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廠礦企業(yè)配電網(wǎng)低壓側(cè)并聯(lián)有源濾波裝置應(yīng)用及優(yōu)勢概述

瀏覽次數(shù):1167更新日期:2013-07-09

引言:近年來,許多廠礦企業(yè)大量使用可控硅整流和換流設(shè)備、電弧爐、中頻爐等諧波干擾源負(fù)荷設(shè)備,這些設(shè)備在吸收大量無功功率、降低用戶的功率因數(shù)的同時,也使諧波問題日趨嚴(yán)重。根據(jù)電力工業(yè)電能質(zhì)量方面的標(biāo)準(zhǔn)及管理規(guī)定,各地供電部門出臺了相應(yīng)的諧波限制準(zhǔn)則及措施,并對諧波污染嚴(yán)重的企事業(yè)單位進(jìn)行考核和治理。因此,濾除諧波、提高功率因數(shù)、延長設(shè)備壽命是這類企業(yè)節(jié)能降耗、提高生產(chǎn)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的當(dāng)務(wù)之急。

傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法是采用由電感和電容構(gòu)成的無源濾波裝置,該裝置與需補(bǔ)償?shù)姆蔷€性負(fù)載并聯(lián),在為諧波提供低阻通路的同時,也為負(fù)載提供了所需的無功功率。雖然無源濾波裝置具有簡單、方便的優(yōu)點(diǎn),但它也存在許多缺點(diǎn)。

有源電力濾波(active power filterAPF)裝置不僅可減小占地面積,而且可解決無源濾波裝置存在的問題。有源濾波與無源濾波存在著本質(zhì)區(qū)別,它是根據(jù)動態(tài)補(bǔ)償諧波的原理,應(yīng)用現(xiàn)代電力電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù),快速跟蹤諧波產(chǎn)生的諧波大小和特性,由裝置發(fā)出相應(yīng)頻率的反向電流,從而達(dá)到同時濾除多種成分諧波的目的。它一般由電子電力變流器構(gòu)成,具有半導(dǎo)體功率變流器的高可控性和快速響應(yīng)性。

1 ANAPF低壓有源濾波器在工廠中的應(yīng)用案例

1.1項(xiàng)目簡介

秦皇島某電子有限公司配電系統(tǒng)中接有5套整流變壓器,主要給10個熔化中頻電爐供電。該類設(shè)備采用12脈波晶閘管整流方式,在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生嚴(yán)重的非正弦畸變和大量高次諧波,對自身配電系統(tǒng)和公共電網(wǎng)造成嚴(yán)重干擾。同時,由于該非線性負(fù)載為感性的,使自身配電系統(tǒng)的功率因數(shù)惡化,10kV進(jìn)線側(cè)11次和13次諧波電流超出國家標(biāo)準(zhǔn)要求,進(jìn)而大大影響了配電系統(tǒng)和公共電網(wǎng)的電能質(zhì)量。如果不進(jìn)行諧波治理,不僅對該公司自身配電系統(tǒng)造成危害,而且會危及公共電網(wǎng)安全。

1.2 ANAPF濾波裝置原理

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)時檢測負(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)生一個和當(dāng)前諧波分量和無功分量對應(yīng)的反向分量并實(shí)時注入電力系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)諧波治理和無功補(bǔ)償。

原理如下圖:

1.3方案設(shè)計(jì)

10kV高壓系統(tǒng)分4段和5段母線,每段母線的有源電力濾波器容量為450A,使用型號為ANAPF100-400/B的濾波器3臺并聯(lián),通過0.4kV/10kV的諧波變壓器將諧波送至10kV側(cè)與負(fù)載諧波疊加,達(dá)到與電網(wǎng)諧波抵消的作用。

濾波器投運(yùn)后系統(tǒng)圖

1.4治理前后諧波電流頻譜對比圖:

         

 

 

 

 

1.5治理效果

10kV母線4段和5段使用兩套有源電力濾波器裝置進(jìn)行治理后,系統(tǒng)諧波得到了很好的抑制,*將11次、13次諧波限制在國家標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi),提升供電系統(tǒng)的供電可靠性,了系統(tǒng)諧波對電網(wǎng)系統(tǒng)影響的隱患,收到了良好效果,達(dá)到電網(wǎng)電能質(zhì)量的目的。

2 ANAPF有源濾波器簡介

2.1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(bǔ)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

