1、項目背景
某國際購物中心建築中空調機組龐大、通風設備、照明和電梯設備眾多，這些設備的變頻機構、控制部件以及計算機系統設備都是典型的非線性負載，產生的諧波流入配電系統，汙染電網，不僅會對無功功率補償設備造成潛在影響還會影響各類電氣設備正常運行，降低系統效率，增加電力成本。諧波電流直接導致中性線嚴重過載、會使電纜、變壓器的溫度升高，引起電容超溫，甚至爆炸。降低其它電氣設備的使用壽命，對配電系統安全可靠運行有著重大影響。
為了有效治理諧波，在D區4#變壓器400V母線上加裝了有源濾波器(以下簡稱APF)。
2、項目概況
結合系統中的諧波含量，為系統配置了900A的有源濾波器。其中D區4#和D區5#變壓器分別配置了600A和300A的有源濾波器。
目前，在這種配置下，有源濾波器能夠發揮非常好的濾波作用，系統中的諧波得到很大程度的濾除。但是由於該變壓器下的負載屬於電壓源型負載，在APF補償時會造成負載諧波電流的放大，補償率越高放大效應會越嚴重，主要原因是該變壓器下的西門子430系列的變頻器輸入端都未安裝有輸入電抗器，而影響諧波放大效應的因素主要由：電壓變化率、並聯型APF的諧波補償率、系統阻抗以及交流側阻抗相關，在實際應用中最容易實現的為更改交流側阻抗和APF的補償率，但是改變APF的補償率會導致達不到最佳補償效果。所以最常用的方案是採用在變頻器交流側安裝輸入電抗器來增加交流側阻抗，本現場由於電壓畸變率非常高，且負載側諧波電流放大非常明顯，所以採用在變頻器前端安裝電抗率為4%的電抗器。
由於篇幅限制，在此僅對安裝點D區4#變壓器的治理效果進行分析。安裝點為D區4#變壓器低壓側總進線，設備在現場的安裝照片如圖1所示。有源電力濾波櫃櫃體尺寸僅為600mm*1000mm*2200mm（W*D*H）,濾波櫃中放置4個150A模塊，總安裝容量為600A。
此係統電流畸變率高達40%左右，大量的諧波電流作用在系統阻抗之上，使得變頻器輸入側也發生了8.7%左右的畸變。這一數值已經遠遠超過國標中對於400V系統諧波電壓畸變率不能超過5%的要求(GB/T14549-93)。
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經過有源濾波器有效濾波之後，系統電流畸變率降到4%以內，諧波電流得到消除之後也使得系統的電壓畸變率降低為2.5%左右。
3、數據分析
濾波前的電流波形如下圖1所示。電流畸變率分別為：41.6%(A)、44.3%(B)、40%(C)，從圖中可以看出，系統電流波形已經完全偏離正弦波，表現為雙頭波形式。
APF投入後的系統電流波形如圖2和圖3所示。
a)圖2為未安裝輸入電抗器的補償效果；
b)圖3為安裝輸入電抗器之後的補償效果；
安裝輸入電抗器之後的電壓畸變率系統電流波形如圖4-6所示。
a)圖4為未安裝輸入電抗器的補償效果；
b)圖5為APF關閉時的電抗器輸入端；
c)圖6為APF開啟時的電抗器輸入端；
圖1 負載側電流畸變率（未補償）
圖2 電網側電流畸變率（未加電抗補償後）
圖3 電網側電流畸變率（加電抗補償後）
圖4 變頻器輸入側（未加電抗）
圖5 電抗器輸入側（APF關閉）
圖6 電抗器輸入側（APF開啟）
從圖中可以看出：
經加電抗且APF濾波之後，系統電流波形接近平滑的正弦波，各相電流畸變率分別降為3.6%、3.8%、3.7%。相比變頻器前端無電抗器的補償效果7.8%、9.2%、7.6%的補償效果，明顯得到更好的治理。
變頻器前端的電壓畸變率經輸入電抗器之後，得到了很好的抑制，各相的電壓畸變率分別降為5.7%、5.3%、5.7%。相比變頻器前端無電抗器系8.3%、8.4%、8.7%的效果，明顯得到更好的治理。另外，APF開啟後電壓畸變率得到進一步降低，全部達到3%以下。
經過APF濾波之後系統電壓、電流質量均有很大的提升。為了更詳細的看到APF的濾波效果，我們可以參考系統濾波前後的電流頻譜圖，如圖7-10所示。APF開啟後，系統中主要5次、7次、11次、13次、17次、19次諧波含量明顯減小，高次諧波也都有很好的濾波效果。
圖7 濾波前電流頻譜圖（5次）
圖8 濾波後電流頻譜圖（5次）
圖9 濾波前電流頻譜圖（7次）
圖10 濾波後電流頻譜圖（7次）
4、效果總結
(1).該商業綜合體的電壓畸變非常嚴重，THDu已經達到了8%之大，遠遠超出了GB/T14549-93中低於5%的要求。而當有源濾波器開啟後，對電壓畸變治理的作用非常顯著，該變壓器二次側諧波電壓畸變均大大降低，而且均低於國標的要求。THDu最大值從8.3%降低到了2.5%。
(2).該商業綜合體嚴重的電流畸變也得到了很好的治理，治理效果尤其明顯，其中:電流畸變率THDi從41.6%下降到3.6%。5次和7次諧波電流分別有濾波前的420.1A和179.6A下降到濾波後的24.7A和15.7A使得各次諧波電流都得到很好濾除，電流波形恢復正弦波。
(3).該臺變壓器所帶的負載為：冷卻泵、冷水泵、溶液泵，所有泵都安裝有西門子430系列變頻器，且變頻器前端都未安裝有輸入電抗器，變頻器使用了6脈動整流的方式，所以5次、7次、11次、13次等諧波含量都特別大。當有源濾波器開啟後，電能質量提升作用明顯，給各泵類負載提供了一個很好的用電環境。
(4).採用改變交流側阻抗的方法可以很好的改善電壓源型負載導致APF補償效果不佳的影響。且也是容易實現和節省成本的一種方式。
總體來看，安裝了APF後，該變壓器的電能質量情況均滿足了GB/T14549-93中對THDU和THDI的要求。由於各變壓器下的泵在運行過程中產生大量的諧波電流，對變壓器下的負載正常運行帶來相當大的危害，當APF開啟後，提升了電能質量，滿足了配電系統的要求，有效地改善了該商業綜合體電網電源的質量。同時，這也是一次採用改變系統阻抗方式解決APF治理電壓源型諧波源負載側諧波放大問題的成功案例，對其他工程實踐具有借鑑意義。
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