ANHPD谐波保护器在行业的应用 安科瑞鲍静君
摘要：随着科学技术进步发展，越来越多的电力电子装置等非线性负载应用于企业当中，在带来节能与能量变换积极一面的同时，也产生了谐波等电能质量问题。特别是行业，对电能质量要求很高，其引进的设备 (如CT机、核磁共振、直线加速器等)，科室和病房都采用中央空调。这些设备的应用提升了服务水平，对于行业发展都具有重要意义。同时这些、高灵敏度、大电 流、大功率的设备会产生大量的谐波，而这些“谐波源”会对所用电设备以及其他设备(如彩超、化验室高精设备等)的运行和使用寿命造成严重影响。因此本文将对谐波保护器进行分析，并在此基础上研究谐波保护器的作用，进而探索谐波保护器的应用效果。
关键词：；高次谐波；谐波保护器
社会经济和科技的发展推动着控制技术、通信技术、计算机技术 的不断进步，在智能建筑中开始广泛应用变频空调、系统、消防系 统数字办公设备、通信设备、计算机等。与此同时这些设备和装置的应用也产生了相应的副产品谐波，而这严重的威胁了智能建筑系统和用户，使得相应设备的安全正常运行受到影响。为了满足社会生活发展需要一种能够对各种频率和各种能量的谐波干扰进行吸收并自动消除用电设备产生的随机电涌、脉冲尖峰、高频噪声、高次谐波的装置——谐波保护器应运而生。当前在智能建筑电力环境中谐波保护器被广泛应用， 为用电设备的有效运行提供了重要保障。
一、谐波保护器基本原理
谐波保护器是一种用于滤除高次谐波、保护精密仪器设备的新型保护装置，采用超微晶合金材料与创新的特别电路。它主要由电压箝位、低通滤波器以及吸收器组成，不但可以抑制和吸收用户用电设备产生的随机高次谐波和高频噪声、脉冲尖峰、电涌等干扰，而且能随时跟踪电压波形，瞬时滤除电源中的尖峰、浪涌、杂波，矫正因谐波影响而产生的高次谐波，从源头消除谐波污染，为用电设备提供保护功能。
谐波保护器的基本原理如图1所示（以三相为例）：以电压箝位实时监测电压的变化，使用低通滤波器滤除高次谐波，再运用吸收器吸收高次谐波的滤波设备。
图1 谐波保护器原理
二、谐波保护器的功能
，自动保护用电设备。在电路中并联谐波保护器能够实现具有破坏性的尖峰瞬变、浪涌、高频噪声、高次谐。它的有效消除，进而促进用电设备的安全稳定运行和提升用电设备的使用寿命。
第二，净化电源。谐波保护器的抑制和消除谐波能力显著，在并联谐波保护器的电路中99％因各种谐波引起的电压、电流的畸变都可以得到消除，同时谐波引发的计算机屏幕频闪、负载变化、短路、开关引起的灯管频闪都可 以得到避免。
第三，保护功率因数补偿设备。实际当中并联振回路会在高次谐波频率和杂散的电网电感及功率因数补偿设备的谐波频率的相互的作用下产生，电压和电流波形会在谐振电路引起的谐波放大作用下加剧畸变，进而刚氏设备使用寿命。此外谐波保护器能够对谐波污染进行净 化，为功率因数补偿设备的使用寿命提供。
第四，防止保护装置的无跳闸。断路器会因谐波电流的音响而发生断路器误跳闸，或者拒跳闸，而在电路中并联谐波保护器能够有效消除谐波电流，进而有效避免断路器发生误跳闸或者拒跳闸问题引。
谐波保护电器有从源头上消除谐波污染的作用，进而为用电设备的正常运行提供保障。在电力设备电路中并联谐波保护器，不仅能够对电力系统中的电流状态进行连续监测，还能够对电路中的高次谐波进行吸收和阻隔，进而避免其他设备受到设备本身产生的谐波的干扰。
三、谐波保护器在场所的应用
场所设备和仪器经常会受到高次谐波的干扰而发生故障，进而引发信息丢失、图像模糊、数据差错等影响正常工作的问题，更有甚者会使硬件和软件同时发生损坏进而影响仪器正常工作。所以应当利用谐波保护器对这些设备和仪器进行保护，进而保障仪器设备的安全运转。
谐波保护器是现代结构设备、安全运行的重要保障， 技术人员只需将其接入到电路中，设备中产生的高次谐波就会被其吸收，器械的破坏和误操作随之降低，进而为医务人员和病人的安全提供保障。同时谐波保护器本身并不耗电，设备在谐波保护器器的作用下使用寿命会被有效严惩，同时设备维修和维护成本也能得到降低。
大型设备使用是很频繁的，瞬间电流变化达几百安培，中央空调的运行使得内电网内产生的谐波都很大，而高精设备少值几万元，多值几百万元。因而谐波保护器在使用非常必要。
安科瑞ANHPD系列谐波保护器为行业供电系统出力，避免其高次谐波干扰，已运行项目有：大连友谊、院、浦口中、田阳县中、昆山第三等，以下为我司ANHPD对于高次谐波的治理效果展示，对于高次谐波抑制有非常显著的效果。
（1）50Hz工频电源迭加2KHz干扰信号
谐波保护器接入前 谐波保护器接入后
（2）50Hz工频电源迭加10KHz干扰信号
谐波保护器接入前 谐波保护器接入后
（3）50Hz工频电源迭加100KHz干扰信号
谐波保护器接入前 谐波保护器接入后
（4）50Hz工频电源迭加1MKHz干扰信号
