AN-APF100A電力系統(tǒng)有源濾波器 有源電力濾波柜 并聯(lián)有源濾波裝置

1、概述

1.1 諧波的產(chǎn)生

電力系統(tǒng)中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz的正弦波，但是非線性電力設(shè)備 (大功率可控硅、變頻器、UPS、開關(guān)電源、中頻爐等)的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產(chǎn)生諧波電壓。對(duì)非正弦的畸變電流作傅立葉級(jí)數(shù)分解，其中頻率與工頻相同的分量為基波，頻率是基波頻率整數(shù)倍的分量為諧波。諧波是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。

1.2 諧波的危害

● 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(shè)備的效率。大量三次諧波流過中線會(huì)使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。

● 諧波會(huì)影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)和噪聲等;使變壓器局部嚴(yán)重過熱;使電容器、電纜等設(shè)備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致?lián)p壞。

● 引起電網(wǎng)諧振，使得諧波電流放大幾倍甚至數(shù)十倍，會(huì)對(duì)系統(tǒng)，特別是對(duì)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。

● 諧波會(huì)導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)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(cè)量?jī)x表計(jì)量不準(zhǔn)確，產(chǎn)生計(jì)量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。

● 臨近的諧波源或較高次諧波會(huì)對(duì)通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲、降低通信質(zhì)量、計(jì)算機(jī)無法正常工作，重則導(dǎo)致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

1.3 有源電力濾波器產(chǎn)品效益

● 使諧波指標(biāo)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，避免供電部門罰款或中斷供電;

● 降低變壓器損耗;

● 減少諧波污染，降低諧波對(duì)自動(dòng)控制裝置、電能計(jì)量裝置、繼電保護(hù)裝置的干擾，保證供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行;

● 避免諧波過電壓和諧波過電流對(duì)電氣設(shè)備的危害，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命;

● 節(jié)能降耗，提高功率因數(shù)，節(jié)約電費(fèi)，避免罰款。

1.4 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

GB/T15543-2008 《電能質(zhì)量：三相電壓不平衡度》

GB/T12325-2008 《電能質(zhì)量：供電電壓偏差》

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)過電壓和瞬態(tài)過電壓》

GB/T15945-2008 《電能質(zhì)量：電力系統(tǒng)頻率偏差》

GB17625.1-2012 《電磁兼容 限值 諧波電流發(fā)射限值》

GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補(bǔ)償裝置》

2、產(chǎn)品介紹

2.1 工作原理

ANAPF系列有源電力濾波器并聯(lián)在含諧波負(fù)載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠?qū)?dòng)態(tài)變化的諧波電流進(jìn)行快速實(shí)時(shí)的跟蹤和補(bǔ)償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計(jì)算并提取各次諧波電流的含量，產(chǎn)生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產(chǎn)生與諧波電流幅值相等方向相反的補(bǔ)償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

圖2-1 ANAPF有源電力濾波器原理圖

2.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

● DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時(shí)間，先進(jìn)的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀摺⑦\(yùn)行更穩(wěn)定;

● 一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功，可對(duì)2～31次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或指定特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償;

● 具有完善的橋臂過流保護(hù)、直流過壓保護(hù)、裝置過溫保護(hù)功能;

● 模塊化設(shè)計(jì)，體積小，安裝便利，方便擴(kuò)容;

● 采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，使用方便，易于操作和維護(hù);

● 輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對(duì)電力系統(tǒng)的影響;

● 多機(jī)并聯(lián)，達(dá)到較高的電流輸出等級(jí);

● 擁有自主專利技術(shù)。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)

表2-1 ANAPF有源電力濾波器技術(shù)參數(shù)

2.4 產(chǎn)品型號(hào)及說明

3、產(chǎn)品應(yīng)用

3.3 治理方式分類與說明

電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與治理系統(tǒng)針對(duì)不同的場(chǎng)合可選擇不同的治理方案，一般有集中治理、局部治理和就地治理三種技術(shù)方案。

