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江蘇安科瑞電器制造有限公司生產(chǎn)基地

主要產(chǎn)品有智能電力監控儀表,智能馬達控制器、電量傳感器、導軌式安裝電表、火災...

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有源電力濾波器
發(fā)布時(shí)間:2014-09-22        瀏覽次數:261        返回列表
安科瑞 陳靜燕
江蘇安科瑞制造有限公司 江蘇江陰214405
1 電能質(zhì)量與諧波
1.1 諧波的產(chǎn)生
隨著(zhù)電力電子變流裝置的應用日益廣泛,電能得到了更加充分的利用。但非線(xiàn)性電力設備的廣泛應用產(chǎn)生了大量畸變的電流諧波,畸變電流在電網(wǎng)中的流動(dòng)導致了諧波電壓;諧波污染越來(lái)越多地威脅到電力系統安全、穩定、經(jīng)濟運行,給同一網(wǎng)絡(luò )的線(xiàn)性負載和其它用戶(hù)帶來(lái)了極大影響。諧波已與電磁干擾、功率因數降低并列為電力系統的三大公害。所以了解諧波產(chǎn)生的原理、研究消除供配電系統中的高次諧波問(wèn)題對改善供電質(zhì)量和確保電力系統安全經(jīng)濟運行有著(zhù)非常積極的意義。諧波測量是諧波問(wèn)題中的一個(gè)重要分支,對抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問(wèn)題有著(zhù)重要的指導作用。因此對諧波的測量和分析是電力系統分析和控制中的一項重要工作,是繼電保護、故障測量等工作開(kāi)展的重要前提。
主要諧波產(chǎn)生源如下表:
表1-1諧波產(chǎn)生源
1.2 諧波的危害
1.2.1使電力元件附加損耗加大,易引發(fā)火災。
諧波使公用電網(wǎng)中的元件產(chǎn)生附加的損耗,降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過(guò)中線(xiàn)會(huì )使線(xiàn)路過(guò)熱,甚至引起火災。
1.2.2影響電氣設備的正常運行。
諧波會(huì )影響電氣設備的正常工作,使電機產(chǎn)生機械振動(dòng)和噪聲等;使變壓器局部嚴重過(guò)熱;使電容器、電纜等設備過(guò)熱、絕緣老化、壽命縮短,以致?lián)p壞。
1.2.3引起電網(wǎng)諧振。
這種諧振可能使諧波電流放大幾倍甚至數十倍,會(huì )對系統,特別是對電容器和與之串聯(lián)的電抗器形成很大的威脅,經(jīng)常使電容器和電抗器燒毀。
1.2.4使繼電保護誤動(dòng)作,電氣測量誤差過(guò)大。
諧波會(huì )導致繼電保護,特別是微機綜合保護器與自動(dòng)裝置誤動(dòng)作,造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失。諧波還會(huì )使電氣測量?jì)x表計量不準確,產(chǎn)生計量誤差,給用電管理部門(mén)或電力用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟損失。
1.2.5使工控系統崩潰。
臨近的諧波源或較高次諧波會(huì )對通信及信息處理設備產(chǎn)生干擾,輕則產(chǎn)生噪聲、降低通信質(zhì)量、計算機無(wú)法正常工作,重則導致信息丟失,使工控系統崩潰。
1.3 諧波治理依據的國家標準
GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量:公用電網(wǎng)諧波》
GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量:三相電壓允許不平衡度》
GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量:供電電壓允許偏差》
GB/T12326-2008 《電能質(zhì)量:電壓波動(dòng)和閃變》
GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量:暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》
GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量:電力系統頻率允許偏差》GB7625.1-2012 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值》
GB/T15576-2008 《低壓成套無(wú)功功率補償裝置》
2 有源電力濾波器
2.1 型號說(shuō)明
2.2 產(chǎn)品外形尺寸 (單位:mm)
   圖2-1 ANAPF有源電力濾波器外形圖(客戶(hù)可定制)
(a)立柜式 (b)立柜式 (c)抽屜式
圖2-2 ANAPF有源電力濾波器外形尺寸圖
2.3 工作原理