谐波保护器接入前 谐波保护器接入后
四、安科瑞谐波保护器介绍
4.1主要技术参数
表3-1 ANHPD技术参数
4.2功能特点
•采用超微晶体的电路；
•吸收3KHz~30MHz频率各种能量的谐波干扰，消除高次谐波、高频噪声、脉冲尖峰、浪涌等干扰，矫正电压、电流波形；
•减少了用电设备的故障率和机器误操作，全面克服了由于高频谐波污染引起的干扰，保障了设备的安全运行；
•设备本身几乎不耗电，具有的经济性；
•结构设计合理，接线简单，安装方便。
五、结语
是未来用电设备发展的必然趋势，相应的怎样避免受这些设备产生的谐波的干扰成为科技人员面对的重要课题。谐波保护器对于当前的高科技、高灵敏度设备产生的谐波具有有效地吸收和阻隔作用。因此在未来一段时间内在建筑电气系统中运用谐波保护器将会是必然的趋势，相关人员应当从谐波保护器的作用原理和电气设备实际情况出发，科学合理的运用谐波保护器保护用电设备。
「参考文献】
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「2】郑国兴，谐波保护器及其在智能建筑中的应用「J】电器与能效管理技术，2007（20）：55-58
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有源滤波与无源滤波的区别
目前，谐波治理方式主要有两种：有源滤波方式、无源滤波方式。
无源滤波器
采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是谐波污染的措施。通常采用由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的无源滤波装置进行滤波。
无源滤波器由电容电抗和电阻组成，根据电容电阻固有的阻抗特性，对某一特定频率的谐波呈低阻抗，为负载谐波电流提供较低的阻抗通道，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器，而不流入电网。
无源滤波器具有投资少、、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此无源滤波器仍然是目前广泛采用的谐波及无功补偿的手段。不过，由于无源滤波器是通过在系统中为谐波提供一条并联的低阻通路，以起到滤波作用，其滤波特性由系统和滤波器的阻抗比所决定，因而存在以下缺点:
1)滤波器一旦制成，性能参数难以变动，滤波特性受系统参数的影响较大。当系统参数改变，则滤波装置有可能失效甚至会引起谐振。因此当电网谐波阻抗降低时，滤波效果将随之降低;当电网参数不变而谐波电流增加时，可能使滤波器过载。另一方面即使电网参数和谐波电流都不变，但由于温度变化，滤波器部件老化和其它因素都会影响滤波器性能而降低效率。此外滤波器的电抗电容值通常也会有容差即偏离其标准值±10%而增加了失谐度，也会降低滤波效率;
2)只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用。当电网短路容量大(即电源阻抗小)时，则要求滤波器阻抗还要更小，即要求滤波器是调谐(锐调谐)，但由于部件性能的容差和变动使滤波器的设计有很大的困难;
3)谐波电流时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载;
4)材料消耗多，体积大。
无源电力滤波器组成简单，成本也较低。但由于无源电力滤波器容受系统阻抗影响，很难达到预期要求。而且由于无源元件本身的特性，会与电网阻抗一起作用引起谐振，谐振将引起某次谐波放大数倍，这对于供电系统来说是非常危险的。电网阻抗一般较为稳定，但难免会波动，这样不但会影响滤波效果，而且可能引起谐振。另一方面，由于滤波支路表现出电容特性(对于滤波支路，容抗远远大于感抗)，所以在电压作用下，会产生的无功电流，这样就存在一个问题，在使用无源电力滤波器同时还会进行无功补偿，如果系统原有的无功含量不大(小于电容可以提供的无功)，那么就会出现无功功率过补，功率因数可能因此下降，而且会提升电网电压，这对某些设备也是不安全的。
有源滤波器
由于无源滤波器具有以上缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可闪变、补偿无功，有一机多能的特点，其具体特点如下：
滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险;
具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。
尽管有源电力滤波器有着无源滤波器所不具备的技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤波器相比较，有源电力滤波器的成本较高，这一点是限制其推广使用的关键。
