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有源濾波裝置
更新時(shí)間:2024-06-19- 設(shè)備簡介
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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,給同網(wǎng)絡(luò)的線性負(fù)載和其它用戶帶來了影響。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。諧波測量是諧波問題中的個(gè)重要分支,對(duì)抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對(duì)諧波的測量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的項(xiàng)重要工作,是繼電保護(hù)、故障測量等工作開展的重要提。
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。大量三次諧波流過中線會(huì)使線路過熱,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。
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,電氣測量誤差過大。
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)使電氣測量儀表計(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。
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)過電壓和瞬態(tài)過電壓》
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),通過實(shí)時(shí)檢測負(fù)載的諧波和無功分量,采用PWM變流技術(shù),從變流器中產(chǎn)生個(gè)和當(dāng)諧波分量和無功分量對(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;
的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴?,精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定;
機(jī)多能,既可補(bǔ)諧波,又可兼補(bǔ)無功;
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
開關(guān)頻率
10kHz
功能設(shè)置
只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無功;手動(dòng)、自動(dòng)切換。
諧波補(bǔ)償次數(shù)
2-21次
保護(hù)類型
直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護(hù)
過載保護(hù)
自動(dòng)限流在設(shè)定值,不發(fā)生過載
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
說明:
1、可以通過實(shí)測數(shù)據(jù)確定補(bǔ)償電流,或通過電力系統(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*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)用范圍及場合
機(jī)場: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、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:解決由于節(jié)能燈大量應(yīng)用造成的諧波問題。
銀行:計(jì)算機(jī)中心、營業(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、有源濾波裝置介紹
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。控制系統(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)??紤]到產(chǎn)品是在電網(wǎng)中長時(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,安全系數(shù)更高;
功率范圍寬:單臺(tái)可從15A到100A。