【產品知識】有源濾波裝置在軌道交通行業(yè)的應用與選型

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、補償無功的新型電力電子裝置，能夠對任何諧波進行治理，在當前已經廣泛的應用到了軌道交通行業(yè)中。有源濾波裝置，是采用現(xiàn)代電力電子技術和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術，制成的新型電力諧波治理設備，它由指令電流電路和補償電流發(fā)生電路構成。指令電流電路對實時電流進行監(jiān)控，并將模擬電流信號轉換為數(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)字信號進行處理，將諧波和基波進行分離，并將脈寬調制信號向補償電流電路輸送驅動脈沖，驅動IGBT和IPM模塊，其生產的電流幅值和電網諧波電流幅值相等，然后將極性不同的補償電流注入到電網中，從而對電網中產生的諧波電流進行補償和抵消，消*電網中的電力諧波。有源濾波器打破了過去傳統(tǒng)濾波器只能固定補償或者無功補償?shù)娜秉c，可以實現(xiàn)對電網電流進行動態(tài)跟蹤補償，既可以消*諧波，又可以達到無功補償?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。諧波是影響供電質量的重要因素，城市軌道交通運行過程中，需要直流牽引網為列車供電，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，安裝大量的調頻裝置、風機、監(jiān)控系統(tǒng)、電力機車等設備，這些設備數(shù)量比較多，在運行過程中，對城市軌道交通產生重要影響。

1）影響電網安全性

2）增加變壓器的損耗

3）對補償裝置的損耗

3有源濾波裝置在城市軌道交通中的應用效果

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，共設置29座車站?？紤]到地鐵列車的配電系統(tǒng)在運行過程中，產量大量的諧波，為了*善配電系統(tǒng)的電能質量，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)進行電能質量綜合治理。在變壓器低壓側母線采取集中治理的方式進行治理。治理效果比較明顯，效率高，能夠完成諧波的治理，達到軌道交通的相關要求。LBAPF有源濾波裝置具有很快的響應時間，主電路拓撲和控制算法，其精度高、運行更穩(wěn)定。既可補諧波，又可兼補無功：模塊化設計，便于生產調試便利的并聯(lián)設計：具有完蓋的橋售過流、保護功能。使用方便，易于操作和維護。LBAPF有源濾波器相關的技術參數(shù)和原件如下表:

表1為有源濾波裝置相美技術參數(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量的*善，2019年1月8日到15日對某市地鐵4號線已經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進行長時間記錄。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行數(shù)據，從而測試配電系統(tǒng)的供電質量。經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結果分析

  從上述表格內容可以得出，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)的運行效率和電力設備的使用壽命，有源濾波裝置的安裝達到了設計要求。

4安科瑞APF有源濾波器產品選型

4.1產品特點

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

(2)一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

(4)模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

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

(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)多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

4.2型號說明

4.3尺寸說明

4.4產品實物展示

ANAPF有源濾波器

5安科瑞智能電容器產品選型

5.1產品概述

  AZC/AZCL系列智能電容器是應用于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)和電能質量的新一代無功補償設備。它由智能測控單元，晶閘管復合開關電路，線路保護單元，兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構成?？商娲Ｒ?guī)由熔絲、復合開關或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內和柜面由導線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小，功耗更低，維護方便，使用壽命長，可靠性高的特點，適應現(xiàn)代電網對無功補償?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。通過內部晶閘管復合開關電路，自動尋找適宜投入（切除）點，實現(xiàn)過零投切，具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

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

安科瑞無功補償裝置智能電容方案

6結束語

  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。