徐霜
安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
摘要：本文介紹了并聯(lián)有源濾波裝置的工作原理和在廠礦企業(yè)配電網(wǎng)中應(yīng)用，就諧波治理中的無(wú)源及有源濾波技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)合實(shí)踐證明并聯(lián)有源濾波裝置是治理諧波污染的設(shè)備，今后將具有廣闊的運(yùn)用前景。
關(guān)鍵詞：諧波 有源濾波裝置 混合補(bǔ)償
引言：近年來(lái)，許多廠礦企業(yè)大量使用可控硅整流和換流設(shè)備、電弧爐、中頻爐等諧波干擾源負(fù)荷設(shè)備，這些設(shè)備在吸收大量無(wú)功功率、降低用戶的功率因數(shù)的同時(shí)，也使諧波問(wèn)題日趨嚴(yán)重。根據(jù)電力工業(yè)電能質(zhì)量方面的標(biāo)準(zhǔn)及管理規(guī)定，各地供電部門出臺(tái)了相應(yīng)的諧波限制準(zhǔn)則及措施，并對(duì)諧波污染嚴(yán)重的企事業(yè)單位進(jìn)行考核和治理。因此，濾除諧波、提高功率因數(shù)、延長(zhǎng)設(shè)備壽命是這類企業(yè)節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的當(dāng)務(wù)之急。
傳統(tǒng)的諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方法是采用由電感和電容構(gòu)成的無(wú)源濾波裝置，該裝置與需補(bǔ)償?shù)姆蔷€性負(fù)載并聯(lián)，在為諧波提供低阻通路的同時(shí)，也為負(fù)載提供了所需的無(wú)功功率。雖然無(wú)源濾波裝置具有簡(jiǎn)單、方便的優(yōu)點(diǎn)，但它也存在許多缺點(diǎn)。
有源電力濾波（active power filter，APF）裝置不僅可減小占地面積，而且可解決無(wú)源濾波裝置存在的問(wèn)題。有源濾波與無(wú)源濾波存在著本質(zhì)區(qū)別，它是根據(jù)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償諧波的原理，應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)，快速跟蹤諧波產(chǎn)生的諧波大小和特性，由裝置發(fā)出相應(yīng)頻率的反向電流，從而達(dá)到同時(shí)濾除多種成分諧波的目的。它一般由電子電力變流器構(gòu)成，具有半導(dǎo)體功率變流器的高可控性和快速響應(yīng)性。
1 ANAPF低壓有源濾波器在工廠中的應(yīng)用案例
1.1項(xiàng)目簡(jiǎn)介
秦皇島某電子有限公司配電系統(tǒng)中接有5套整流變壓器，主要給10個(gè)熔化中頻電爐供電。該類設(shè)備采用12脈波晶閘管整流方式，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重的非正弦畸變和大量高次諧波，對(duì)自身配電系統(tǒng)和公共電網(wǎng)造成嚴(yán)重干擾。同時(shí)，由于該非線性負(fù)載為感性的，使自身配電系統(tǒng)的功率因數(shù)惡化，10kV進(jìn)線側(cè)11次和13次諧波電流超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而大大影響了配電系統(tǒng)和公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量。如果不進(jìn)行諧波治理，不僅對(duì)該公司自身配電系統(tǒng)造成危害，而且會(huì)危及公共電網(wǎng)安全。
1.2 ANAPF濾波裝置原理
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：
1.3方案設(shè)計(jì)
10kV高壓系統(tǒng)分4段和5段母線，每段母線的有源電力濾波器容量為450A，使用型號(hào)為ANAPF100-400/B的濾波器3臺(tái)并聯(lián)，通過(guò)0.4kV/10kV的諧波變壓器將諧波送至10kV側(cè)與負(fù)載諧波疊加，達(dá)到與電網(wǎng)諧波抵消的作用。
濾波器投運(yùn)后系統(tǒng)圖
1.4治理前后諧波電流頻譜對(duì)比圖：
1.5治理效果
在10kV母線4段和5段使用兩套有源電力濾波器裝置進(jìn)行治理后，系統(tǒng)諧波得到了很好的抑制，*將11次、13次諧波限制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，提升供電系統(tǒng)的供電可靠性，了系統(tǒng)諧波對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)影響的隱患，收到了良好效果，達(dá)到電網(wǎng)電能質(zhì)量的目的。
2 ANAPF有源濾波器簡(jiǎn)介
2.1技術(shù)參數(shù)
接線方式 | 三相三線或三相四線 |
接入電壓 | 3×380V ±10% |
接入頻率 | 50Hz ±2% |
動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間 | 動(dòng)態(tài)響應(yīng)＜4ms，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℃～+45℃ |
工作環(huán)境濕度 | ＜85%RH 不凝結(jié) |
安裝場(chǎng)合 | 室內(nèi)安裝 |
海拔高度 | ≤1000m（更高海拔需降容使用） |
進(jìn)出線方式 | 下進(jìn)下出 |
防護(hù)等級(jí) | IP21 |
智能通信接口 | RS485/MODBUS-RTU |
遠(yuǎn)程監(jiān)控 | 可選 |
外形尺寸（mm） （W×D×H） | 30A | 50A | 7 | 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 | 7、100A | 30A、50A | 7、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）。 |
2.2 ANAPF有源濾波器報(bào)價(jià)及元件清單
型號(hào)：ANAPF100-400/B |
參考價(jià)格：12萬(wàn)元/臺(tái) |
