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。

    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。

   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：

    4）ANAPF所有正常情況下不帶電的金屬外殼均應根據(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。

   學校：實驗室、機房、網(wǎng)絡中心等。

   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、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)。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。

   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