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

1、模塊化有源濾波器概述

1.1 諧波的產生

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，但是非線性電力設備 （大功率可控硅、變頻器、UPS、開關電源、中頻爐等）的廣泛應用產生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數(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。諧波是電能質量的指標。

1.2 諧波的危害

●  諧波使公用電網(wǎng)中的元件產生附加的損耗，降低了發(fā)電、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災。

●  諧波會影響電氣設備的正常工作，使電機產生機械振動和噪聲等；使變壓器局部嚴重過熱；使電容器、電纜等設備過熱、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。

●  諧波會導致繼電保護，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損失。諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟損失。

●  臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設備產生干擾，輕則產生噪聲、降低通信質量、計算機無法正常工作，重則導致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

1.3 產品效益

有源濾波裝置之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補償主電路的諧波），其應用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抵制和無功補償方法的缺點（傳統(tǒng)的只能固定補償），實現(xiàn)了動態(tài)跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功。

●  使諧波指標滿足標準，避免供電部門罰款或中斷供電；

●  降低變壓器損耗；

●  減少諧波污染，降低諧波對自動控制裝置、電能計量裝置、繼電保護裝置的干擾，保證供配電系統(tǒng)穩(wěn)定運行；

●  避免諧波過電壓和諧波過電流對電氣設備的危害，延長設備使用壽命；

●  節(jié)能降耗，提高功率因數(shù)，節(jié)約電費，避免罰款。

1.4 執(zhí)行標準

GB/T14549-1993 《電能質量：公用電網(wǎng)諧波》

GB/T15543-2008 《電能質量：三相電壓不平衡度》

GB/T12325-2008 《電能質量：供電電壓偏差》

GB/T12326-2008 《電能質量：電壓波動和閃變》

GB/T18481-2001 《電能質量：暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓》

GB/T15945-2008 《電能質量：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 《低壓成套無功功率補償裝置》

2、產品介紹 鋼廠模塊化有源濾波器方案

有源電力濾波器的優(yōu)點

1、智能操作系統(tǒng)

友好的人機界面，強大的智能并機功能，靈活的在線升級功能。

2、I型三電平NPC拓撲結構

三電平結構比傳統(tǒng)的二電平逆變電路多了一個電平，IGBT開關頻率高達20kHz，輸出波形更接近正弦，輸出電流紋波更小，諧波補償效果更好。

3、模塊化設計

模塊化、體積小、靈活擴容，安裝時無需吊機、叉車等大型設備，省時、省力。

4、靈活穩(wěn)定

任意容量組合并機，單柜容量可達500A，滿足不同容量需求。任意模塊出現(xiàn)問題，其余模塊都能夠正常運行。

5、良好的人機交互體驗

采用5.6寸高亮度工業(yè)級觸摸屏，的人機界面設計，操作簡單快捷。

6、數(shù)據(jù)監(jiān)測

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

7、獨立風道

采用*的多層空間散熱設計，可隔絕環(huán)境粉塵粘附，提高產品散熱效率，設計過程中無需額外考慮環(huán)境因素，能夠適應不同的環(huán)境系統(tǒng)。

8、智能風冷，低噪聲

根據(jù)IGBT溫度對風扇進行智能調速，電流小時噪聲低 。

9、溫度監(jiān)測

通過觸摸屏對所有IGBT溫度進行實時顯示 ，當溫度過高時會發(fā)出過溫警報，自動停機停止補償。

10、各種保護

APF具備各種保護功能：過壓、欠壓、過流、過熱、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)代電力電子技術和基于高速DSP器件的數(shù)字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發(fā)生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數(shù)字信號，送入高速數(shù)字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流發(fā)生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網(wǎng)，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。

APF有源濾波器 廣東壁掛式有源濾波柜廠家供應并聯(lián)在含諧波負載的低壓配電系統(tǒng)中，能夠對動態(tài)變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。其原理為：ANAPF系列板載式動態(tài)補償無功有源電力濾波器通過CT采集系統(tǒng)諧波電流，經(jīng)控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執(zhí)行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統(tǒng)中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

圖2-1  ANAPF系列原理圖

2.2 模塊化有源濾波器產品特點

●  DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有快的響應時間，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，可對2～31次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

●  具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

●  模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

●  采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

●  輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響；

●  多機并聯(lián)，達到較高的電流輸出等級；

●  擁有自主技術。

針對既能濾除諧波又能進行無功補償，很多電容器廠家采用一種經(jīng)濟型濾波兼無功補償方式，針對5次、7次不同諧波進行濾波，采用設計的濾波電抗器和濾波電容器組成單調諧式濾波支路，在濾除諧波的同時，又能補償無功功率，提高功率因數(shù)，使企業(yè)的功率因數(shù)提高到0.95以上。達到明顯的節(jié)能效果，電網(wǎng)諧波污染。
2.3 主要技術參數(shù)

2.4 抽屜柜有源電力濾波器產品型號及說明

電力諧波動態(tài)治理方法通過控制基波電流與諧波電流的特征值和關聯(lián)度，吸收諧波電流補償基波、降低基波電流和電流有效值，適用于紡織廠多機臺、大功率、負荷變化復雜場所，治理效果較好。投入使用后可以使低壓母線側有效電流降低5%以上，低壓母線側5次諧波電流值下降50%以上，并能提高整個電網(wǎng)的電能質量，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%，可減少變壓器負荷或在變壓器不增容的情況下增加安裝機臺。
3、模塊化有源濾波器

