三相四線有源電力濾波器

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)濟運行，給同一網(wǎng)絡(luò)的線性負載和其它用戶帶來了大影響。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改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行有著非常積的意義。諧波測量是諧波問題中的一個重要分支，對諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對諧波的測量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項重要工作，是繼電保護、故障測量等工作開展的重要前提。

主要諧波產(chǎn)生源如下表：

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使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。

   影響電氣設(shè)備的正常運行。

    諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機產(chǎn)生機械振動和噪聲等，使變壓器局部嚴重過熱，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，會對系統(tǒng)，特別是對電容器和與之串聯(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。

  使繼電保護誤動作，電氣測量誤差過大。

    諧波會導(dǎo)致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失；諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產(chǎn)生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟損失。

  使工控系統(tǒng)崩潰。

    臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設(shè)備產(chǎn)生干擾，輕則產(chǎn)生噪聲，降低通信質(zhì)量，計算機無法正常工作；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)的標準

  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：電壓波動和閃變》

  GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量：暫時過電壓和瞬態(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)補償裝置總技術(shù)條件》

2、有源電力濾波裝置

2.1 型號說明

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)，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術(shù)，從變流器中產(chǎn)生一個和當前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實時注入電力系統(tǒng)，從而實現(xiàn)諧波治理和無功補償。

   原理如下圖：

2.3 主要技術(shù)特點

   DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應(yīng)時間；

   的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；

   一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；

   模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試；

   便利的并聯(lián)設(shè)計，方便擴容；

   具有完善的橋臂過流、保護功能；

   使用方便，易于操作和維護。

2.4 技術(shù)參數(shù)

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一般為標準柜式結(jié)構(gòu)，安裝時應(yīng)避免倒置或平放，外形尺寸由所選諧波補償電流值決定，平面布置形式一般由諧波電流補償點位置決定。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，背面維護通道不小于800mm。

   2）靠墻安裝：ANAPF也可靠墻布置，正面操作，正面維護。

   3）電氣設(shè)計人員在考慮系統(tǒng)接線及平面布置時應(yīng)注意將ANAPF的補償接入點盡量靠近補償對象，并處于采樣CT的上游，或在末端預(yù)留空間供設(shè)計安裝，CT采樣處下游不能包含容性負荷。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)計要求的接地制式（TN-S、TN-C-S、TT等）嚴格做好相應(yīng)的保護接零或保護接地。

2.6.2 互感器的安裝

   1）互感器的P1端指向電網(wǎng)，P2端指向負載。

   2）互感器與ANAPF的接線如下圖所示：

   3）注意互感器的進出線要*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

2.7 主要應(yīng)用范圍及場合

   機場：主控室、計算機房、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：實驗室、機房、網(wǎng)絡(luò)中心等。

   研究所：儀器、機房、高設(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：計算機中心、營業(yè)部計算機、安防系統(tǒng)等。

   稅務(wù)、工商：大型計算機中心等。

   電信機房：移動基站。

   工廠：生產(chǎn)線的PLC、計算機控制設(shè)備、高精度機床、PCS系統(tǒng)、計量/稱重系統(tǒng)等。

   電視臺：圖像設(shè)備、調(diào)光設(shè)備、計算機等。

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)字信號處理器）、FPGA邏輯器件、AD信號采樣電路、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、電流等信號的采集和處理、指令電流的計算、開關(guān)電路的生成、PWM信號的輸出、系統(tǒng)對外通訊與系統(tǒng)保護等功能?？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。

  命名規(guī)則

  外形尺寸（單位：mm）

   技術(shù)參數(shù)

3.2 變流器模塊

    APF有源電力濾波裝置變流器的核心是儲能電容和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能電容充電，使母線電壓維持在某個穩(wěn)定的值，在這個過程中變流器主要工作在整流狀態(tài)，當主電路產(chǎn)生補償電流時，變流器又工作在逆變狀態(tài)?？紤]到產(chǎn)品是在電網(wǎng)中長時間運行的，因此直流支撐電容采用薄膜電容，功率模塊采用德國原裝產(chǎn)品，以確保整機質(zhì)量。變流器的選擇根據(jù)補償電流的大小而有所不同。

   命名規(guī)則

   外形尺寸（單位：mm）

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）

  產(chǎn)品特點

  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，使用壽命更長，安全系數(shù)更高；

  功率范圍寬：單臺可從15A到100A。

三相四線有源電力濾波器