滤波容量的方法：
3.1 如果变压器的容量是630KVA，则630*80%=504，504/1.732=290.99，再乘以电流畸变
率25%=72.7A，选择75A。

3.2 如果知道负载总功率S，则I=S/U，再除以1.732，再乘以电流畸变率。

当然也可以通过选型计算器计算。

STATCOM（SVG）静止同步无功补偿器的无功补偿
容量怎么计算？
1. 算法1：
系统无功补偿容量由下式决定：
式中P C——由变配电所供电的月最大有功计算负载（kW）；
βav——月平均负载率，一般可取0.7～0.8；
——补偿前的功率因数角， cos可取最大负载时的值；
——补偿后的功率因数角，参照电力部门的要求确定，一般可取0.9～0.95。

例如：
某变电所月最大有功负载为2000kW，平均负载率为0.75，补偿前功率因数为0.6，目标功率因数为0.92，该变电所需要补偿的无功功率为：
考虑一定裕量，可选择补偿容量为1500kvar的补偿装置。

2. 算法2（查表法）：
当然也可以通过选型计算器来计算。

谐波治理首选：有源电力滤波器安科瑞王志彬2019.03有源电力滤波器是在无源滤波器的基础上发展来的治理谐波的设备。

其工作原理是实时检测电网中负载电流，以特别快的速度分离出谐波电流分量，并依据谐波电流的大小发出控制指令，实时产生大小相等与方向相反的补偿电流注入到电网中，实时瞬时抵消滤除谐波电流与无功补偿。

因其设备电力电子组成是比较复杂的，耐压和使用寿命也较长，所以其格也较昂贵。

有源电力滤波器是面向二十一世纪，是破传统的电容、电抗无功补偿理论的一种高新的技术产品。

她集电力电子技术、计算机技术与现代控制技术于一体，采用当前最先进的控制算法消除电网谐波，实时检测电网中由非线性负载产生的电流波形，动态生成反向谐波电流，用以补偿负载谐波电流。

具有响应速度快、滤波范围广、滤波效率高、不受传统参数影响以及体积小等优点。

并完全遵循国家对于治理谐波的标准。

有源电力滤波器其治理谐波的精确度是特别高的，几乎可以达到95%以上，而且谐波治理的范围比较广阔，能够有效治理2-60次谐波。

有源谐波能改善用电系统中的用电不平衡状况，自动消除谐振，保障设备及系统安全运行。

她具有完善的智能操作系统，采用最新型7寸全彩触摸屏的智能操作单元，界面友好，操作简单方便;显示界面可实时显示电压、电流、负载谐波和设备输出谐波等波形、幅值及频谱等各类参数;实时故障记录和事件记录。

此外，有源电力滤波器具有很好地可扩充性，在现有的基础上可以根据市场的需求进行一定的扩展，比如说增加一些监控保证工作人员及时监控其工作。

还能够过远程控制来进行远距离操作，大大提高了谐波治理的工作效率。

安科瑞ANAPF有源电力滤波器1、概述1.1谐波的产生电力系统中理想的电压、电流波形都是频率为50Hz的正弦波，但是非线性电力设备（大功率可控硅、变频器、UPS、开关电源、中频炉等）的广泛应用产生了大量畸变的谐波电流，谐波电流耦合在线路上产生谐波电压。

对非正弦的畸变电流作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量为基波，频率是基波频率整数倍的分量为谐波。

电力有源滤波及无功补偿装置的研究摘要：近些年来，伴随着我国科学技术水平的高速提升，各类的电力装置在人们的生活中得到了十分广泛的应用，这也在一定程度上加剧了环境的谐波污染程度。

同时，因为大部分电子装置的功率因素都相对较小，这使得电网的供电效率大幅度降低。

因此，这要求相关的政府部门应该加强对谐波污染的智力，最大程度提升电力工程的运行效率，为社会的稳定发展提供可靠的动力。

目前，该方面的内容已经引起了社会各界的高度重视，大量的技术人员开始投身到相关课题项目的研究工作中，因此，本文也主要针对谐波与无功的危害以及有源滤波与无功补偿装置的改进策略两大方面的内容进行简单分析，希望能为我国电网的发展提供一定的帮助。

