鋼廠(chǎng)模塊化有源濾波器方案 是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專(zhuān)用設(shè)備。它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主要部分組成。

1、模塊化有源濾波器概述

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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)會(huì)使線(xiàn)路過(guò)熱，甚至引起火災(zāi)。

●  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(mén)或電力用戶(hù)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)損失。

●  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 產(chǎn)品效益

有源濾波裝置之所以稱(chēng)為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補(bǔ)償主電路的諧波），其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抵制和無(wú)功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)（傳統(tǒng)的只能固定補(bǔ)償），實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無(wú)功。

●  使諧波指標(biāo)滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)，避免供電部門(mén)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；

●  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、產(chǎn)品介紹 鋼廠(chǎng)模塊化有源濾波器方案

有源電力濾波器的優(yōu)點(diǎn)

1、智能操作系統(tǒng)

友好的人機(jī)界面，強(qiáng)大的智能并機(jī)功能，靈活的在線(xiàn)升級(jí)功能。

2、I型三電平NPC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

三電平結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)的二電平逆變電路多了一個(gè)電平，IGBT開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)20kHz，輸出波形更接近正弦，輸出電流紋波更小，諧波補(bǔ)償效果更好。

3、模塊化設(shè)計(jì)

模塊化、體積小、靈活擴(kuò)容，安裝時(shí)無(wú)需吊機(jī)、叉車(chē)等大型設(shè)備，省時(shí)、省力。

4、靈活穩(wěn)定

任意容量組合并機(jī)，單柜容量可達(dá)500A，滿(mǎn)足不同容量需求。任意模塊出現(xiàn)問(wèn)題，其余模塊都能夠正常運(yùn)行。

5、良好的人機(jī)交互體驗(yàn)

采用5.6寸高亮度工業(yè)級(jí)觸摸屏，的人機(jī)界面設(shè)計(jì)，操作簡(jiǎn)單快捷。

6、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)

用戶(hù)可清晰了解如補(bǔ)償前后系統(tǒng)波形圖、頻譜圖、電流值大小、THDi、THDu、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、視在功率等系統(tǒng)的電能質(zhì)量改善情況。

7、獨(dú)立風(fēng)道

采用*的多層空間散熱設(shè)計(jì)，可隔絕環(huán)境粉塵粘附，提高產(chǎn)品散熱效率，設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)需額外考慮環(huán)境因素，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境系統(tǒng)。

8、智能風(fēng)冷，低噪聲

根據(jù)IGBT溫度對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行智能調(diào)速，電流小時(shí)噪聲低 。

9、溫度監(jiān)測(cè)

通過(guò)觸摸屏對(duì)所有IGBT溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示 ，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)會(huì)發(fā)出過(guò)溫警報(bào)，自動(dòng)停機(jī)停止補(bǔ)償。

10、各種保護(hù)

APF具備各種保護(hù)功能：過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)熱、相序異常等。

2.1 模塊化有源濾波器工作原理

有源濾波裝置，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專(zhuān)用設(shè)備。它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主要部分組成。指令電流運(yùn)算電路實(shí)時(shí)監(jiān)視線(xiàn)路中的電流，并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制（PWM）信號(hào)形式向補(bǔ)償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電力諧波。

APF有源濾波器 廣東壁掛式有源濾波柜廠(chǎng)家供應(yīng)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：ANAPF系列板載式動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功有源電力濾波器通過(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(xiàn)性負(fù)載所產(chǎn)生的諧波電流。

圖2-1  ANAPF系列原理圖

2.2 模塊化有源濾波器產(chǎn)品特點(diǎn)

●  DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應(yīng)時(shí)間，的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀摺⑦\(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，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)；

●  擁有自主技術(shù)。

針對(duì)既能濾除諧波又能進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，很多電容器廠(chǎng)家采用一種經(jīng)濟(jì)型濾波兼無(wú)功補(bǔ)償方式，針對(duì)5次、7次不同諧波進(jìn)行濾波，采用設(shè)計(jì)的濾波電抗器和濾波電容器組成單調(diào)諧式濾波支路，在濾除諧波的同時(shí)，又能補(bǔ)償無(wú)功功率，提高功率因數(shù)，使企業(yè)的功率因數(shù)提高到0.95以上。達(dá)到明顯的節(jié)能效果，電網(wǎng)諧波污染。
2.3 主要技術(shù)參數(shù)

