安科瑞 王長幸

　　江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

　　摘要：針對已經(jīng)投入使用的大型商業(yè)廣場低壓配電系統(tǒng)N線電流異常情況進(jìn)行評估總結(jié)。結(jié)合理論和實測數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生異常的原因，以及帶來的危害敘述，并給出解決問題的方法和建議方案。

　　關(guān)鍵詞：三相不平衡；N線電流；三次諧波；有源濾波

　　0 、引言

　　在現(xiàn)代商業(yè)建筑中，非線性負(fù)載分為兩類：三相負(fù)載和單相負(fù)載。典型的三相負(fù)載以變頻器（VFD）和不間斷電源（UPS）為主，VFD在中央空調(diào)和電梯中廣泛應(yīng)用，UPS為許多設(shè)備提供穩(wěn)定的電源支持；而單相非線性負(fù)載主要應(yīng)用在節(jié)能燈、LED屏和計算機等設(shè)備上。

　　這兩大類的非線性負(fù)載都會在相線中帶來大量的諧波污染，其中單相非線性負(fù)載的3、9、15次等零序電流不少，此類諧波會在中性線上疊加，造成中性線過流，甚至?xí)砘馂?zāi)風(fēng)險。

　　1、N線電流異常的理論

　　中心線電流異常原因大致可分為兩類：一是三相基波電流不平衡導(dǎo)致中性線基波電流過大；二是因為零序諧波電流在中性線疊加導(dǎo)致電流過大。

　　非線性設(shè)備中產(chǎn)生的電流可以采用傅里葉級數(shù)分解來描述各次諧波，其中單相整流回路產(chǎn)生的電流經(jīng)過分解展開后主要諧波滿足3N次特性，即以3、9、15次等符合3N次特性的諧波為主，其中3次諧波含量高。

　　3次諧波電流主要由單相非線性負(fù)載產(chǎn)生，由于3次諧波屬于零序諧波，在三相電網(wǎng)中，各相的相位差為120°，這正好是3次諧波電流的周期，每相負(fù)載內(nèi)的3次諧波電流在中性線匯集時，其中瞬時值是直接同相相加，如圖1所示，所以中性線上的3次諧波電流大于相線上的3次諧波電流，有時候中性線電流還要大于基波電流，甚至于接近相電流的2倍。

圖1 三次諧波在中性線上的疊加

　　2、實測驗證

　　上述不僅僅是理論，實際上在用戶現(xiàn)場可以實測到上述波形，數(shù)據(jù)測量如下：

　        圖2  電壓電流波形              圖3 電流和電流畸變率

　　       圖4  A相各次諧波列表           圖5  B相各次諧波列表

圖6 C相各次諧波列表

圖7 N線各次諧波趨勢

　　表1 測量統(tǒng)計數(shù)據(jù)

　　根據(jù)表1數(shù)據(jù)統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)N線電流過大，已經(jīng)達(dá)到相線電流一半，主要成份就是三次諧波，含量高達(dá)442A，A相、B相、C相電流里三次諧波分量分別是158A、143A、16，可明顯發(fā)現(xiàn)N線三次諧波電流的含量基本等于各相三次諧波電流含量的線性疊加，諧波含量極其大，且諧波發(fā)熱量比基波電流大很多，引發(fā)N線對地電壓大，給主要負(fù)載用電帶來安全隱患，甚至給客戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，諧波治理刻不容緩。

　　3、建議解決方案

　　目前諧波治理主要分無源和有源兩種形式，由于此次治理目標(biāo)為中性線3次諧波，，傳統(tǒng)的無源濾波技術(shù)針對三次諧波過濾難度較大，成本高，效果難以保證；第二，無源濾波支路沒有可靠的限幅保護(hù)，容易出現(xiàn)過載損壞補償支路的現(xiàn)象；第三，無源濾波支路投入會受到功率因數(shù)的影響，所以成本會高；第四，存在諧振放大諧波的隱患；第五，諧波補償次數(shù)較單一等上述缺陷導(dǎo)致無源濾波技術(shù)適用性降低，越來越不被大量采用。

　　根據(jù)上述分析，該場合推薦采用APF有源電力濾波器，可避免上述缺陷，能夠?qū)崟r監(jiān)測負(fù)載電流，通過分析負(fù)載電流各次諧波成分，發(fā)出與之方向相反、幅值相同的補償電流與之抵消，不受系統(tǒng)阻抗影響、諧波治理頻次多（不僅于3次）、改造方案靈活適用性強，可有效達(dá)到消除諧波、凈化電網(wǎng)的目的。

　　4、安科瑞ANAPF有源電力濾波器簡介

　　4.1工作原理  

　　ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在電網(wǎng)上，負(fù)載電流通過電流互感器采集到ANAPF的控制系統(tǒng)中，通過實時檢測電路將負(fù)載電流中的諧波分量和基波無功分量分離出來，經(jīng)控制系統(tǒng)快速運算，采用PWM新技術(shù)控制IGBT的觸發(fā)，通過由大容量IGBT管組成的三相并聯(lián)變流器向系統(tǒng)注入補償電流，該補償電流與負(fù)載電流中的諧波電流大小相等、方向相反，互相抵消，實現(xiàn)濾除諧波的功能，保證終流入系統(tǒng)電流是正弦波。

圖8    ANAPF有源電力濾波器原理圖

　　4.2技術(shù)參數(shù)

　　表2    ANAPF有源電力濾波器技術(shù)參數(shù)

　　5、總結(jié)

　　通過上述分析可發(fā)現(xiàn)，APF可以在此工況下、*地解決諧波問題，為客戶提供一個更加安全、更加穩(wěn)定的供電系統(tǒng)，避免有諧波引起的電氣安全事故。該案例為商業(yè)廣場能質(zhì)量問題提供了一個典型的分析解決方案，給同行同類電能質(zhì)量問題帶來很高的參考價值。

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