ANAPF安科瑞有源濾波監(jiān)控裝置 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)濟運行有著非常積極的意義。諧波測量是諧波問題中的一個重要分支，對抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導作用。

ANAPF安科瑞有源濾波監(jiān)控裝置

1 電能質(zhì)量與諧波

1.1 諧波的產(chǎn)生

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*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)濟運行有著非常積極的意義。諧波測量是諧波問題中的一個重要分支，對抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導作用。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。---ANAPF安科瑞有源濾波監(jiān)控裝置

主要諧波產(chǎn)生源如下表：

 

1.2 諧波的危害

1.2.1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)。

1.2.2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。

1.2.3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。

1.2.4使繼電保護誤動作，電氣測量誤差過大。

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(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。

1.2.5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；重則導致信息丟失，使工控系統(tǒng)崩潰。

 

1.3 諧波治理依據(jù)的國家標準

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》

GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》

 

2 有源電力濾波裝置

2.1 型號說明    

2.2 產(chǎn)品外形尺寸 （單位：mm）

2.3 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：

2.4 主要技術(shù)特點

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

l         *的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；

l         一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；

l         模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試；

l         便利的并聯(lián)設(shè)計，方便擴容；

l         具有完善的橋臂過流、保護功能；

l         使用方便，易于操作和維護。

 

2.5 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%
動態(tài)補償響應(yīng)時間	全響應(yīng)時間＜20ms；
開關(guān)頻率	10kHz
功能設(shè)置	只補償諧波、只補償無功、既補償諧波又補償無功；手動、自動切換。
諧波補償次數(shù)	2-21次
保護類型	直流過壓　IGBT過流　裝置溫度保護
過載保護	自動限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載
冷卻方式	智能風冷
噪音	＜ 65db（處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài)）
工作環(huán)境溫度	-10℃～+45℃
工作環(huán)境濕度	＜85%RH 不凝結(jié)
安裝場合	室內(nèi)安裝
海拔高度	≤1000m（更高海拔需降容使用）
進出線方式	下進下出
防護等級	IP20
智能通信接口	外加模塊
遠程監(jiān)控	可選
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、可以通過實測數(shù)據(jù)確定補償電流，或通過電力系統(tǒng)詳細信息（單線圖、變壓器、負荷情況等）計算出補償電流； 2、三線系統(tǒng)需配置2個或3個CT（用于A相和C相），四線系統(tǒng)需要配置3個CT（用于A相、B相和C相）。

 

2.6 濾波方案選擇框圖

2.7 安裝技術(shù)要求

2.7.1 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：

變電所平面布置圖

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。

 

2.7.2 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

 

2.8 主要應(yīng)用范圍及場合

1）機場：主控室、計算機房、廣播系統(tǒng)、EIB燈光調(diào)光系統(tǒng)等。

2）醫(yī)院：ICU（重癥監(jiān)護室）、MRI（磁共振成像）、手術(shù)室、醫(yī)學成像室、放療科等。

3）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。

4）學校：精密實驗室、機房、網(wǎng)絡(luò)中心等。

5）研究所：精密儀器、機房、高精密設(shè)備集中區(qū)域等。

6）大型商場：解決由于節(jié)能燈大量應(yīng)用造成的諧波問題。

7）銀行：計算機中心、營業(yè)部計算機、安防系統(tǒng)等。

8）稅務(wù)、工商：大型計算機中心等。

9）電信機房：移動基站

10）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。

11）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。

 

3.1.1 命名規(guī)則

3.1.2 外形尺寸（單位：mm）

 

3.1.3 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)。考慮到產(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。

3.2.1 命名規(guī)則

 

3.2.2 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。

 

3.3.1 命名規(guī)則

3.3.2 外形尺寸（單位：mm）

 

3.3.3 產(chǎn)品特點

l         鐵心采用低損耗硅鋼片；

l         線圈采用銅箔或鋁箔繞制；

l         絕緣采用H級，使用壽命更長，安全系數(shù)更高；

l         功率范圍寬：單臺可從15A到100A。

 

3.4 人機操作界面APF-HMI

APF柜在工作時，系統(tǒng)可以監(jiān)測其網(wǎng)側(cè)電流、APF橋臂電流以及負載側(cè)電流，用戶可以通過HMI來對APF的運行模式進行設(shè)置，對于運行中出現(xiàn)的問題，可以產(chǎn)生對應(yīng)的事件記錄。HMI就是我司針對電力系統(tǒng)，工礦企業(yè)，公用設(shè)施,智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計的一種智能儀表，它采用高亮度TFT-LCD彩屏顯示界面，通過面板按鍵來實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，集成全部電力參數(shù)的測量、全面的電能計量和考核管理、多種電力質(zhì)量參數(shù)的分析。

 

3.4.1 外形尺寸（單位：mm）

3.4.2 產(chǎn)品特點

l         可直接從電壓、電流互感器接入信號，并可任意設(shè)置PT/CT變比；

l         四象限電能計量、復費率電能統(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；

l         4.7''大屏幕TFT-LCD彩屏顯示480X272 16位色；

l         可配置SD卡記錄各種故障信息和多達200條的SOE事件記錄；

l         帶開關(guān)量輸入輸出，實現(xiàn)遙信和遙控功能；

l         可實現(xiàn)過壓、欠壓、過流、不平衡等報警功能，帶有兩路報警繼電器輸出；

l         可選配以太網(wǎng)、Profibus等各種通訊接口。

 

3.4.3 技術(shù)參數(shù)

 

3.4.4 接線端子

3.5 電流采樣互感器

3.5.1 型號說明

3.5.2 規(guī)格尺寸

 

3.5.3 規(guī)格參數(shù)對照表

                                                                                                                                                                      

 

4 應(yīng)用方案

附錄

諧波抑制及治理的容量設(shè)計

1 諧波電流估算

諧波是由非線性設(shè)備產(chǎn)生的，而每種設(shè)備的實際工作狀態(tài)都不同。因此實際諧波電流需采用專門設(shè)備進行測量，考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟性，設(shè)計諧波治理裝置的額定諧波補償電流應(yīng)略大于系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電流本身的測量與計算比較復雜，況且在設(shè)計時往往很難采集到足夠的電氣設(shè)備使用中的諧波數(shù)據(jù)，可以根據(jù)下列公式以對諧波電流進行估算。

 

其中K1為負荷率：即負荷占變壓器額定容量的比例，通常取0.7-0.8；

     K2為諧波系數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)場合不同而不同；

     ST為變壓器額定容量，單位kVA；

     US為低壓系統(tǒng)電壓，一般取0.4。

 

2 諧波補償裝置容量選型

    補償電流選擇原則：根據(jù)估算得到諧波電流值。

    如采用無源諧波抑制，可根據(jù)無功容量每千乏（kvar）折算成電流后按0.2-0.3的系數(shù)折算成諧波抑制電流，如100kvar消諧式無功補償電流為144A，按系數(shù)0.2折算即抑制28.8A的諧波電流。

    如采用有源濾波裝置，可根據(jù)濾波方案選擇框圖中的估算值進行設(shè)計選型。

    例：某公司配電變壓器容量為150kVA，變壓器變比為10/0.4kV，K1取值為0.8，K2取值為25%，試求選用電流等級為多少的有源濾波器即可滿足抑制諧波的需要。

根據(jù)電流諧波公式為：

考慮到要有一定有裕量，選用50A的有源電力濾波器

故選用容量為35KVA的有源濾波器即可滿足抑制諧波的需求。

諧波限值

國標GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值見下表：

公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值

 

注入公共連接點的諧波電流允許值

 

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