【产品知识】有源滤波装置在轨道交通行业的应用与选型

 

未晓妃

安科瑞断电气股份有限公司 上海嘉定 201801

1有源滤波装置

  有源滤波装置，就是一种用语动态抑*谐波、补偿无功的新型电力电子装置，能够对任何谐波进行治理，在当前已经广泛的应用到了轨道交通行业中。有源滤波装置，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP器件的数字信号处理技术，制成的新型电力谐波治理设备，它由指令电流电路和补偿电流发生电路构成。指令电流电路对实时电流进行监控，并将模拟电流信号转换为数字电流信号，然后通过通信通道传输到数字信号处理器中，数字信号处理器对数字信号进行处理，将谐波和基波进行分离，并将脉宽调制信号向补偿电流电路输送驱动脉冲，驱动IGBT和IPM模块，其生产的电流幅值和电网谐波电流幅值相等，然后将极性不同的补偿电流注入到电网中，从而对电网中产生的谐波电流进行补偿和抵消，消*电网中的电力谐波。有源滤波器打破了过去传统滤波器只能固定补偿或者无功补偿的缺点，可以实现对电网电流进行动态跟踪补偿，既可以消*谐波，又可以达到无功补偿的目的[1]。

2谐波对城市轨道交通功的影响

  谐波指的频率为50Hz基波频率整数倍的周期性正弦*量。谐波是影响供电质量的重要因素，城市轨道交通运行过程中，需要直流牵引网为列车供电，直流电源需要通过硅整流获得，整流在交、直流变换过程中产生谐波。同时，地铁列车为了提高舒适性、安全性和可靠性，安装大量的调频装置、风机、监控系统、电力机车等设备，这些设备数量比较多，在运行过程中，对城市轨道交通产生重要影响。

1）影响电网安全性

2）增加变压器的损耗

3）对补偿装置的损耗

3有源滤波装置在城市轨道交通中的应用效果

3.1工程概况

  某市地铁4号线工程起于航天新城，止于北客站，线路总长35.2km，共设置29座车站。考虑到地铁列车的配电系统在运行过程中，产量大量的谐波，为了*善配电系统的电能质量，某市地铁4号线在全线所有车站均安装有源滤波装置，实现对谐波的治理。

3.2谐波治理

  某市地铁4号线选择的是LBAPF有源滤波器，对于谐波的治理主要是对降压变电所的动力照明系统进行电能质量综合治理。在变压器低压侧母线采取集中治理的方式进行治理。治理效果比较明显，效率高，能够完成谐波的治理，达到轨道交通的相关要求。LBAPF有源滤波装置具有很快的响应时间，主电路拓扑和控制算法，其精度高、运行更稳定。既可补谐波，又可兼补无功：模块化设计，便于生产调试便利的并联设计：具有完盖的桥售过流、保护功能。使用方便，易于操作和维护。LBAPF有源滤波器相关的技术参数和原件如下表:

表1为有源滤波装置相美技术参数表

3.3谐波治理效果

  为了检验有源滤波装置对轨道交通供电质量的*善，2019年1月8日到15日对某市地铁4号线已经安装有源滤波装置的车站使用电力分析仪对配电系统进行检查。本次使用的电力分析仪型号为CA8335，这种型号的分析仪具有强大的记录功能，可以对配电系统的电压升降、电压中断、电压频率、电流、电压峰值、有功功率、无功功率、闪变、谐波电压、电流不平衡率等指标进行长时间记录。将电压夹、电流钳等连接地铁车站的配电系统，采集配电系统的电流、电压，然后进行测试。通过测试分析地铁车站安装有源滤波装置以后，电压、电流的变化。测试仪器采集不同时段地铁车站运行数据，从而测试配电系统的供电质量。经过长时间的测试跟踪得出有源滤波装置开启前后功率、功率因素平均值，统计结果如下表：

表2有源滤波装置开启前后功率以及公功率因素平均值

表3为有源滤波装置开启前后谐波电流百分比

3.4结果分析

  从上述表格内容可以得出，有源滤波装置开启前，4号线的配电系统3、5、7、9、11、13次谐波的电流比较大，功率因数偏低。有源滤波装置开启后，配电系统的谐波经过有源滤波装置的处理以后，效果比较好，A相总电流畸变率从10.4%降低到2.1%；B相总电流畸变率从20.3%降低到2.8%；C相总电流畸变率从27%降低到3.4%。功率因素从0.8提高到0.95。所以，有源滤波装置改*了4号线的配电系统供电质量，降低了配电系统的无功损耗，消*了配电系统的谐波电流，提高了配电系统的运行效率和电力设备的使用寿命，有源滤波装置的安装达到了设计要求。

4安科瑞APF有源滤波器产品选型

4.1产品特点

(1)DSP+FPGA控制方式，响应时间短，全数字控制算法，运行稳定；

(2)一机多能，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；

(3)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；

(4)模块化设计，体积小，安装便利，方便扩容；

(5)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；

(6)输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；

(7)多机并联，达到较高的电流输出等级；

4.2型号说明

4.3尺寸说明

4.4产品实物展示

ANAPF有源滤波器

5安科瑞智能电容器产品选型

5.1产品概述

  AZC/AZCL系列智能电容器是应用于0.4kV、50Hz低压配电中用于节省能源、降低线损、提高功率因数和电能质量的新一代无功补偿设备。它由智能测控单元，晶闸管复合开关电路，线路保护单元，两台共补或一台分补低压电力电容器构成。可替代常规由熔丝、复合开关或机械式接触器、热继电器、低压电力电容器、指示灯等散件在柜内和柜面由导线连接而组成的自动无功补偿装置。具有体积更小，功耗更低，维护方便，使用寿命长，可靠性高的特点，适应现代电网对无功补偿的更高要求。

  AZC/AZCL系列智能电容器采用定式LCD液晶显示器，可显示三相母线电压、三相母线电流、三相功率因数、频率、电容器路数及投切状态、有功功率、无功功率、谐波电压总畸变率、电容器温度等。通过内部晶闸管复合开关电路，自动寻找适宜投入（切除）点，实现过零投切，具有过压保护、缺相保护、过谐保护、过温保护等保护功能。

5.2型号说明

AZC系列智能电容器选型：

AZCL系列智能电容器选型：

5.3产品实物展示

AZC系列智能电容模块AZCL系列智能电容模块

安科瑞无功补偿装置智能电容方案

6结束语

  将有源滤波装置投入到城市轨道交通的配电系统中，降低了配电系统谐波畸变率，提高了配电网的功率因素，降低了配电系统的损耗，避免谐波对轨道交通供电、列车调度、通信信号等方面的影响，提高了整个供配电系统的安全性。