功能設(shè)置

只補(bǔ)償諧波、只補(bǔ)償無功、既補(bǔ)償諧波又補(bǔ)償無功;手動、自動切換。

諧波補(bǔ)償次數(shù)

2-21次

保護(hù)類型

直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護(hù)

過載保護(hù)

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(yùn)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(jìn)出線方式

下進(jìn)下出

防護(hù)等級

IP21

智能通信接口

RS485/MODBUS-RTU

遠(yuǎn)程監(jiān)控

可選

外形尺寸(mm)

(W×D×H)

30A

50A

7

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

7、100A

30A、50A

7、100A

280

360

240

290

說明:

1、可以通過實(shí)測數(shù)據(jù)確定補(bǔ)償電流,或通過電力系統(tǒng)詳細(xì)信息(單線圖、變壓器、負(fù)荷情況等)計(jì)算出補(bǔ)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)。

2.2 ANAPF有源濾波器報價及元件清單

型號:ANAPF100-400/B

參考價格:12萬元/

主要產(chǎn)品明細(xì):

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

 

3并聯(lián)型ANAPF應(yīng)用優(yōu)勢

1)濾除諧波

 ANAPF濾波范圍廣、濾波效率高,濾除率可達(dá)92%以上:無源濾波設(shè)備是利用補(bǔ)償容量,針對固定次諧波設(shè)置LC濾波支路,而對它次諧波濾除效果較差;針對該系統(tǒng)工況諧波成分非常復(fù)雜,而系統(tǒng)功率因數(shù)已較高?;ㄑa(bǔ)償容量太小,根本無法設(shè)置特定的LC濾波支路來保證各次濾除率達(dá)到要求。尤其是系統(tǒng)2次諧波含量較大,而根據(jù)LC濾波支路的原理,2次諧波阻抗和基波幾乎相同,濾除率低。

2)防止諧波放大,抑制諧振功能

ANAPF無儲能原件,不受系統(tǒng)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生變化是的影響,不會與系統(tǒng)發(fā)生諧振;無源濾波設(shè)備,設(shè)置高次濾波支路將會對低次諧波放大,而系統(tǒng)2~13次諧波含量均較大,設(shè)置的濾波支路易對其他次諧波造成放大;無法適用系統(tǒng)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)不一致或發(fā)生的變化,存在與系統(tǒng)發(fā)生諧振的風(fēng)險。

3)其他

ANAPF響應(yīng)時間小于10ms,延遲時間小于100us;無功補(bǔ)償可編程,即可補(bǔ)容性無功,也可補(bǔ)感性無功;帶載能力強(qiáng),自動限流,不會發(fā)生過載,使用壽命高;體積小,易于安裝; 無源濾波設(shè)備動態(tài)響應(yīng)慢;只能補(bǔ)容性無功;限于LC器件特性,長時間運(yùn)行后,LC參數(shù)可能會發(fā)生變化;體積大,調(diào)試較復(fù)雜。

4結(jié)論

1本文設(shè)計(jì)的模塊化并聯(lián)型有源濾波裝置是可用于低壓配電系統(tǒng)的新型濾波補(bǔ)償裝置。該裝置自身可同時補(bǔ)償系統(tǒng)的高次諧波和基波無功功率,具有高度的自適應(yīng)性,且濾波精度高、補(bǔ)償效果好。

2該裝置自身各項(xiàng)保護(hù)功能完善,可抑制因系統(tǒng)參數(shù)改變而產(chǎn)生的并聯(lián)或串聯(lián)諧振,還可防止無功過補(bǔ)償?shù)取?/span>

3在企業(yè)原有的電容器無功補(bǔ)償裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行了改造,設(shè)計(jì)的由電容和有源濾波裝置構(gòu)成的濾波與無功功率混合補(bǔ)償系統(tǒng),節(jié)約了用戶投資成本,縮短了工期,為低壓配電網(wǎng)的諧波治理工程提供了的補(bǔ)償裝置,具有良好的應(yīng)用價值和應(yīng)用前景。

4有源濾波裝置模塊單體容量的擴(kuò)大及其電壓等級的進(jìn)一步提高可作為今后研究的方向。

【參考文獻(xiàn)】

[1] GB/T 14549-1993 《電能質(zhì)量:公用電網(wǎng)諧波》

[2] 羅世國.無源電力濾波器的補(bǔ)償特性及其存在的問題分析[J].電網(wǎng)技術(shù),2004,2822):40-43

[3] 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.

 

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