2.4 抽屜柜有源電力濾波器產(chǎn)品型號(hào)及說(shuō)明

電力諧波動(dòng)態(tài)治理方法通過(guò)控制基波電流與諧波電流的特征值和關(guān)聯(lián)度，吸收諧波電流補(bǔ)償基波、降低基波電流和電流有效值，適用于紡織廠(chǎng)多機(jī)臺(tái)、大功率、負(fù)荷變化復(fù)雜場(chǎng)所，治理效果較好。投入使用后可以使低壓母線(xiàn)側(cè)有效電流降低5%以上，低壓母線(xiàn)側(cè)5次諧波電流值下降50%以上，并能提高整個(gè)電網(wǎng)的電能質(zhì)量，提高功率因數(shù)，減少電力安全事故。企業(yè)的電能利用率提高5%，可減少變壓器負(fù)荷或在變壓器不增容的情況下增加安裝機(jī)臺(tái)。
3、模塊化有源濾波器

應(yīng)用案例

3.1  貴州模塊化有源濾波器在數(shù)據(jù)機(jī)房的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

常熟智慧城市是一個(gè)市民卡信息中心，其中包括大型數(shù)據(jù)機(jī)房，對(duì)電能質(zhì)量要求非常高；為了提高供電可靠度，采用大量的UPS作為設(shè)備電源，機(jī)房?jī)?nèi)還包含空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備等。此類(lèi)電力電子設(shè)備皆屬于非線(xiàn)性負(fù)載，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量諧波并注入系統(tǒng)中，主要以5次、7次為主；如果不進(jìn)行諧波治理，對(duì)電網(wǎng)造成嚴(yán)重的污染，也影響機(jī)房中其他敏感設(shè)備，比如導(dǎo)致通信數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，甚至癱瘓、中斷，降低了配電系統(tǒng)的性、可靠性。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線(xiàn)性直流電源產(chǎn)生，供電系統(tǒng)由2臺(tái)800kVA變壓器及其一臺(tái)800kW發(fā)電機(jī)組成，采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺(tái)150A并機(jī)實(shí)現(xiàn)，型號(hào)為ANAPF150-380/BGL，來(lái)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償負(fù)載產(chǎn)生的諧波電流，保證整個(gè)系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

▲ 治理效果：

圖4-1治理之前A、B、C、N相電流波形和電流頻譜

由圖可以看出，治理前，N線(xiàn)電流較大，3次、5次、7次等諧波頻次含量較大；治理后，N線(xiàn)電流明顯降低、各次諧波電流得到抵制，提高了供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，了諧波對(duì)通信系統(tǒng)影響的危害，收到了良好的運(yùn)行效果。

▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：

圖4-2 安裝現(xiàn)場(chǎng)

3.2  ANAPF在辦公樓宇的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

珠海橫琴口岸項(xiàng)目是臨時(shí)邊檢大樓的新建項(xiàng)目，為邊檢部門(mén)電氣設(shè)備提供可靠電力支持，對(duì)電能質(zhì)量要求較高；用電設(shè)備主要是大功率UPS、LED顯示屏、空調(diào)、照明和報(bào)檢大廳動(dòng)力設(shè)備等，會(huì)產(chǎn)生大量諧波，其諧波主要包括3、5、7、9次；不進(jìn)行合理治理，將對(duì)其他電氣設(shè)備產(chǎn)生危害，如：大量的3次諧波造成中線(xiàn)過(guò)熱甚至發(fā)生火災(zāi)；大量諧波造成變壓器局部嚴(yán)重過(guò)熱；繼電保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作等。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測(cè)量經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線(xiàn)性直流電源產(chǎn)生，該項(xiàng)目有1#、2#兩個(gè)配電站，1#配電站有2臺(tái)800kVA的變壓器，2#配電站有2臺(tái)1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案，在每臺(tái)變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器，由于安裝空間有限，選擇我司壁掛式有源電力濾波器進(jìn)行嵌入式安裝，1#配電站中#1和#2變壓器下安裝型號(hào)均為ANAPF75-380/BBL，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺(tái)型號(hào)為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機(jī)使用，保障了整個(gè)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