應用案例

3.1  貴州模塊化有源濾波器在數(shù)據(jù)機房的應用

▲ 項目背景：

常熟智慧城市是一個市民卡信息中心，其中包括大型數(shù)據(jù)機房，對電能質量要求非常高；為了提高供電可靠度，采用大量的UPS作為設備電源，機房內還包含空調設備、照明設備等。此類電力電子設備皆屬于非線性負載，在使用過程中會產生大量諧波并注入系統(tǒng)中，主要以5次、7次為主；如果不進行諧波治理，對電網(wǎng)造成嚴重的污染，也影響機房中其他敏感設備，比如導致通信數(shù)據(jù)錯誤，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)以往測量經(jīng)驗進行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產生，供電系統(tǒng)由2臺800kVA變壓器及其一臺800kW發(fā)電機組成，采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺150A并機實現(xiàn)，型號為ANAPF150-380/BGL，來自動跟蹤補償負載產生的諧波電流，保證整個系統(tǒng)可靠運行。

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

▲ 安裝現(xiàn)場：

圖4-2 安裝現(xiàn)場

3.2  ANAPF在辦公樓宇的應用

▲ 項目背景：

珠海橫琴口岸項目是臨時邊檢大樓的新建項目，為邊檢部門電氣設備提供可靠電力支持，對電能質量要求較高；用電設備主要是大功率UPS、LED顯示屏、空調、照明和報檢大廳動力設備等，會產生大量諧波，其諧波主要包括3、5、7、9次；不進行合理治理，將對其他電氣設備產生危害，如：大量的3次諧波造成中線過熱甚至發(fā)生火災；大量諧波造成變壓器局部嚴重過熱；繼電保護發(fā)生誤動作等。

▲ 治理方案：

根據(jù)以往測量經(jīng)驗進行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產生，該項目有1#、2#兩個配電站，1#配電站有2臺800kVA的變壓器，2#配電站有2臺1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝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行嵌入式安裝，1#配電站中#1和#2變壓器下安裝型號均為ANAPF75-380/BBL，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺型號為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機使用，保障了整個供電系統(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：

3.3  ANAPF在工業(yè)領域的應用

▲ 項目背景：

合肥日立建機是日立建機集團在zui大的生產基地，其主要負載是變頻器、電焊機和中頻爐等，這類負載屬于中污染設備，使用時電流變化很快，無功需求大，傳統(tǒng)無功柜跟不上負載變化速度，導致功率因數(shù)很低，造成無功罰款；同時又會產生大量諧波流入電網(wǎng)中，諧波電流在線路上流動會產生壓降，使得電壓也畸變嚴重，致使一些精度高的生產設備不能正常運行，影響公司的生產，導致產品質量下降，給客戶帶來嚴重的經(jīng)濟損失。

▲ 治理方案：

該項目共有6臺變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線側加裝ANAPF系列有源電力濾波器，型號為：ANPF200-380/BGL，既可補償諧波又可補償部分動態(tài)無功。同時，建議在變頻器的進線端加裝輸入電抗器，用來濾除部分變頻器諧波，以達到更好的治理效果。

▲ 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，會造成無功罰款；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)質量得到明顯改善，保護了生產線上設備的正常運行。

▲ 安裝現(xiàn)場：

3.4  ANAPF模塊化有源濾波器在其它行業(yè)的應用

軌道交通

城市軌道交通存在大量熒光燈、UPS電源、變頻器及軟啟動裝置，均會產生大量諧波，使得電力系統(tǒng)正弦波畸變，電能質量降低。諧波進行綜合治理，給交通、順暢帶來保障。

類似行業(yè)案例：、山東日照機場、南海三沙市機場、吉林站西廣場交通樞紐等。

行業(yè)主要是核磁共振機、CT機等設備會產生大量諧波，大量設備對供電電源的諧波質量要求非常高，如果不進行治理，很可能造成檢測數(shù)據(jù)誤差大，設備之間干擾不能正常工作，造成嚴重的事故。諧波治理后，降低了用電隱患。

類似行業(yè)案例：陜西榆林*人民、上海第二康復、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、軋機等，這些負載不僅容量大，而且大部分為感性負荷，在不使用無功補償裝置的情況下，功率因數(shù)低，且產生大量畸變的諧波，嚴重危害電力系統(tǒng)的運行和電氣設備經(jīng)濟地運行。

類似行業(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、演播中心這類場所，主要就是大量舞臺燈光、LED屏幕、高桿燈等設備產生諧波。使得電能質量變差，及時進行諧波治理可保障設備本身的使用效果，給用電帶來保障。

類似行業(yè)案例：蘇州澹臺湖會議中心、廣州文化宮、武漢市教育電視臺演播廳、岳陽市奧體中心及游泳館等。

位于無錫江陰市的生產基地--江蘇安科瑞電器制造有限公司是江蘇省技術企業(yè)、江蘇省兩化試點企業(yè)，現(xiàn)代化生產廠房面積達6萬，目前有5條自動貼裝（SMT）線、4條半自動電子組裝線、4條整機生產線、2條電量傳感器生產線、2條非標低壓成套電氣設備生產線，年生產電力儀表/測控裝置200萬臺，電量傳感器150萬只，非標電氣成套設備1萬臺套；生產過程運用的信息化管理系統(tǒng)，增強各職能部門的協(xié)同能力，以提高生產效率和產品交付能力，嚴格執(zhí)行ISO9001質量管理標準，為客戶提供從產品的咨詢、設計、生產到售后服務的全程質量及服務保障體系。安科瑞在主要城市設立了分公司和辦事處，當?shù)嘏渲娩N售、技術團隊，快速響應客戶需求，為用戶提供產品和服務。