(一)集中治理

集中治理上圖示例

本案例是在變電所低壓電容柜中設(shè)置無功補(bǔ)償，同時(shí)在配電前端設(shè)置有源電力濾波器，采用集中治理的方式抑制諧波。

集中治理適用于單臺(tái)設(shè)備諧波含量小，但數(shù)量龐大、布局分散的場(chǎng)合，比如辦公大樓(個(gè)人電腦、節(jié)能燈、變頻空調(diào)、電梯等)，雖然單臺(tái)設(shè)備的電流小，諧波含量低，但整棟大樓的總電流大，總諧波電流也大。

(二)局部治理

局部治理上圖示例

本案例是在變電所低壓電容柜中設(shè)置無功補(bǔ)償，同時(shí)在局部諧波源前端設(shè)置有源電力濾波器，采用局部治理的方式抑制諧波。

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(tǒng)，比如醫(yī)院的精密儀器、UPS電源等，雖然單臺(tái)設(shè)備的電流小，諧波含量低，但為防止其他設(shè)備產(chǎn)生的諧波對(duì)其干擾，采用局部諧波治理。

(三)

就地治理上圖示例

本案例是在變電所低壓電容柜中設(shè)置無功補(bǔ)償，同時(shí)在主要諧波源的前端設(shè)置有源電力濾波器，采用就地治理方式的抑制諧波。

就地治理適用于諧波源比較明確且單臺(tái)設(shè)備諧波含量較大的配電系統(tǒng)，比如大型商業(yè)區(qū)的景觀照明、影劇院的可控硅調(diào)光設(shè)備、工業(yè)區(qū)的變頻器調(diào)速設(shè)備等，單臺(tái)設(shè)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(shè)備，采用就地治理。

4 應(yīng)用案例

4.1 ANAPF在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

常熟智慧城市是一個(gè)市民卡信息中心，其中包括大型數(shù)據(jù)機(jī)房，對(duì)電能質(zhì)量要求非常高;為了提高供電可靠度，采用大量的UPS作為設(shè)備電源，機(jī)房?jī)?nèi)還包含空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備等。此類電力電子設(shè)備皆屬于非線性負(fù)載，在使用過程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波并注入系統(tǒng)中，主要以5次、7次為主;如果不進(jìn)行諧波治理，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，也影響機(jī)房中其他敏感設(shè)備，比如導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，甚至癱瘓、中斷，降低了配電系統(tǒng)的安全性、可靠性。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產(chǎn)生，供電系統(tǒng)由2臺(tái)800kVA變壓器及其一臺(tái)800kW發(fā)電機(jī)組成，采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺(tái)150A并機(jī)實(shí)現(xiàn)，型號(hào)為ANAPF150-380/BGL，來自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，保證整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。

▲ 治理效果：

圖4-1治理之前A、B、C、N相電流波形和電流頻譜

由圖可以看出，治理前，N線電流較大，3次、5次、7次等諧波頻次含量較大;治理后，N線電流明顯降低、各次諧波電流得到有效抑制，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，消除了諧波對(duì)通信系統(tǒng)影響的危害，收到了良好的運(yùn)行效果。

▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：

圖4-2 安裝現(xiàn)場(chǎng)

4.2 ANAPF在辦公樓宇的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

珠海橫琴口岸項(xiàng)目是臨時(shí)邊檢大樓的新建項(xiàng)目，為邊檢部門電氣設(shè)備提供可靠電力支持，對(duì)電能質(zhì)量要求較高;用電設(shè)備主要是大功率UPS、LED顯示屏、空調(diào)、照明和報(bào)檢大廳動(dòng)力設(shè)備等，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，其諧波主要包括3、5、7、9次;不進(jìn)行合理治理，將對(duì)其他電氣設(shè)備產(chǎn)生危害，如：大量的3次諧波造成中線過熱甚至發(fā)生火災(zāi);大量諧波造成變壓器局部嚴(yán)重過熱;繼電保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作等。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產(chǎn)生，該項(xiàng)目有1#、2#兩個(gè)配電站，1#配電站有2臺(tái)800kVA的變壓器，2#配電站有2臺(tái)1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器，由于安裝空間有限，選擇我司壁掛式有源電力濾波器進(jìn)行嵌入式安裝，1#配電站中#1和#2變壓器下安裝型號(hào)均為ANAPF75-380/BBL，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺(tái)型號(hào)為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機(jī)使用，保障了整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

