APF有源電力濾波裝置

1、概述

    隨著電力電子變流裝置的應(yīng)用日益廣泛，電能得到了更加充分的利用。但非線性電力裝置設(shè)備的廣泛應(yīng)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(dǎo)致了諧波電壓；諧波污染越來(lái)越多地威脅到電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，給同一網(wǎng)絡(luò)的線性負(fù)載和其它用戶帶來(lái)了*影響。諧波已與電磁干擾、功率因數(shù)降低并列為電力系統(tǒng)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(tǒng)中的高次諧波問(wèn)題對(duì)改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。諧波測(cè)量是諧波問(wèn)題中的一個(gè)重要分支，對(duì)抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問(wèn)題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對(duì)諧波的測(cè)量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項(xiàng)重要工作，是繼電保護(hù)、故障測(cè)量等工作開(kāi)展的重要前提。

主要諧波產(chǎn)生源如下表：

名     稱	所屬行業(yè)
變頻裝置	商業(yè)、市政、民用、公用事業(yè)、工礦企業(yè)等
UPS、開(kāi)關(guān)電源、逆變電源	公用事業(yè)、商業(yè)、電子、通信等
地鐵、輕軌、充電站（樁）	交通
單（多）晶硅生產(chǎn)設(shè)備、中頻爐	制造業(yè)
電弧爐、交流弧焊機(jī)、感應(yīng)加熱裝置	機(jī)械、能源、化工

1.1 諧波的危害

   使電力元件附加損耗加大，易引發(fā)火災(zāi)。

    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)。

   影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。

    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。

    這種諧振可能使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。

  使繼電保護(hù)誤動(dòng)作，電氣測(cè)量誤差過(guò)大。

    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。

  使工控系統(tǒng)崩潰。

    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。

1.2 諧波治理依據(jù)的國(guó)家標(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(tǒng)頻率允許偏差》

  GB7625.1-1998  《低壓電氣電子產(chǎn)品發(fā)出的諧波電流限值》

  GB/T15576-1995 《低壓無(wú)功功率靜態(tài)補(bǔ)償裝置總技術(shù)條件》

2、有源電力濾波裝置

2.1 型號(hào)說(shuō)明

2.2 工作原理

    ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)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(dāng)前諧波分量和無(wú)功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無(wú)功補(bǔ)償。

   原理如下圖：

2.3 主要技術(shù)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�，精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定；

   一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無(wú)功；

   模塊化設(shè)計(jì)，便于生產(chǎn)調(diào)試；

   便利的并聯(lián)設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)容；

   具有完善的橋臂過(guò)流、保護(hù)功能；

   使用方便，易于操作和維護(hù)。

2.4 技術(shù)參數(shù)

接線方式	三相三線或三相四線
接入電壓	3×400v +10%～-10%
接入頻率	50Hz±2%
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間	全響應(yīng)時(shí)間<20ms
開(kāi)關(guān)頻率	10kHz
功能設(shè)置	只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無(wú)功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無(wú)功；手動(dòng)、自動(dòng)切換。
諧波補(bǔ)償次數(shù)	2-21次
保護(hù)類型	直流過(guò)壓　IGBT過(guò)流　裝置溫度保護(hù)
過(guò)載保護(hù)	自動(dòng)限流在設(shè)定值，不發(fā)生過(guò)載
冷卻方式	智能風(fēng)冷
噪音	< 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài))
工作環(huán)境溫度	-10度～+45度
工作環(huán)境濕度	<85%RH不凝結(jié)
海拔高度	≤1000m（更高海拔需降容使用）
智能通訊接口	外加模塊
遠(yuǎn)程監(jiān)控	可選
進(jìn)出線方式	上進(jìn)下出
防護(hù)等級(jí)	IP20
外形尺寸(mm) (W×D×H)	30A	50A	75A	100A
	600×500×1500	600×500×1500	600×500×1800	800×600×2200
重量(kg)	三相四線		三相三線
	30A、50A	75A、100A	30A、50A	75A、100A
	280	360	240	290
說(shuō)明： 1、可以通過(guò)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定補(bǔ)償電流，或通過(guò)電力系統(tǒng)詳細(xì)信息（單線圖、變壓器、負(fù)荷情況等）計(jì)算出補(bǔ)償電流； 2、三線系統(tǒng)需配置2個(gè)或3個(gè)CT（用于A相和C相），四線系統(tǒng)需要配置3個(gè)CT（用于A相、B相和C相）。

2.5 濾波方案選擇框圖

2.6 安裝技術(shù)要求

2.6.1 布置要求

    ANAPF一般為標(biāo)準(zhǔn)柜式結(jié)構(gòu)，安裝時(shí)應(yīng)避免倒置或平放，外形尺寸由所選諧波補(bǔ)償電流值決定，平面布置形式一般由諧波電流補(bǔ)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(hù)，背面維護(hù)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(hù)。

   3）電氣設(shè)計(jì)人員在考慮系統(tǒng)接線及平面布置時(shí)應(yīng)注意將ANAPF的補(bǔ)償接入點(diǎn)盡量靠近補(bǔ)償對(duì)象，并處于采樣CT的上游，或在末端預(yù)留空間供設(shè)計(jì)安裝，CT采樣處下游不能包含容性負(fù)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(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的接地制式（TN-S、TN-C-S、TT等）嚴(yán)格做好相應(yīng)的保護(hù)接零或保護(hù)接地。