▲ 治理效果：

圖4-4治理之后電流波形和各次諧波電流畸變率

治理前電流波形發(fā)生畸變，三相電流畸變率分別為10.8%、11.1%、12.5%；在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波，各次諧波得到抵制，電流畸變率明顯降低，三相電流畸變率降至4.0%、4.1%、4.4%。

▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：

3.3  ANAPF在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

▲ 項(xiàng)目背景：

合肥日立建機(jī)是日立建機(jī)集團(tuán)在zui大的生產(chǎn)基地，其主要負(fù)載是變頻器、電焊機(jī)和中頻爐等，這類(lèi)負(fù)載屬于中污染設(shè)備，使用時(shí)電流變化很快，無(wú)功需求大，傳統(tǒng)無(wú)功柜跟不上負(fù)載變化速度，導(dǎo)致功率因數(shù)很低，造成無(wú)功罰款；同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生大量諧波流入電網(wǎng)中，諧波電流在線(xiàn)路上流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生壓降，使得電壓也畸變嚴(yán)重，致使一些精度高的生產(chǎn)設(shè)備不能正常運(yùn)行，影響公司的生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，給客戶(hù)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

▲ 治理方案：

該項(xiàng)目共有6臺(tái)變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線(xiàn)側(cè)加裝ANAPF系列有源電力濾波器，型號(hào)為：ANPF200-380/BGL，既可補(bǔ)償諧波又可補(bǔ)償部分動(dòng)態(tài)無(wú)功。同時(shí)，建議在變頻器的進(jìn)線(xiàn)端加裝輸入電抗器，用來(lái)濾除部分變頻器諧波，以達(dá)到更好的治理效果。

▲ 治理效果：

由圖4-5和圖4-6可以看出，治理前，電流波形失真十分嚴(yán)重，三相電流畸變率分別為21.3%、25.0%、28.0%，主要以5次、7次、11次等符合6n±1次特性的諧波為主，功率因數(shù)約0.83左右，會(huì)造成無(wú)功罰款；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%，主要頻次諧波得到抵制，功率因數(shù)也都到很明顯的提高。此次諧波治理，電網(wǎng)質(zhì)量得到明顯改善，保護(hù)了生產(chǎn)線(xiàn)上設(shè)備的正常運(yùn)行。

▲ 安裝現(xiàn)場(chǎng)：

3.4  ANAPF模塊化有源濾波器在其它行業(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(lèi)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。

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(lèi)似行業(yè)案例：陜西榆林*人民、上海第二康復(fù)、滁州市第二人民、安徽六安第六人民等。

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)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(lèi)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、演播中心這類(lèi)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(lèi)似行業(yè)案例：蘇州澹臺(tái)湖會(huì)議中心、廣州文化宮、武漢市教育電視臺(tái)演播廳、岳陽(yáng)市奧體中心及游泳館等。

位于無(wú)錫江陰市的生產(chǎn)基地--江蘇安科瑞電器制造有限公司是江蘇省技術(shù)企業(yè)、江蘇省兩化試點(diǎn)企業(yè)，現(xiàn)代化生產(chǎn)廠(chǎng)房面積達(dá)6萬(wàn)，目前有5條自動(dòng)貼裝（SMT）線(xiàn)、4條半自動(dòng)電子組裝線(xiàn)、4條整機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)、2條電量傳感器生產(chǎn)線(xiàn)、2條非標(biāo)低壓成套電氣設(shè)備生產(chǎn)線(xiàn)，年生產(chǎn)電力儀表/測(cè)控裝置200萬(wàn)臺(tái)，電量傳感器150萬(wàn)只，非標(biāo)電氣成套設(shè)備1萬(wàn)臺(tái)套；生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)用的信息化管理系統(tǒng)，增強(qiáng)各職能部門(mén)的協(xié)同能力，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品交付能力，嚴(yán)格執(zhí)行ISO9001質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，為客戶(hù)提供從產(chǎn)品的咨詢(xún)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到售后服務(wù)的全程質(zhì)量及服務(wù)保障體系。安科瑞在主要城市設(shè)立了分公司和辦事處，當(dāng)?shù)嘏渲娩N(xiāo)售、技術(shù)團(tuán)隊(duì)，快速響應(yīng)客戶(hù)需求，為用戶(hù)提供產(chǎn)品和服務(wù)。