ANAPF系列有源電力濾波器,以并聯(lián)方式接入電網(wǎng),通過(guò)實(shí)時(shí)檢測負載的諧波和無(wú)功分量,采用PWM變流技術(shù),從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當前諧波分量和無(wú)功分量對應的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統,從而實(shí)現諧波治理和無(wú)功補償,如圖2-3所示:
  圖2-3 ANAPF有源電力濾波器原理圖
2.4 主要技術(shù)特點(diǎn)
· DSP+FPGA全數字控制方式,具有極快的響應時(shí)間;
· 先進(jìn)的主電路拓撲和控制算法,精度更高、運行更穩定;
· 一機多能,既可補諧波,又可兼補無(wú)功;
· 模塊化設計,便于生產(chǎn)調試;
· 便利的并聯(lián)設計,方便擴容;
· 具有完善的橋臂過(guò)流保護功能;
· 使用方便,易于操作和維護。
2.5 技術(shù)參數
表2-1ANAPF有源電力濾波器技術(shù)參數
2.6治理方案
2.6.1 集中治理
適用于單臺設備諧波含量小,但數量龐大、布局分散的場(chǎng)合,比如辦公大樓(個(gè)人電腦、節能燈、變頻空調、電梯等),雖然單臺設備的電流小,諧波含量低,但整棟大樓的電流大,諧波電流也大,如圖2-4所示:
圖2-4 集中治理
2.6.2 局部治理
適用于諧波源集中在某一條或幾條饋出支路的配電系統,比如醫院的精密儀器、UPS電源等,雖然單臺設備的電流小,諧波含量低,但為防止其他設備產(chǎn)生的諧波對其干擾,采用局部諧波補償,如圖2-5所示:
圖2-5 局部治理
2.6.3 就地治理
適用于諧波源比較明確且單臺設備諧波含量較大的配電系統,比如大型商業(yè)區的景觀(guān)照明、影劇院的可控硅調光設備、工業(yè)區的變頻器調速設備等,單臺設備電流大、諧波含量高、諧波電流大,為防止諧波電流影響其他用電設備,采用就地治理,如圖2-6所示:
圖2-6 就地治理
2.7 ANAPF有源電力濾波器選型
表2-2 ANAPF有源電力濾波器選型一覽表
2.8ANAPF有源濾波器選型流程
圖2-7 ANAPF有源電力濾波器選型流程
2.9 安裝技術(shù)要求
2.9.1 布置要求
ANAPF有源電力濾波器一般為標準柜式和抽屜式結構,立柜式濾波器安裝時(shí)應避免倒置或平放,抽屜式濾波器安裝時(shí)只可平放,外形尺寸由所選諧波補償電流值決定,平面布置形式一般由諧波電流補償點(diǎn)位置決定。其平面布置要求如下:
1)離墻安裝:正常情況下建議與低壓開(kāi)關(guān)柜并列離墻布置,正面操作,雙面維護,50A和100A濾波器背面維護通道不小于600mm,150A和200A濾波器背面維護通道不小于800mm。
2)靠墻安裝:ANAPF也可靠墻布置,正面操作,正面維護。
3)電氣設計人員在考慮系統接線(xiàn)及平面布置時(shí)應注意將ANAPF的補償接入點(diǎn)盡量靠近補償對象,在末端預留空間供設計安裝,CT采樣處下游不能包含容性負荷。平面布置示意如下圖:
4)ANAPF所有正常情況下不帶電的金屬外殼均應根據設計要求的接地制式(TN-S、TN-C-S、TT等)嚴格做好相應的保護接零或保護接地。
圖2-8 變電所平面布置圖
2.9.2 互感器的安裝
1)互感器的P1端指向電網(wǎng),P2端指向負載。
2)互感器與ANAPF的接線(xiàn)如圖2-9所示:
3)注意互感器的進(jìn)出線(xiàn)要一致且方向正確。
4)安裝電纜規格如下表2-3:
圖2-9 ANAPF有源電力濾波器接線(xiàn)圖
表2-3 安裝電纜與CT采樣線(xiàn)截面積
2.10 主要應用范圍及場(chǎng)合
1)機場(chǎng):主控室、計算機房、廣播系統、EIB燈光調光系統等。
2)醫院:ICU(重癥監護室)、MRI(磁共振成像)、手術(shù)室、醫學(xué)成像室、放療科等。
3)劇場(chǎng)、體育館:解決由于諧波造成的EIB調光設備及其它控制設備的損壞。
4)學(xué)校:精密實(shí)驗室、機房、網(wǎng)絡(luò )中心等。
5)研究所:精密儀器、機房、高精密設備集中區域等。
6)大型商場(chǎng):解決由于節能燈大量應用造成的諧波問(wèn)題。
7)銀行:計算機中心、營(yíng)業(yè)部計算機、安防系統等。
8)稅務(wù)、工商:大型計算機中心等。
9)電信機房:移動(dòng)基站
10)工廠(chǎng):生產(chǎn)線(xiàn)的PLC、計算機控制設備、高精度機床、PCS系統、計量/稱(chēng)重系統等。
11)電視臺:圖像設備、調光設備、計算機等。
3 有源電力濾波功能模塊介紹
3.1 人機操作界面APF-HMI
HMI是我司針對電力系統、工礦企業(yè)、公用設施、智能大廈的電力監控需求而設計的一種智能儀表,它采用彩色觸摸屏以實(shí)現參數設置和控制,集成全部電力參數的測量、全面的電能計量和考核管理、多種電力質(zhì)量參數的分析,基本參數見(jiàn)表3-1.
表3-1 人機界面基本參數表
  ANAPF在工作時(shí),系統可以監測其網(wǎng)側電流、ANAPF橋臂電流以及負載側電流,用戶(hù)可以通過(guò)HMI來(lái)對ANAPF的運行模式進(jìn)行設置,對于運行中出現的問(wèn)題,可以產(chǎn)生對應的事件記錄,人機界面的操作、顯示功能如表3-2所示:

