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有源电力滤波器在地铁站低压配电系统中的应用分析

 更新时间:2023-12-01 点击量:168

摘要:作为国家提出的绿色电网、节能降耗已成为现代化企业努力的目标,也是企业急需解决的问题。作为地铁车站这类市政公共交通建筑的着重系统——配电系统。实现绿色电网实质上是解决电网中存在的各种电能问题,主要是涉及到谐波与无功问题两个方面,就某条地铁线目前的电力系统状态而言,其在低压配电系统中装设有源电力滤波器进行谐波治理,但APF实际未投入。系统中的谐波问题仍然存在,因此需对该站点进行详细的测试,同时为该线路的有源电力滤波器APF进行必要性评估,对后续新开线路的有源滤波器设置提出参考意见。

关键词:地铁负载;电能质量;谐波治理;无功补偿

(1)有源电力滤波器的工作原理

有源电力滤波器的工作原理如图1所示,主要由负载电流分离、指令电流调节、输出电流控制、驱动电路以及主电路组成。它采用电流型变流器,经连接电抗器接入系统,通过调整交流侧逆变输出电压的瞬时幅值与相位,或直接控制交流侧输出电流,使装置发出或吸收宽频谱无功功率。基于电力电子的有源电力滤波器装置并联于电网中,相当于一个可控的无功及谐波电流源,其无功及谐波电流可以快速地跟随负荷无功电流的变化而变化,自动补偿电网系统所需无功及谐波,并且可以实现从感性无功到容性无功的全范围补偿,同时对电网电压进行动态稳定调节。


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图1 有源电力滤波器工作原理图

(2)有源电力滤波器的工作原理

有源电力滤波器采用模块化插拔式设计,集三相不平衡治理、谐波抵制和无功补偿功能为一体,方便运维人员安装拆卸,同时也方便将来用电负荷发生变化扩展补偿容量。

该有源滤波装置主要特点有以下几个方面:

① 补偿方式灵活:既可补谐波,又可兼补无功,可对2-51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿,同时可治理三相不平衡问题;

② 线性补偿,全响应时间≤5ms;

③ 具有人性化的人机交互界面,可通过该界面看到系统和本体的实时电能质量信息,操作简单,可以远控,也可以本控;

④ 采用DSP高速检测和运算的数字控制系统和进口IGBT,功率密度大,可靠性高;

⑤ 监控以及显示具备远程通讯接口,可以通过PC机实时监控;

⑥ 标准模块化设计,缩短交付周期,同时提高了使用的可靠性和可维护性。

有源电力滤波器可采用壁挂和整柜方式安装,同时可实现集中和就地治理,如图2所示的产品,给安装、 维护及日后升级带来了便捷,提高了整体的安装效率。

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图2 有源电力滤波器产品示意图


(1)项目背景

广东某地铁改造项目,系统中负载主要为照明、空调、泵机类、电梯、信号电源、UPS等设备,开关电源的启动瞬间形成电流冲击,和其它设备在运行过程中会对系统产生谐波电流污染。其谐波主要包括3、5、7、9次;不进行合理治理,将对其他电气设备产生危害,如:大量的3次谐波造成中线过热甚至发生火灾;大量谐波造成变压器局部严重过热;继电保护发生误动作等。

(2)治理方案

根据以往测量经验进行谐波分析与估算,谐波主要由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,分别采用集中治理方案,在每台变压器下加装ANAPF系列有源电力滤波器,由于安装空间有限,选择我司壁挂式有源电力滤波器进行嵌入式安装,1#配电站中#1和#2变压器下安装型号均为ANAPF75-380/BBL,2#配电站中#1和#2变压器下安装均为2台型号为ANAPF60-380/BBL的有源电力滤波器并机使用,保障了整个供电系统的稳定性。

(3)治理效果


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图3 治理之前电流波形和各次谐波电流畸变率

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图4 治理之后电流波形和各次谐波电流畸变率

治理前电流波形发生畸变,三相电流畸变率分别为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,各次谐波得到抵制,电流畸变率明显降低,三相电流畸变率降至4.0%、4.1%、4.4%。

(4)安装现场

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本文主要地铁负载电能质量治理方案的相关内容,通过对地铁电能质量方面出现的问题进行分析,并结合电能质量相应测量数据,给出相应的治理方案。后结合广东某地铁电能质量改造项目案例,并通过现场实际应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治理无功及谐波电流,并且解决地铁用电负荷增长带来的电能质量恶化问题,对地铁电子设备、仪器仪表的计量和整体供电能力、安全运行及经济效益具有重要的意义。

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