徐霜
安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
1、引言
在LED大屏上,多電源分布式開關(guān)電源得到了廣泛應(yīng)用,其產(chǎn)生的諧波分量對電網(wǎng)和電氣設(shè)備造成的影響日益嚴重,如何抑制諧波分量成為一個備受關(guān)注的問題。
開關(guān)電源通常采用大功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件,按一定規(guī)律控制開關(guān),調(diào)整占空比以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。開關(guān)電源一般由整流器和濾波電容組成,交流輸入電壓進入濾波器、整流器和濾波電容后變換為直流輸出電壓。現(xiàn)今,開關(guān)電源正在逐漸向高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化發(fā)展。
2、LED顯示屏諧波產(chǎn)生原因
LED需要低壓直流驅(qū)動,因此顯示屏工程大量采用開關(guān)電源為顯示模塊提供驅(qū)動。為了降低低壓直流電流在各種輸送環(huán)節(jié)耗損,顯示屏配電一般采用大量小功率開關(guān)電源模塊,配置成分布式局部低壓直流供電模式。這種實現(xiàn)方法在解決了低壓傳輸損耗的同時,卻帶來了諧波污染和中線電流過大等問題。其原因有:
開關(guān)電源為典型的諧波源,其諧波含量非常高,其波形為斷續(xù)的尖峰波。由于一般使用的開關(guān)電源容量較?。ǖ湫偷陌咐秊槭痔犭娔X的電源),并沒有引起足夠的重視。但如果大量的開關(guān)電源同時工作,其產(chǎn)生的諧波將不可忽視,如果不加以處理,可能對供電網(wǎng)造成污染,對同一網(wǎng)內(nèi)的其他設(shè)備產(chǎn)生不可預(yù)知的危害。
常規(guī)三相近似平衡的負荷,其零線的正常電流一般小于相電流的30%。顯示屏系統(tǒng)無論怎么配置負荷分布,由于顯示畫面的變化,終會帶來瞬時三相不平衡。加之諧波電流的影響,其零線的電流可以達到相電流的280%。
3、LED顯示屏諧波產(chǎn)生的危害
諧波過大會導(dǎo)致零線電流過大,零線電流過大是一個嚴重的火災(zāi)隱患,因為零線上沒有過流保護裝置,不像相線上有保險等裝置,當電流過大時可以切斷電流。而當零線上電流過大時,只能任其溫度升高,加速電纜老化,甚至引起火災(zāi)。
諧波不僅表現(xiàn)為電流諧波,而且由于諧波電流對電網(wǎng)沖擊使供電電壓含有諧波,會使電壓波形奇變嚴重,可能對電網(wǎng)上其他敏感設(shè)備造成不良影響,甚至使其工作異常,帶來關(guān)聯(lián)的法律責任問題,例如同樓中某公司的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器因突然停電,造成損失。
4、ANAPF低壓有源濾波器在LED顯示屏中的應(yīng)用
某廣場大型戶外LED顯示屏,該顯示屏供電系統(tǒng)有850個30OW的開關(guān)電源分布式并聯(lián)運行,總功率共計250kw。開關(guān)電源是典型的諧波源,在工作時具有電流諧波畸變率高、諧波含量大、諧波頻譜寬、設(shè)備為容性負載、功率因數(shù)低等用電特性。當大量的開關(guān)電源集中使用時會導(dǎo)致中線電流過高,功率因數(shù)低,電流諧波畸變率高等現(xiàn)象,從而影響了LED顯示屏正常工作。
4.1諧波治理方案
基于該現(xiàn)場的特點,并聯(lián)安裝一臺ANAPF型電力有源濾波器,設(shè)備參數(shù)如下:
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 | 動態(tài)響應(yīng)<4ms,全響應(yīng)時間<20ms; | |||
開關(guān)頻率 | 10kHz | |||
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(fēng)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 | IP21 | |||
智能通信接口 | RS485/MODBUS-RTU | |||
遠程監(jiān)控 | 可選 | |||
重量(kg) | 三相四線 | 三相三線 | ||
30A、50A | 7、100A | 30A、50A | 7、100A | |
280 | 360 | 240 | 290 |
4.2 ANAPF有源濾波裝置諧波電流估算
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(fù)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。
根據(jù)估算值,現(xiàn)場選用一臺100A的ANAPF有源濾波器進行諧波治理。
4.3 ANAPF有源濾波器投入前后對比
4.3.1未安裝ANAPF有源濾波器時LED屏控制開關(guān)柜進線側(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)
