各种电子设备和电子计算机，都需要由稳定的直流电源供电。通常都是将工业用的交流电经变换来获得所需的直流电。传统的把交流电变换成稳定的直流电的方式主要分为变压、整流、滤波、稳压等四个过程。
02单相整流设备谐波分析
常见的单相整流负载主要有，以电视机为代表的家用电器，特别是变频空调、电磁炉等；节能灯、调光灯等照明设备；大尺寸的LED屏幕（采用很多开关电源并联供电）
1、单项可控整流电路原理图。
2、单项可控整流电路输入电压和输出电压波形
3、单项可控整流输入电流波形（发生畸变）
4、输入电流波形FFT分析，主要为150HZ(3次谐波)，3N次谐波。
谐波电流在流过变压器时，会造成变压器的损耗增加，从而导致变压器的温度过高。其中，三次谐波电流造成变压器过热的情况很严重。三次谐波还会引起跳闸、零线过热等诸多问题。
03
6脉整流设备谐波分析
单向整流电路应用在负载功率需求较小的场合，一般不超过1KW。而在机电产品中，有很多设备需要较大功率的直流供电电压，这就要采用三相整流电路。比如工业变频器、电弧焊机、车床、起重机等。其输出功率在几千瓦~几百千瓦，由于功率较大，一般采用三相6脉整流电路来提供大功率直流电压输出。
1、6脉可控整流电路原理图。
2、6脉可控整流电路输入电压和输出电压波形
3、6脉可控整流输入电流波形（发生畸变）
4、输入电流波形FFT分析，主要为250HZ(5次谐波)、350HZ(7次谐波)、6N±1等其它高次谐波。
04
12脉整流设备谐波分析
12脉波整流器由一个整流变压器和两个三相桥式电路构成,整流变压器为三绕组变压器,两个三相桥式电路对称,并分别与整流变压器的两个低压绕组连接。12脉波整流器通过两个6脉波三相桥式电路的组合,可以实现12脉动的效果。
1、12脉整流电路原理图。
2、12脉可控整流电路输入电压和输出电压波形
3、12脉可控整流输入电流波形（发生畸变）
4、输入电流波形FFT分析，主要为550HZ(11次谐波)、650HZ(13次谐波)、12N±1等其它高次谐波。
12脉波整流电路应用于风力发电、自耦变压器、航空飞机电源整流等领域、轨道牵引设备。APF和SVG对12脉波整流器的电能质量治理,主要是对12脉波整流器进行无功补偿和谐波治理。其无功补偿比较容易实现,而谐波治理比较复杂。
24脉整流设备谐波分析
24脉波整流机组整流以大幅度减少系统中的低次谐波含量。其主要由2台相同容量的12脉波轴向双分裂式牵引移相整流变压器和4组由三相全波整流桥构成的整流器两部分共同组成。具有谐波分量低、电压脉波小,滤波设备所需资金投入少等优点。整流机组中的2台整流变压器阀侧均有2套低压绕组,分别采用Y型和△型接线,使得2套绕组的线电压形成30°的相位角。网侧绕组采用2种不同的延边三角形接线方式进行移相，左延△接法实现移相+7.5°,右延△接法实现移相-7.5°。通过移相处理,得到4套阀侧绕组的线电压互差15°的相位角。它们各自经过由三相全波整流桥构成的整流器整流,在4组整流器的直流侧并联运行,组成2x12脉波整流系统。
24脉波整流系统低次谐波含量较低，通常使用在高铁、地铁等牵引系统。
结束语
整流装置产生的谐波占所有谐波的近25-33%,对电网的危害较大,谐波造成配电线缆、变压器发热,降低通话质量,空气开关误动作,发电机喘振等不良后果;谐波按电流相序分为+序(3k+1次,k为0和正整数)、-序(3k+2次,k为0和正整数).0序(3k次,k为正整数),+序电流使损耗加重,-序电流使电机反转、发热,0序电流使中线电流异常增加。大量的谐波电流注入电网，造成电压波形畸变，供电质量下降，严重危害供发电设备和用电设备。
APF（有源滤波器）是用于对谐波进行动态治理的新型电力电子装置。其克服了无源滤波器容易引起振荡、补偿特性单一、易发生过载等不足,对谐波电流的补偿效果不受系统阻抗影响。能够治理大小、频率都变化的谐波,SVG(有源无功补偿装置)可以对变化的无功进行补偿,提高系统整体的功率因数;因此APF和SVG在需动态治理谐波和无功的场合得到广泛应用。
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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。谐波是电能质量的重要指标。
1.2谐波的危害
谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。
谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等；使变压器部严重过热；使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。
引起电网谐振，使得谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。
谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失。谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。
临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声、降低通信质量、计算机无法正常工作，重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。
1.3有源电力滤波器产品效益
使谐波指标满足家标准，避免供电部门罚款或中断供电；
降低变压器损耗；
减少谐波污染，降低谐波对自动控制装置、电能计量装置、继电保护装置的干扰，保证供配电系统安全稳定运行；
避免谐波过电压和谐波过电流对电气设备的危害，延长设备使用寿命；
节能降耗，提升功率因数，节约电费，避免罚款。
1.4执行标准
GB/T《电能质量：公用电网谐波》
GB/T《电能质量：三相电压不平衡度》
GB/T12325-2008《电能质量：供电电压偏差》
GB/T12326-2008《电能质量：电压波动和闪变》
GB/T《电能质量：暂时过电压和瞬态过电压》
GB/T《电能质量：电力系统频率偏差》
GB17625.1-2012《电磁兼容限值谐波电流发射限值》
GB/T《低压成套无功功率补偿装置》
2、产品介绍
2.1工作原理
ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。
图2-1ANAPF有源电力滤波器原理图
2.2产品特点
一机多能，既可补谐波，又可兼补无功，可对2～31次谐波进行全补偿或指定特定次谐波进行补偿；
具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；
模块化设计，体积小，安装便利，方便扩容；
采用7英寸大屏幕彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用方便，易于操作和维护；
输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；
多机并联，达到较高的电流输出等级；
拥有自主技术。
2.3主要技术参数
表2-1ANAPF有源电力滤波器技术参数
2.4产品型号及说明
3、产品应用
3.1容量计算方法
谐波是由非线性设备产生的，而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用专门设备进行测量，考虑到设备的技术及经济性，设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂，况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据，可以根据下列公式估算谐波电流进行选型。
3.1.1根据负载额定电流和行业类型选型
3.1.2根据变压器容量和行业类型选型
3.1.3根据快速选型表查表选型
查表步骤：
步骤1：确定变压器容量和变压器负载率（一般在0.6~0.8）；
步骤2：根据变压器负载率确定表2、表3或表4；
步骤3：确定电流总谐波畸变率（THDi）（表1中THDi值为参考值，仅在估算谐波电流时使用）；
步骤4：根据变压器容量及THDi参考值确定相应的谐波电流值；
步骤5：考虑到一定的裕量，选择相应容量的ANAPF有源电力滤波器。
注：表1～表4参见附录1。
3.2选型示例
上海某工厂办公大楼变压器容量为250KVA，变压器负载率为0.8，主要负载为节能灯、变频空调和电梯等，属于办公楼宇。
变压器容量为250KVA；
变压器负载率为0.8；
负载类型属于办公楼宇，根据表1估算THDi为30%；
查表4可得估算谐波电流值为83A；
如果根据公式（2）计算，结果是一样的；
考虑到一定的裕量，选择100A的ANAPF有源电力滤波器。
3.3治理方式分类与说明
电能质量监测与治理系统针对不同的场合可选择不同的治理方案，一般有集中治理、部治理和就地治理三种技术方案。
（一）集中治理
集中治理上图示例
本案例是在变电所低压电容柜中设置无功补偿，同时在配电前端设置有源电力滤波器，采用集中治理的方式抑制谐波。
集中治理适用于单台设备谐波含量小，但数量庞大、布分散的场合，比如办公大楼(个人电脑、节能灯、变频空调、电梯等)，虽然单台设备的电流小，谐波含量低，但整栋大楼的总电流大，总谐波电流也大。
（二）部治理
部治理上图示例
本案例是在变电所低压电容柜中设置无功补偿，同时在部谐波源前端设置有源电力滤波器，采用部治理的方式抑制谐波。
部治理适用于谐波源集中在某一条或几条馈出支路的配电系统，比如医院的精密仪器、UPS电源等，虽然单台设备的电流小，谐波含量低，但为防其他设备产生的谐波对其干扰，采用部谐波治理。
（三）
就地治理上图示例
本案例是在变电所低压电容柜中设置无功补偿，同时在主要谐波源的前端设置有源电力滤波器，采用就地治理方式的抑制谐波。