主要產(chǎn)品明細(xì)： |
序號(hào) | 名 稱 | 型 號(hào) | 數(shù)量 |
1 | APF電氣柜 | 800X600X2200 | 1 |
2 | 變流器 | APFCOV-CVT100 | 1 |
3 | 控制器 | APFMC-C100 | 1 |
4 | 電抗器 | APF-RE.（S）DG-100 | 1 |
5 | 有源電流互感器 | LT208-S7 | 3 |
6 | 濾波器 | DL-1TH1 | 2 |
7 | 斷路器 | CVS160FTM160D4P3D | 1 |
8 | 接觸器 | LC1D150M7C | 1 |
9 | 微型斷路器 | NDM1-63C32 | 1 |
10 | 中間繼電器 | MY4NAC | 2 |
11 | R型變壓器 | R320-0.38/0.22 | 1 |
12 | 諧波檢測(cè)儀 | ACR350EGH | 1 |
13 | 電線 | 16mm2 | 若干 |
14 | 電線 | 4mm2 | 若干 |
3并聯(lián)型ANAPF應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
1）濾除諧波
ANAPF濾波范圍廣、濾波效率高，濾除率可達(dá)92%以上：無(wú)源濾波設(shè)備是利用補(bǔ)償容量，針對(duì)固定次諧波設(shè)置LC濾波支路，而對(duì)它次諧波濾除效果較差；針對(duì)該系統(tǒng)工況諧波成分非常復(fù)雜，而系統(tǒng)功率因數(shù)已較高。基波補(bǔ)償容量太小，根本無(wú)法設(shè)置特定的LC濾波支路來(lái)保證各次濾除率達(dá)到要求。尤其是系統(tǒng)2次諧波含量較大，而根據(jù)LC濾波支路的原理，2次諧波阻抗和基波幾乎相同，濾除率低。
2）防止諧波放大，抑制諧振功能
ANAPF無(wú)儲(chǔ)能原件，不受系統(tǒng)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生變化是的影響，不會(huì)與系統(tǒng)發(fā)生諧振；無(wú)源濾波設(shè)備，設(shè)置高次濾波支路將會(huì)對(duì)低次諧波放大，而系統(tǒng)2~13次諧波含量均較大，設(shè)置的濾波支路易對(duì)其他次諧波造成放大；無(wú)法適用系統(tǒng)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)不一致或發(fā)生的變化，存在與系統(tǒng)發(fā)生諧振的風(fēng)險(xiǎn)。
3）其他
ANAPF響應(yīng)時(shí)間小于10ms，延遲時(shí)間小于100us；無(wú)功補(bǔ)償可編程，即可補(bǔ)容性無(wú)功，也可補(bǔ)感性無(wú)功；帶載能力強(qiáng)，自動(dòng)限流，不會(huì)發(fā)生過(guò)載，使用壽命高；體積小，易于安裝； 無(wú)源濾波設(shè)備動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢；只能補(bǔ)容性無(wú)功；限于LC器件特性，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，LC參數(shù)可能會(huì)發(fā)生變化；體積大，調(diào)試較復(fù)雜。
4結(jié)論
1）本文設(shè)計(jì)的模塊化并聯(lián)型有源濾波裝置是可用于低壓配電系統(tǒng)的新型濾波補(bǔ)償裝置。該裝置自身可同時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)的高次諧波和基波無(wú)功功率，具有高度的自適應(yīng)性，且濾波精度高、補(bǔ)償效果好。
2）該裝置自身各項(xiàng)保護(hù)功能完善，可抑制因系統(tǒng)參數(shù)改變而產(chǎn)生的并聯(lián)或串聯(lián)諧振，還可防止無(wú)功過(guò)補(bǔ)償?shù)取?/p>
3）在企業(yè)原有的電容器無(wú)功補(bǔ)償裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造，設(shè)計(jì)的由電容和有源濾波裝置構(gòu)成的濾波與無(wú)功功率混合補(bǔ)償系統(tǒng)，節(jié)約了用戶投資成本，縮短了工期，為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了的補(bǔ)償裝置，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景。
4）有源濾波裝置模塊單體容量的擴(kuò)大及其電壓等級(jí)的進(jìn)一步提高可作為今后研究的方向。
【參考文獻(xiàn)】
- GB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
- 羅世國(guó).無(wú)源電力濾波器的補(bǔ)償特性及其存在的問(wèn)題分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004,28（22）：40-43
- 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.版
作者簡(jiǎn)介：
徐霜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，: acrelxs :
《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》（圖集號(hào)：ACR13CDX701）由安科瑞電氣股份有限公司主編，本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點(diǎn)，依據(jù)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問(wèn)題，達(dá)到供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。圖集適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計(jì)與改造。凡需要圖集的請(qǐng)?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、、、、等信息，傳真、郵件acrelxs或:至安科瑞徐霜工程師收，安科瑞電氣免費(fèi)贈(zèng)送。
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