通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经指令电流运算电路得出谐波补偿电流的指令信号，控制变流器产生所需要的补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，终获得期望的电源电流。
电网侧的谐波电流可以写为： 只要控制有源电力滤波器的输出电流，使其满足，即可使电网侧的谐波电流。
APF滤波模块技术要求
(1)模块开关频率：10-20kHz;自身损耗：≤2%，效率98%;(需要提供第三方检验机构出具的带有CMA,CAL,ilac-MRA,CNAS等认证的型式试验报告。)
(2)全响应时间≤7ms;(需要提供第三方检验机构出具的带有CMA,CAL,ilac-MRA,CNAS等认证的型式试验报告。)
(3)总谐波补偿率：≥90%(需要提供第三方检验机构出具的带有CMA,CAL,ilac-MRA,CNAS等认证的型式试验报告。)
(4)有源电力滤波器采用模块化设计，支持多机并联扩容，并联容量不受限制，如果一台因故障退出运行，其他有源滤波器仍能正常工作实现滤波功能;
(5) 有源电力滤波器要求采用英飞凌、富士、塞米控等国际、技术成熟的IGBT模组，性能稳定、质量可靠;如为纯进口产品，请提供进口产品相关;
(6)采用“光纤环网”技术，同步性好、响应时间快、补偿率高;
(7)取得国家检验机构颁发的带有CMA,CAL,ilac-MRA,CNAS等认证的型式试验报和欧洲机构颁发的CE。
(8)有源滤波器需原厂生产，提供实用新型的知识产品，不接受贴牌产品，厂家有自己研发中心和生产工厂及生产线，可供考察，如有偏差，取消投标。有源滤波器生产商需提供至少有不少于100万的业绩合同两个，提供200万以上合同至少一个。
(9)控制算法：同时支持快速傅里叶(FFT)和瞬时无功两种算法。闭环谐振控制算法，针对性强，控制精度高;
(10)有源电力滤波器同时支持谐波补偿、无功补偿及三相不平衡补偿三种功能;
(11)滤波器在滤波的同时须避免过补偿，即有源滤波器可以做到只滤波而不产生无功功率，完全避免过补偿，也可以通过设定目标功率因数，将滤波后剩余的能量用于无功补偿。当系统负载的谐波量大于滤波器补偿能力时，滤波器仍应根据本体容量输出额定电流，继续滤波，不发生超载或导致设备损坏而退出运行。
(12)有源滤波器自身的高频载波不能回馈到电网，对其它系统和设备没有干扰。
(13)有源电力滤波器具有稳定性保护功能，当系统处于不稳定状态时，设备能自动与系统脱开;有源电力滤波器具备快速、完全的故障自检功能，同时自动采取相对应的操作;具备完整的保护功能，包括电网过欠压、电网错缺相、IGBT异常、频率异常、装置过流、装置过温、直流母线过欠压、过载自动限流等保护，确保装置安全无故障运行。
地方规定摘录
《上海轨道交通无功补偿及谐波支路意见》
2007年4月上海申通地铁集团有限公司发布的《上海轨道交通无功补偿及谐波支路意见》中明确指出，设计方案中“取消传统的无功补偿设计方案”，“新建线路的设计中应统一采用：串接电抗器的无功补偿装置(失谐无功补偿装置)与有源滤波器并联使用的设计方案”。
有源滤波器工作原理
基本原理：从补偿对象中检测出谐波电流的频谱和幅值，由补偿装置产生一个与该谐波电流等幅、反相的补偿电流， 以抵消原系统中谐波源所产生的谐波，从而使电网电流只含有基波分量。其核心部分是谐波电流发生器与数字控制系统，其工作靠数字信号处理(DSP)技术控制快速绝缘双极晶体管(IGBT)来完成。
步：测量谐波源侧谐波电流
第二步：向电网注入反相等幅谐波电流
第三步：谐波电流被抵消，电源只提供基波电流
电能质量产品总结
1. ANSVC系列无功功率补偿装置采用 电容器串联电抗器方案，可避免谐振现象，无功补偿性能;
2. ANAPF系列有源电力滤波器可根据负载分布差异和客户需达到的个性化治理效果选择合适治理方式，主要有集中治理、就地治理和局部治理;
3. ANSVG系列无功谐波混合补偿装置将ANSVC的经济性和ANAPF的结合，适合多个应用场合;
4. ANHF系列谐波滤波器可与变频器、UPS、感应加热设备配套使用，串联在谐波治理支路，可从谐波源处滤除谐波，治理效果;
5. ANHPD300系列谐波保护器针对、工生产制造业等行业的仪器\生产设备、PLC工控系统等谐波敏感设备，滤除高次谐波，设备安全可靠运行;
6. ANCIR系列输入电抗器可减少变频器或整流设备产生的电流谐波失真，降低高次谐波;
7. 电能质量监测与治理系统借助于网络电力仪表(如APMD系列、ACR系列)和计算机网络通信技术，建立一个既可以电能状况又可以实现前端设备远程控制的后台。