就地治理适用于谐波源比较明确且单台设备谐波含量较大的配电系统，比如大型商业区的景观照明、影剧院的可控硅调光设备、工业区的变频器调速设备等，单台设备电流大、谐波含量高、谐波电流大，为防谐波电流影响其他用电设备，采用就地治理。
4应用案例
4.1ANAPF在数据机房的应用
▲项目背景：
常熟智慧城市是一个市民卡信息中心，其中包括大型数据机房，对电能质量要求非常高；为了提升供电可靠度，采用大量的UPS作为设备电源，机房内还包含空调设备、照明设备等。此类电力电子设备皆属于非线性负载，在使用过程中会产生大量谐波并注入系统中，主要以5次、7次为主；如果不进行谐波治理，对电网造成严重的污染，也影响机房中其他敏感设备，比如导致通信数据错误，甚至瘫痪、中断，降低了配电系统的安全性、可靠性。
▲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，供电系统由2台800kVA变压器及其一台800kW发电机组成，采用集中治理方案，在每台变压器下加装300A有源电力滤波器，由两台150A并机实现，型号为ANAPF150-380/BGL，来自动跟踪补偿负载产生的谐波电流，保证整个系统安全可靠运行。
▲治理效果：
图4-1治理之前A、B、C、N相电流波形和电流频谱
由图可以看出，治理前，N线电流较大，3次、5次、7次等谐波频次含量较大；治理后，N线电流明显降低、各次谐波电流得到有效抑制，提升了供电系统的稳定性，消除了谐波对通信系统影响的危害，收到了良好的运行效果。
▲安装现场：
图4-2安装现场
4.2ANAPF在办公楼宇的应用
珠海横琴口岸项目是临时边检大楼的新建项目，为边检部门电气设备提供可靠电力支持，对电能质量要求较高；用电设备主要是大功率UPS、LED显示屏、空调、照明和报检大厅动力设备等，会产生大量谐波，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部严重过热；继电保护发生误动作等。
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12#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。
图4-4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，各次谐波得到有效抑制，电流畸变率明显降低，三相电流畸变率降至4.0%、4.1%、4.4%。
4.3ANAPF在工业领域的应用
合肥日立建机是日立建机集团在中主要生产基地，其主要负载是变频器、电焊机和中频炉等，这类负载属于中污染设备，使用时电流变化很快，无功需求大，传统无功柜跟不上负载变化速度，导致功率因数很低，造成无功罚款；同时又会产生大量谐波流入电网中，谐波电流在线路流动会产生压降，使得电压也畸变严重，致使一些精度高的生产设备不能正常运行，影响公司的生产，导致产品质量下降，给客户带来严重的经济损失。
该项目共有6台变压器，均采用集中治理方案，在变压器的出线侧加装ANAPF系列有源电力滤波器，型号为：ANPF200-380/BGL，既可补偿谐波又可补偿部分动态无功。同时，建议在变频器的进线端加装输入电抗器，用来滤除部分变频器谐波，以达到更好的治理效果。
由图4-5和图4-6可以看出，治理前，电流波形失真十分严重，三相电流畸变率分别为21.3%、25.0%、28.0%，主要以5次、7次、11次等符合6n±1次特性的谐波为主，功率因数约0.83左右，会造成无功罚款；加装ANAPF系列有源电力滤波器后，电流波形已经趋向正弦波，三相电流畸变率分别为2.6%、2.6%、2.6%，主要频次谐波得到有效抑制，功率因数也都到很明显的提升。此次谐波治理，电网质量得到明显改进，有效地保护了生产线上设备的正常运行。
4.4ANAPF在港口码头的应用
江阴港港口的主要谐波源是门机、行车和一些办公设备，门机在运行时需要大量无功，且电流冲击大，波动很快，产生大量的谐波电流，功率因数很低，造成无功罚款；传统的纯容无功补偿装置已经不能解决这些电能质量问题，不及时治理，甚至会对无功柜产生危害，使得电容寿命降低，更换频繁。
因现场非线性负载（经检测，主要为起重机回路）多，且具有地域分散，冲击电流大的特点，易采用集中治理方式，在每个变电站进行谐波治理。采用无功功率补偿和谐波治理综合方案可兼顾无功补偿和谐波治理功能，该方案利用现有无功补偿控制柜，减少用户改造投入成本，将ANAPF系列有源电力滤波装置并联到配电系统中，一方面可有效抑制谐波放大，保护电容器，而装置的检修与日常维护只需从电网中切除，不影响现场的正常运营。
由图4-7和图4-8可以看出，治理前，电流波形失真十分严重，呈现典型的M型，三相电流畸变率分别为18.3%、25.1%、32.5%，主要以5次、7次谐波为主；加装ANAPF系列有源电力滤波器后，电流波形已经趋向正弦波，三相电流畸变率分别为2.6%、2.6%、2.6%，主要频次谐波得到有效抑制，电网质量得到明显改进，有效地保护了其他电气设备。