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(dòng)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(jì)運(yùn)行,給同一網(wǎng)絡(luò)的線性負(fù)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、研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對(duì)供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積的意義。諧波測(cè)量是諧波問題中的一個(gè)重要分支,對(duì)抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對(duì)諧波的測(cè)量和分析是電力系統(tǒng)分析和控制中的一項(xiàng)重要工作,是繼電保護(hù)、故障測(cè)量等工作開展的重要前提。 主要諧波產(chǎn)生源如下表: 名 稱 | 所屬行業(yè) | 變頻裝置 | 商業(yè)、市政、民用、公用事業(yè)、工礦企業(yè)等 | UPS、開關(guān)電源、逆變電源 | 公用事業(yè)、商業(yè)、電子、通信等 | 地鐵、輕軌、充電站(樁) | 交通 | 單(多)晶硅生產(chǎn)設(shè)備、中頻爐 | 制造業(yè) | 電弧爐、交流弧焊機(jī)、感應(yīng)加熱裝置 | 機(jī)械、能源、化工 | 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(huì)使線路過熱,甚至引起火災(zāi)。 ♦影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。 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(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。 ♦使繼電保護(hù)誤動(dòng)作,電氣測(cè)量誤差過大。 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,給用電管理部門或電力用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。 ♦使工控系統(tǒng)崩潰。 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)的國(guó)家標(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(dòng)和閃變》 GB/T18481-2001 《電能質(zhì)量:暫時(shí)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(bǔ)償裝置總技術(shù)條件》 2 有源電力濾波裝置 2.1 型號(hào)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(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)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(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。 原理如下圖: 2.3 主要技術(shù)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?,精度更高、運(yùn)行更穩(wěn)定; 一機(jī)多能,既可補(bǔ)諧波,又可兼補(bǔ)無功; 模塊化設(shè)計(jì),便于生產(chǎn)調(diào)試; 便利的并聯(lián)設(shè)計(jì),方便擴(kuò)容; 具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能; 使用方便,易于操作和維護(hù)。 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(biāo)準(zhǔn)柜式結(jié)構(gòu),安裝時(shí)應(yīng)避免倒置或平放,外形尺寸由所選諧波補(bǔ)償電流值決定,平面布置形式一般由諧波電流補(bǔ)償點(diǎn)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(hù),背面維護(hù)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(hù)。 3)電氣設(shè)計(jì)人員在考慮系統(tǒng)接線及平面布置時(shí)應(yīng)注意將ANAPF的補(bǔ)償接入點(diǎn)盡量靠近補(bǔ)償對(duì)象,并處于采樣CT的上游,或在末端預(yù)留空間供設(shè)計(jì)安裝,CT采樣處下游不能包含容性負(fù)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(jì)要求的接地制式(TN-S、TN-C-S、TT等)嚴(yán)格做好相應(yīng)的保護(hù)接零或保護(hù)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(fù)載。 2)互感器與ANAPF的接線如下圖所示: 3)注意互感器的進(jìn)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(chǎng)合 機(jī)場(chǎng):主控室、計(jì)算機(jī)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(hù)室)、MRI(磁共振成像)、手術(shù)室、醫(yī)學(xué)成像室、放療科等。 劇場(chǎng)、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:精密實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)中心等。 研究所:精密儀器、機(jī)房、高精密設(shè)備集中區(qū)域等。 大型商場(chǎng):解決由于節(jié)能燈大量應(yīng)用造成的諧波問題。 銀行:計(jì)算機(jī)中心、營(yíng)業(yè)部計(jì)算機(jī)、安防系統(tǒng)等。 稅務(wù)、工商:大型計(jì)算機(jī)中心等。 電信機(jī)房:移動(dòng)基站。 工廠:生產(chǎn)線的PLC、計(jì)算機(jī)控制設(shè)備、機(jī)床、PCS系統(tǒng)、計(jì)量/稱重系統(tǒng)等。 電視臺(tái):圖像設(shè)備、調(diào)光設(shè)備、計(jì)算機(jī)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(hào)處理器)、FPGA邏輯器件、AD信號(hào)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(hào)的采集和處理、指令電流的計(jì)算、開關(guān)電路的生成、PWM信號(hào)的輸出、系統(tǒng)對(duì)外通訊與系統(tǒng)保護(hù)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(biāo)。 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(chǔ)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(chǔ)能電容充電,使母線電壓維持在某個(gè)穩(wěn)定的值,在這個(gè)過程中變流器主要工作在整流狀態(tài),當(dāng)主電路產(chǎn)生補(bǔ)償電流時(shí),變流器又工作在逆變狀態(tài)??紤]到產(chǎn)品是在電網(wǎng)中長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的,因此直流支撐電容采用薄膜電容,功率模塊采用德國(guó)原裝產(chǎn)品,以確保整機(jī)質(zhì)量。變流器的選擇根據(jù)補(bǔ)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(diǎn) 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(jí),使用壽命更長(zhǎng),安全系數(shù)更高; 功率范圍寬:?jiǎn)闻_(tái)可從15A到100A。 |