表3-2 人機界面操作、顯示功能表
3.2 控制器模塊
APF控制器主要由:DSP(數字信號處理器)、FPGA邏輯器件、AD信號采樣電路、DI/DO輸入輸出控制電路、PWM波形控制電路、RS485通訊電路等組成,主要用來(lái)完成電壓、電流等信號的采集和處理、指令電流的計算、開(kāi)關(guān)電路的生成、PWM信號的輸出、系統對外通訊與系統保護等功能??刂葡到y是有源電力濾波器的核心,它決定了有源電力濾波器系統的主要性能和指標。
3.2.1 命名規則
3.2.2 技術(shù)參數
表3-3 控制器技術(shù)參數
3.3 變流器模塊
APF變流器的核心是儲能電容和IGBT模塊。變流器的作用主要是將電網(wǎng)的電壓經(jīng)IGBT功率模塊整流后為儲能電容充電,使母線(xiàn)電壓維持在某個(gè)穩定的值,在這個(gè)過(guò)程中變流器主要工作在整流狀態(tài),當主電路產(chǎn)生補償電流時(shí),變流器又工作在逆變狀態(tài)??紤]到產(chǎn)品是在電網(wǎng)中長(cháng)時(shí)間運行的,因此直流支撐電容采用薄膜電容,功率模塊采用德國原裝產(chǎn)品,以確保整機質(zhì)量。變流器的選擇根據補償電流的大小而有所不同。
3.3.1 命名規則
3.3.2 變流器外形
圖3-1 APF變流器模塊
3.4 電抗器模塊
APF電抗器起濾波作用,濾除ANAPF發(fā)出的電網(wǎng)不需要的諧波。電抗器可分為單相、三相和一體式,電流從50A到200A等多種規格。


3.4.1 命名規則
3.4.2 電抗器外形
圖3-2 APF電抗器模塊
表3-4 電抗器外形尺寸一覽表
3.4.3 產(chǎn)品特點(diǎn)
· 鐵芯采用優(yōu)質(zhì)低損耗硅鋼片;
· 線(xiàn)圈采用銅箔或鋁箔繞制;
· 絕緣采用H級,使用壽命更長(cháng),安全系數更高;
· 輸出電流范圍寬:?jiǎn)闻_可從15A到200A。
3.5 電流采樣互感器


3.5.1 型號說(shuō)明
3.5.2 規格尺寸
圖3-3互感器外形尺寸
表3-5 互感器外形尺寸選型
3.5.3 規格參數對照表
4 應用案例
4.1

4.2
附錄
諧波電流估算與有源濾波裝置選型
  諧波是由非線(xiàn)性設備產(chǎn)生的,而每種設備的實(shí)際工作狀態(tài)都不同。因此實(shí)際諧波電流需采用專(zhuān)門(mén)設備進(jìn)行測量,考慮到設備的技術(shù)及經(jīng)濟性,設計諧波治理裝置的額定諧波補償電流應略大于系統諧波電流。由于諧波電流本身的測量與計算比較復雜,況且在設計時(shí)往往很難采集到足夠的電氣設備使用中的諧波數據,可以根據下列公式估算諧波電流進(jìn)行選型。
1 根據負載額定電流和行業(yè)類(lèi)型選型
2 根據變壓器容量和行業(yè)類(lèi)型選型
3 根據快速選型表查表選型
查表步驟:
· 確定變壓器容量;
· 確定變壓器負載率(一般在0.6~0.8);
· 確定總諧波畸變率(THDi),表1中THDi值為參考值,僅在估算諧波電流時(shí)使用;
· 根據變壓器負載率大小確定表4、表5或表6;
· 根據變壓器容量及THDi參考值確定相應的諧波電流值;
· 考慮到一定的裕量,選擇相應容量的ANAPF有源電力濾波器。
注意:
1.本公司三相三線(xiàn)產(chǎn)品,根據電流等級的不同可分為:50A、100A、150A、200A、250A、300A
2.本公司三相四線(xiàn)產(chǎn)品,根據電流等級的不同可分為:50A、100A、150A、200A、250A、300A
表4、5、6適用于集中治理方案的諧波電流值查詢(xún)。
國標GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規定的公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值見(jiàn)下表:
表1 公用電網(wǎng)諧波電壓(相電壓)限值
表2 注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值
表3 不同行業(yè)THDi參考值
表4 變壓器負載率為0.6時(shí)的諧波電流值


表5 變壓器負載率為0.7時(shí)的諧波電流值






表6 變壓器負載率為0.8時(shí)的諧波電流值
ANAPF有源電力濾波器選型卡

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