安科瑞 王長幸

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摘要：針對已經投入使用的大型商業廣場低壓配電系統N線電流異常情況進行評估總結。結合理論和實測數據分析產生異常的原因，以及帶來的危害敘述，并給出解決問題的方法和建議方案。

關鍵詞：三相不平衡；N線電流；三次諧波；有源濾波

0 、引言

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

這兩大類的非線性負載都會在相線中帶來大量的諧波污染，其中單相非線性負載的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，甚至會帶來火災風險。

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致電流過大。

非線性設備中產生的電流可以采用傅里葉級數分解來描述各次諧波，其中單相整流回路產生的電流經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載產生，由于3次諧波屬于零序諧波，在三相電網中，各相的相位差為120°，這正好是3次諧波電流的周期，每相負載內的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，實際上在用戶現場可以實測到上述波形，數據測量如下：

       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 測量統計數據

根據表1數據統計，發現N線電流過大，已經達到相線電流一半，主要成份就是三次諧波，含量高達442A，A相、B相、C相電流里三次諧波分量分別是158A、143A、165A，可明顯發現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，且諧波發熱量比基波電流大很多，引發N線對地電壓大，給主要負載用電帶來**隱患，甚至給客戶帶來巨大的經濟損失，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，由于此次治理目標為中性線3次諧波，**，傳統的無源濾波技術針對三次諧波過濾難度較大，成本高，效果難以保證；**，無源濾波支路沒有可靠的限幅保護，容易出現過載損壞補償支路的現象；第三，無源濾波支路投入會受到功率因數的影響，所以成本會高；第四，存在諧振放大諧波的隱患；第五，諧波補償次數較單一等上述缺陷導致無源濾波技術適用性降低，越來越不被大量采用。

根據上述分析，該場合推薦采用APF有源電力濾波器，可避免上述缺陷，能夠實時監測負載電流，通過分析負載電流各次諧波成分，發出與之方向相反、幅值相同的補償電流與之抵消，不受系統阻抗影響、諧波治理頻次多（不僅**于3次）、改造方案靈活適用性強，可有效達到消除諧波、凈化電網的目的。

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在電網上，負載電流通過電流互感器采集到ANAPF的控制系統中，通過實時檢測電路將負載電流中的諧波分量和基波無功分量分離出來，經控制系統快速運算，采用PWM新技術控制IGBT的觸發，通過由大容量IGBT管組成的三相并聯變流器向系統注入補償電流，該補償電流與負載電流中的諧波電流大小相等、方向相反，互相抵消，實現濾除諧波的功能，保證*終流入系統電流是正弦波。

圖8    ANAPF有源電力濾波器原理圖

4.2技術參數

表2    ANAPF有源電力濾波器技術參數

5、總結

通過上述分析可發現，APF可以在此工況下精準、徹底地解決諧波問題，為客戶提供一個更加**、更加穩定的供電系統，避免有諧波引起的電氣**事故。該案例為商業廣場能質量問題提供了一個典型的分析解決方案，給同行同類電能質量問題帶來很高的參考價值。

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