2.6.2 互感器的安裝

   1）互感器的P1端指向電網(wǎng)，P2端指向負(fù)載。

   2）互感器與ANAPF的接線如下圖所示：

   3）注意互感器的進(jìn)出線要一致且方向正確。

   4）安裝電纜規(guī)格如下表：

   安裝電纜與CT采樣線截面積

型號(hào)	安裝電纜(mm2)	CT采樣線(mm2)	CT接地線(mm2)	機(jī)柜接地線(mm2)
ANAPF30A	16	2.5	2.5	210
ANAPF50A	25	2.5	2.5	16
ANAPF75A	35	2.5	2.5	16
ANAPF100A	50	2.5	2.5	16

2.7 主要應(yīng)用范圍及場(chǎng)合

   機(jī)場(chǎng)：主控室、計(jì)算機(jī)房、廣播系統(tǒng)、EIB燈光調(diào)光系統(tǒng)等。

   醫(yī)院：ICU（重癥監(jiān)護(hù)室）、MRI（磁共振成像）、手術(shù)室、醫(yī)學(xué)成像室、放療科等。

   劇場(chǎng)、體育館：解決由于諧波造成的EIB調(diào)光設(shè)備及其它控制設(shè)備的損壞。

   學(xué)校：精密實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)中心等。

   研究所：精密儀器、機(jī)房、高精密設(shè)備集中區(qū)域等。

   大型商場(chǎng)：解決由于節(jié)能燈大量應(yīng)用造成的諧波問(wèn)題。

   銀行：計(jì)算機(jī)中心、營(yíng)業(yè)部計(jì)算機(jī)、安防系統(tǒng)等。

   稅務(wù)、工商：大型計(jì)算機(jī)中心等。

   電信機(jī)房：移動(dòng)基站。

   工廠：生產(chǎn)線的PLC、計(jì)算機(jī)控制設(shè)備、高精度機(jī)床、PCS系統(tǒng)、計(jì)量/稱重系統(tǒng)等。

   電視臺(tái)：圖像設(shè)備、調(diào)光設(shè)備、計(jì)算機(jī)等。

3、有源電力濾波功能模塊介紹

3.1 控制器模塊

    APF有源電力濾波裝置控制器主要由：DSP（數(shù)字信號(hào)處理器）、FPGA邏輯器件、AD信號(hào)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(hào)的采集和處理、指令電流的計(jì)算、開(kāi)關(guān)電路的生成、PWM信號(hào)的輸出、系統(tǒng)對(duì)外通訊與系統(tǒng)保護(hù)等功能�？刂葡到y(tǒng)是有源濾波器的核心，它決定了有源電力濾波器系統(tǒng)的主要性能和指標(biāo)。

  命名規(guī)則

  外形尺寸（單位：mm）

   技術(shù)參數(shù)

輔助電源	電    壓	AC  220V（可波動(dòng)范圍±10%）
報(bào)警輸出	輸出方式	2路繼電器輸出（可編程）
	觸點(diǎn)容量	AC250V/3A  DC30V/3A
環(huán)    境	工作溫度	-10~+50℃
	存儲(chǔ)溫度	-20~+70℃
通    訊		RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議（兩路）
保護(hù)方式		模擬保護(hù)/數(shù)字保護(hù)

3.2 變流器模塊

    APF有源電力濾波裝置變流器的核心是儲(chǔ)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(chǔ)能電容充電，使母線電壓維持在某個(gè)穩(wěn)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(dāng)主電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流時(shí)，變流器又工作在逆變狀態(tài)。考慮到產(chǎn)品是在電網(wǎng)中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的，因此直流支撐電容采用薄膜電容，功率模塊采用德國(guó)原裝產(chǎn)品，以確保整機(jī)質(zhì)量。變流器的選擇根據(jù)補(bǔ)償電流的大小而有所不同。

   命名規(guī)則

   外形尺寸（單位：mm）

品型號(hào)	外形尺寸（長(zhǎng)mm×寬mm×高mm)
APFCOV-CVT30	325×330×428
APFCOV-CVT50
APFCOV-CVT75
APFCOV-CVT100

 

 

 

 

 

 

 

 

3.3 電抗器模塊

   APF電抗器起濾波作用，濾除APF發(fā)出的電網(wǎng)不需要的諧波。電抗器可分為單相和三相，電流從15A到200A等多種規(guī)格

  命名規(guī)則

  外形尺寸（單位：mm）

類別	產(chǎn)品型號(hào)	重量（Kg）	外形尺寸（長(zhǎng)mm×寬mm×高mm)
單相	APF-RE.DG-30	13	160×150(含引線)×200
	APF-RE.DG-50	16.5	160×180(含引線)×220
	APF-RE.DG-75	35	220×220(含引線)×250
	APF-RE.DG-100	37	220×220(含引線)×250
三相	APF-RE.SDG-30	16	180×150(含引線)×195
	APF-RE.SDG-50	46	310×180(含引線)×320
	APF-RE.SDG-75	86	380×230(含引線)×350
	APF-RE.SDG-100	88	380×230(含引線)×350

  產(chǎn)品特點(diǎn)

  鐵心采用優(yōu)質(zhì)低損耗硅鋼片； 

  線圈采用銅箔或鋁箔繞制；

  絕緣采用H級(jí)，使用壽命更長(zhǎng)，安全系數(shù)更高；

  功率范圍寬：?jiǎn)闻_(tái)可從15A到100A。