▲ 治理效果：

圖4-4治理之后電流波形和各次諧波電流畸變率

治理前電流波形發(fā)生畸變，三相電流畸變率分別為10.8%、11.1%、12.5%;在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波，各次諧波得到有效抑制，電流畸變率明顯降低，三相電流畸變率降至4.0%、4.1%、4.4%。

▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：

4.3 ANAPF在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

合肥日立建機(jī)是日立建機(jī)集團(tuán)在中國(guó)最大的生產(chǎn)基地，其主要負(fù)載是變頻器、電焊機(jī)和中頻爐等，這類負(fù)載屬于中污染設(shè)備，使用時(shí)電流變化很快，無功需求大，傳統(tǒng)無功柜跟不上負(fù)載變化速度，導(dǎo)致功率因數(shù)很低，造成無功罰款;同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量諧波流入電網(wǎng)中，諧波電流在線路上流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓降，使得電壓也畸變嚴(yán)重，致使一些精度高的生產(chǎn)設(shè)備不能正常運(yùn)行，影響公司的生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，給客戶帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

▲ 治理方案：

該項(xiàng)目共有6臺(tái)變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線側(cè)加裝ANAPF系列有源電力濾波器，型號(hào)為：ANPF200-380/BGL，既可補(bǔ)償諧波又可補(bǔ)償部分動(dòng)態(tài)無功。同時(shí)，建議在變頻器的進(jìn)線端加裝輸入電抗器，用來濾除部分變頻器諧波，以達(dá)到更好的治理效果。

▲ 治理效果：

由圖4-5和圖4-6可以看出，治理前，電流波形失真十分嚴(yán)重，三相電流畸變率分別為21.3%、25.0%、28.0%，主要以5次、7次、11次等符合6n±1次特性的諧波為主，功率因數(shù)約0.83左右，會(huì)造成無功罰款;加裝ANAPF系列有源電力濾波器后，電流波形已經(jīng)趨向正弦波，三相電流畸變率分別為2.6%、2.6%、2.6%，主要頻次諧波得到有效抑制，功率因數(shù)也都到很明顯的提高。此次諧波治理，電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯改善，有效地保護(hù)了生產(chǎn)線上設(shè)備的正常運(yùn)行。

▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：

4.4 ANAPF在港口碼頭的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

江陰港港口的主要諧波源是門機(jī)、行車和一些辦公設(shè)備，門機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要大量無功，且電流沖擊大，波動(dòng)很快，產(chǎn)生大量的諧波電流，功率因數(shù)很低，造成無功罰款;傳統(tǒng)的純?nèi)轃o功補(bǔ)償裝置已經(jīng)不能解決這些電能質(zhì)量問題，不及時(shí)治理，甚至?xí)?duì)無功柜產(chǎn)生危害，使得電容壽命降低，更換頻繁。

▲ 治理方案：

因現(xiàn)場(chǎng)非線性負(fù)載(經(jīng)檢測(cè)，主要為起重機(jī)回路)多，且具有地域分散，沖擊電流大的特點(diǎn)，易采用集中治理方式，在每個(gè)變電站進(jìn)行諧波治理。采用無功功率補(bǔ)償和諧波治理綜合方案可兼顧無功補(bǔ)償和諧波治理功能，該方案利用現(xiàn)有無功補(bǔ)償控制柜，減少用戶改造投入成本，將ANAPF系列有源電力濾波裝置并聯(lián)到配電系統(tǒng)中，一方面可有效抑制諧波放大，保護(hù)電容器，而裝置的檢修與日常維護(hù)只需從電網(wǎng)中切除，不影響現(xiàn)場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)。

▲ 治理效果：

由圖4-7和圖4-8可以看出，治理前，電流波形失真十分嚴(yán)重，呈現(xiàn)典型的M型，三相電流畸變率分別為18.3%、25.1%、32.5%，主要以5次、7次諧波為主;加裝ANAPF系列有源電力濾波器后，電流波形已經(jīng)趨向正弦波，三相電流畸變率分別為2.6%、2.6%、2.6%，主要頻次諧波得到有效抑制，電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯改善，有效地保護(hù)了其他電氣設(shè)備。

▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：