关键词：电力；有源滤波；无功补偿装置由于电力的高压传输能够在很大程度上减小损耗，因此，目前我国的电力系统普遍使用大于10V的高压电，这在一定程度上推动了社会生产力的进步。

然而谐波与无功现象的存在却在很大程度上造成了电力的损耗，甚至还会影响社会的稳定运行，使得机械设备的使用寿命大大降低，因此，这要求相关的工作人员需要积极采取必要的措施加强对有源滤波的处理，并且加强对无功的补偿，最大程度提升电力资源的使用效率，有效避免能源的浪费。

一、谐波与无功的危害1.1.缩短设备的使用寿命谐波的存在会使得电流产生一定的热能，并且谐波会因为集肤效应与附近交流电的影响，使得线路的电阻大大提升，导致设备的线路老化速度大幅度加快，从而使得设备的使用寿命大大缩短。

另外，谐波的存在还会大大提升介质应力，导致设备的绝缘与老化速度大大提升，大大降低了设备的实用性。

除此之外，谐波还会对设备电缆造成巨大的负面影响，同时电缆中的电容还会进一步促进谐波的放大，使得设备的使用寿命大大降低。

1.2.无功的破坏无功的存在会对电力系统造成很大的损坏，首先，其会使得设备受到系统电压的影响，导致供电质量大幅度降低；其次，由于在高压电力系统中，为了确保无功功率的平衡，当系统中的其他无功电源关闭时，其往往需要通过发电机来补充无功电源产生的消耗，从而使得电源消耗大大增加；最后，无功的存在会使得电路系统的工作效率达到极限，从而使得系统的稳定性大大降低，甚至会造成系统的整体崩溃，然而若不能够对电力系统进行必要的补偿，系统就会受到严重的损坏。

无功补偿和有源滤波选型计算方法无功补偿的选型计算方法可以根据电力系统的特点和要求进行如下步骤：1.确定需补偿的功率因数：根据电力系统的实际需求，确定要达到的功率因数。

电力系统的功率因数可以根据国家标准或行业标准进行选择，常见的功率因数有0.8、0.9、1等。

2.确定需补偿的容量：根据电力系统的负载特点和功率因数要求，计算出无功功率的大小。

根据电力系统的运行情况和负载情况，选择合适的电容器或电感器来进行无功补偿。

3.考虑电力系统的动态响应：在选型计算时，还要考虑电力系统的动态响应能力。

电力系统的负载和运行情况会随时变化，所以在选型时要考虑到系统的动态响应能力，以保证补偿效果的稳定性和可靠性。

4.考虑其他因素：在选型计算时，还要考虑到其他因素的影响，比如电容器的寿命、电感器的损耗等。

这些因素可能会对补偿效果产生影响，所以在选型时要综合考虑。

有源滤波器的选型计算方法可以根据电力系统的谐波特点和要求进行如下步骤：1.确定需滤波的谐波频率：根据电力系统的谐波特点和频谱分析结果，确定要滤除的谐波频率。

电力系统的谐波频率一般为电网频率的整数倍，常见的谐波频率有3次、5次、7次等。

2.确定需滤波的谐波电流：根据电力系统的谐波特点和电流分析结果，确定要滤除的谐波电流大小。

根据谐波电流的大小，选择合适的有源滤波器来进行滤波。

3.考虑滤波器的容量和响应速度：在选型计算时，要考虑滤波器的容量和响应速度。

滤波器的容量决定了它能够滤除的最大谐波电流，响应速度决定了它对电力系统的动态响应能力。

4.考虑滤波器的效率和损耗：在选型计算时，还要考虑滤波器的效率和损耗。

滤波器的效率越高，损耗越少，对电力系统的影响越小。

所以在选型时要综合考虑滤波器的性能指标。

以上是无功补偿和有源滤波选型计算方法的一般步骤，实际选型计算还需要根据具体的电力系统情况和要求进行详细的分析和计算。

同时，还需要考虑经济性、可靠性等因素，以选择合适的无功补偿和有源滤波方案。