有源濾波器 無(wú)功補(bǔ)償及濾波裝置

　　1、有源濾波器概述

　　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(kāi)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(guò)中線會(huì)使線路過(guò)熱，甚至引起火災(zāi)。

　　（2）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(guò)熱；使電容器、電纜等設(shè)備過(guò)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(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

　　（5）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(wú)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

　　（1）使諧波指標(biāo)滿足家標(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)穩(wěn)定運(yùn)行；

　　（4）避免諧波過(guò)電壓和諧波過(guò)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(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)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(wú)功功率補(bǔ)償裝置》

　　2、有源濾波器產(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：通過(guò)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(guò)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?、運(yùn)行更穩(wěn)定；

　　（2）機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功，可對(duì)2～31次諧波進(jìn)行全補(bǔ)償或特定次諧波進(jìn)行補(bǔ)償；

　?。?）具有完善的橋臂過(guò)流保護(hù)、直流過(guò)壓保護(hù)、裝置過(guò)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)；

　?。?）擁有技術(shù)。

　　3.1.3  根據(jù)快速選型表查表選型

　　查表步驟：

　　步驟1：確定變壓器容量和變壓器負(fù)載率（般在0.6~0.8）；

　　步驟2：根據(jù)變壓器負(fù)載率確定表2、表3或表4；

　　步驟3：確定電流總諧波畸變率（THDi）（表1中THDi值為參考值，僅在估算諧波電流時(shí)使用）；

　　步驟4：根據(jù)變壓器容量及THDi參考值確定相應(yīng)的諧波電流值；

　　步驟5：考慮到定的裕量，選擇相應(yīng)容量的ANAPF有源電力濾波器。

　　▲ 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)、行車和些辦公設(shè)備，門機(jī)在運(yùn)行時(shí)需要大量無(wú)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(wú)功罰款；傳統(tǒng)的純?nèi)轃o(wú)功補(bǔ)償裝置已經(jīng)不能解決這些電能質(zhì)量問(wèn)題，不及時(shí)治理，甚至?xí)?duì)無(wú)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(wú)功功率補(bǔ)償和諧波治理綜合方案可兼顧無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理功能，該方案利用現(xiàn)有無(wú)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，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)：

　　4.5  ANAPF在商業(yè)的應(yīng)用

　　▲ 項(xiàng)目背景：

　　無(wú)錫恒隆廣場(chǎng)屬于大型商業(yè)建筑，主要負(fù)載是空調(diào)、電梯和照明設(shè)備等，由于變頻器高效的節(jié)能性，使用大量變頻器驅(qū)動(dòng)這些設(shè)備，但同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量3次、5次、7次等諧波電流。諧波電流在線路上流動(dòng)產(chǎn)生壓降，使得電壓也跟著畸變，電壓畸變率超過(guò)標(biāo)限值，供電質(zhì)量相當(dāng)糟糕，影響其他用電設(shè)備的正常使用，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)燈具閃爍的現(xiàn)象。

　　▲ 治理方案：

　　無(wú)錫恒隆廣場(chǎng)該配電系統(tǒng)中共有2臺(tái)2000KVA的變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線側(cè)加裝400A的ANAPF系列有源電力濾波器，使用2臺(tái)200A并機(jī)實(shí)現(xiàn)，型號(hào)為：ANPF200-380/BGL。

　　▲ 治理效果：

圖4-9治理前電流波形

圖4-10治理后電流波形

    從圖4-9和圖4-10可看出，治理前電流波形發(fā)生畸變，出現(xiàn)多出鋸齒狀；治理后電流波形明顯得到改善，趨向標(biāo)準(zhǔn)正弦波，電能質(zhì)量達(dá)到很大提高，給用電帶來(lái)保障。

▲ 現(xiàn)場(chǎng)安裝：

4.6  ANAPF在其它行業(yè)的應(yīng)用

    軌道交通

    城市軌道交通存在大量熒光燈、UPS電源、變頻器及軟啟動(dòng)裝置，均會(huì)產(chǎn)生大量諧波，使得電力系統(tǒng)正弦波畸變，電能質(zhì)量降低。諧波進(jìn)行綜合治理，給交通、順暢帶來(lái)保障。

    類似行業(yè)案例：、山東日照機(jī)場(chǎng)、南海三沙市機(jī)場(chǎng)、吉林站西廣場(chǎng)交通樞紐等。

    醫(yī)院

    醫(yī)院行業(yè)主要是核磁共振機(jī)、CT機(jī)等設(shè)備會(huì)產(chǎn)生大量諧波，大量先進(jìn)設(shè)備對(duì)供電電源的諧波質(zhì)量要求非常高，如果不進(jìn)行治理，很可能造成檢測(cè)數(shù)據(jù)誤差大，設(shè)備之間干擾不能正常工作，造成嚴(yán)重的事故。諧波治理后，降低了用電隱患。

    類似行業(yè)案例：陜西榆林*人民醫(yī)院、上海第二康復(fù)醫(yī)院、滁州市第二人民醫(yī)院、安徽六安第六人民醫(yī)院等。

    冶金

    冶金行業(yè)中大量使用了電弧爐、加熱爐、軋機(jī)等，這些負(fù)載不僅容量大，而且大部分為感性負(fù)荷，在不使用無(wú)功補(bǔ)償裝置的情況下，功率因數(shù)極低，且產(chǎn)生大量畸變的諧波，嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的運(yùn)行和電氣設(shè)備經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

    類似行業(yè)案例：江蘇省鑌鑫特鋼材材料有限公司、宇東能源化工基地等。

    體育館、演播廳

    體育館、演播這類場(chǎng)所，主要就是大量舞臺(tái)燈光、LED屏幕、高桿燈等設(shè)備產(chǎn)生諧波。使得電能質(zhì)量變差，及時(shí)進(jìn)行諧波治理可保障設(shè)備本身的使用效果，給用電帶來(lái)保障。

    類似行業(yè)案例：蘇州澹臺(tái)湖會(huì)議、廣州文化宮、武漢市教育電視臺(tái)演播廳、岳陽(yáng)市奧體及游泳館等。