未安裝有源濾波器時LED屏控制開關(guān)柜進線側(cè)zui大的總諧波電流含量98.4%,總諧波電壓畸變率8.4%,零線總諧波畸變率1724.3%。其中3次諧波為zui大諧波電流量,A相41.8A、B相41.7A、C相38A、零線電流122.2A,含諧波功率因數(shù)0.68,總諧波電壓嚴重超出國標380V低壓側(cè)諧波電壓畸變率THDu值≤5%的要求。較為嚴重的3次諧波電壓超出國標380V低壓側(cè)諧波電壓奇次畸變率THD≤4%的要求。
4.3.2 安裝有源濾波裝置后LED屏控制開關(guān)柜進線側(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)
投入安裝ANAPF有源濾波器后LED屏控制開關(guān)柜進線側(cè)zui大的總諧波電流含量降至51%,總諧波電壓畸變率降至3.1%,零線總諧波畸變率94.1%。3次諧波電流量A相1.4A、B相1.1A、C相1.8A、零線電流9.8A,含諧波功率因數(shù)提高至0.81。總諧波電壓畸變率THDu值降至3.3%。3次諧波電壓降至低于國標要求380V低壓側(cè)諧波電壓奇次畸變率THD≤4%的要求。
由上圖對比可見,ANAPF有源濾波器保護了LED供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行,防止過電流速斷保護的誤動作,有利于電網(wǎng)和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
5、ANAPF低壓有源濾波器的報價及主要元件清單
型號:ANAPF100-400/B | |||
參考價格:12萬元/臺 | |||
主要產(chǎn)品明細: | |||
序號 | 名 稱 | 型 號 | 數(shù)量 |
1 | APF電氣柜 | 800X600X2200 | 1 |
2 | 變流器 | APFCOV-CVT100 | 1 |
3 | 控制器 | APFMC-C100 | 1 |
4 | 電抗器 | APF-RE.(S)DG-100 | 1 |
5 | 有源電流互感器 | LT208-S7 | 3 |
6 | 濾波器 | DL-1TH1 | 2 |
7 | 斷路器 | CVS160FTM160D4P3D | 1 |
8 | 接觸器 | LC1D150M7C | 1 |
9 | 微型斷路器 | NDM1-63C32 | 1 |
10 | 中間繼電器 | MY4NAC | 2 |
11 | R型變壓器 | R320-0.38/0.22 | 1 |
12 | 諧波檢測儀 | ACR350EGH | 1 |
13 | 電線 | 16mm2 | 若干 |
14 | 電線 | 4mm2 | 若干 |
6、結(jié)語
隨著顯示屏幕規(guī)模的變大,顯示屏幕工程對電網(wǎng)造成的諧波污染已是一個不可輕視的問題。諧波帶來的各種危害已經(jīng)初步顯現(xiàn),由此引發(fā)的電網(wǎng)運行事故和法律關(guān)聯(lián)責任都可能隨時發(fā)生。本文通過分析LED顯示屏中諧波特性和危害,并通過實際應(yīng)用案例,分析了有源濾波器投入前后的情況,說明了有源濾波器的諧波治理技術(shù)是供電電能質(zhì)量的手段之一,可將產(chǎn)生的諧波控制在zui小范圍內(nèi),達到科學(xué)合理用電,抑制電網(wǎng)污染,提高電能質(zhì)量,保證設(shè)備安全運行的作用。
參考文獻:
[1] 王可亮,瞿世尊,陳?。_關(guān)電源的設(shè)計[J].電子元器件運用,2004 ,6 (3):17-19.
[2] 三相四線有源濾波器在上海世博會國家電網(wǎng)館LED顯示屏諧波治理中的應(yīng)用.
[3] 安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.
作者簡介:
徐霜,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電,: acrelxs :
《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計與應(yīng)用圖集》(圖集號:ACR13CDX701)由安科瑞電氣股份有限公司主編,本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點,依據(jù)電氣設(shè)計規(guī)范,研究供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題,達到供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運行的目的。圖集適用于新建、改建、擴建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計與改造。凡需要圖集的請?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、、、、等信息,傳真、郵件acrelxs或:至安科瑞徐霜工程師收,安科瑞電氣免費贈送。