鋼廠模塊化有源濾波器方案 是采用現代電力電子技術和基于高速DSP器件的數字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩個主要部分組成。

1、模塊化有源濾波器概述

1.1 諧波的產生

電力系統中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz的正弦波，但是非線性電力設備 （大功率可控硅、變頻器、UPS、開關電源、中頻爐等）的廣泛應用產生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數分解，其中頻率與工頻相同的分量為基波，頻率是基波頻率整數倍的分量為諧波。諧波是電能質量的指標。

1.2 諧波的危害

●  諧波使公用電網中的元件產生附加的損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災。

●  諧波會影響電氣設備的正常工作，使電機產生機械振動和噪聲等；使變壓器局部嚴重過熱；使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致損壞。

●  引起電網諧振，使得諧波電流放大幾倍甚至數十倍，會對系統，特別是對電容器和與之串聯的電抗器形成很大的威脅，經常使電容器和電抗器燒毀。

●  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損失。諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經濟損失。

●  臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設備產生干擾，輕則產生噪聲、降低通信質量、計算機無法正常工作，重則導致信息丟失，使工控系統崩潰。

1.3 產品效益

有源濾波裝置之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源（用以補償主電路的諧波），其應用可克服LC濾波器等傳統的諧波抵制和無功補償方法的缺點（傳統的只能固定補償），實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功。

●  使諧波指標滿足標準，避免供電部門罰款或中斷供電；

●  降低變壓器損耗；

●  減少諧波污染，降低諧波對自動控制裝置、電能計量裝置、繼電保護裝置的干擾，保證供配電系統穩定運行；

●  避免諧波過電壓和諧波過電流對電氣設備的危害，延長設備使用壽命；

●  節能降耗，提高功率因數，節約電費，避免罰款。

1.4 執行標準

GB/T14549-1993 《電能質量：公用電網諧波》

GB/T15543-2008 《電能質量：三相電壓不平衡度》

GB/T12325-2008 《電能質量：供電電壓偏差》

GB/T12326-2008 《電能質量：電壓波動和閃變》

GB/T18481-2001 《電能質量：暫時過電壓和瞬態過電壓》

GB/T15945-2008 《電能質量：電力系統頻率偏差》

GB17625.1-2012 《電磁兼容 限值 諧波電流發射限值》

GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補償裝置》

2、產品介紹 鋼廠模塊化有源濾波器方案

有源電力濾波器的優點

1、智能操作系統

友好的人機界面，強大的智能并機功能，靈活的在線升級功能。

2、I型三電平NPC拓撲結構

三電平結構比傳統的二電平逆變電路多了一個電平，IGBT開關頻率高達20kHz，輸出波形更接近正弦，輸出電流紋波更小，諧波補償效果更好。

3、模塊化設計

模塊化、體積小、靈活擴容，安裝時無需吊機、叉車等大型設備，省時、省力。

4、靈活穩定

任意容量組合并機，單柜容量可達500A，滿足不同容量需求。任意模塊出現問題，其余模塊都能夠正常運行。

5、良好的人機交互體驗

采用5.6寸高亮度工業級觸摸屏，的人機界面設計，操作簡單快捷。

6、數據監測

用戶可清晰了解如補償前后系統波形圖、頻譜圖、電流值大小、THDi、THDu、功率因數、有功功率、無功功率、視在功率等系統的電能質量改善情況。

7、獨立風道

采用*的多層空間散熱設計，可隔絕環境粉塵粘附，提高產品散熱效率，設計過程中無需額外考慮環境因素，能夠適應不同的環境系統。

8、智能風冷，低噪聲

根據IGBT溫度對風扇進行智能調速，電流小時噪聲低 。

9、溫度監測

通過觸摸屏對所有IGBT溫度進行實時顯示 ，當溫度過高時會發出過溫警報，自動停機停止補償。

10、各種保護

APF具備各種保護功能：過壓、欠壓、過流、過熱、相序異常等。

2.1 模塊化有源濾波器工作原理

有源濾波裝置，是采用現代電力電子技術和基于高速DSP器件的數字信號處理技術制成的新型電力諧波治理專用設備。它由指令電流運算電路和補償電流發生電路兩個主要部分組成。指令電流運算電路實時監視線路中的電流，并將模擬電流信號轉換為數字信號，送入高速數字信號處理器（DSP）對信號進行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調制（PWM）信號形式向補償電流發生電路送出驅動脈沖，驅動IGBT或IPM功率模塊，生成與電網諧波電流幅值相等、極性相反的補償電流注入電網，對諧波電流進行補償或抵消，主動消除電力諧波。

APF有源濾波器 廣東壁掛式有源濾波柜廠家供應并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。其原理為：ANAPF系列板載式動態補償無功有源電力濾波器通過CT采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

圖2-1  ANAPF系列原理圖

2.2 模塊化有源濾波器產品特點

●  DSP+FPGA全數字控制方式，具有快的響應時間，的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩定；

●  一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～31次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

●  具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

●  模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

●  采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

●  輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統的影響；

●  多機并聯，達到較高的電流輸出等級；

●  擁有自主技術。

針對既能濾除諧波又能進行無功補償，很多電容器廠家采用一種經濟型濾波兼無功補償方式，針對5次、7次不同諧波進行濾波，采用設計的濾波電抗器和濾波電容器組成單調諧式濾波支路，在濾除諧波的同時，又能補償無功功率，提高功率因數，使企業的功率因數提高到0.95以上。達到明顯的節能效果，電網諧波污染。
2.3 主要技術參數

2.4 抽屜柜有源電力濾波器產品型號及說明

電力諧波動態治理方法通過控制基波電流與諧波電流的特征值和關聯度，吸收諧波電流補償基波、降低基波電流和電流有效值，適用于紡織廠多機臺、大功率、負荷變化復雜場所，治理效果較好。投入使用后可以使低壓母線側有效電流降低5%以上，低壓母線側5次諧波電流值下降50%以上，并能提高整個電網的電能質量，提高功率因數，減少電力安全事故。企業的電能利用率提高5%，可減少變壓器負荷或在變壓器不增容的情況下增加安裝機臺。
3、模塊化有源濾波器

應用案例

3.1  貴州模塊化有源濾波器在數據機房的應用

▲ 項目背景：

常熟智慧城市是一個市民卡信息中心，其中包括大型數據機房，對電能質量要求非常高；為了提高供電可靠度，采用大量的UPS作為設備電源，機房內還包含空調設備、照明設備等。此類電力電子設備皆屬于非線性負載，在使用過程中會產生大量諧波并注入系統中，主要以5次、7次為主；如果不進行諧波治理，對電網造成嚴重的污染，也影響機房中其他敏感設備，比如導致通信數據錯誤，甚至癱瘓、中斷，降低了配電系統的性、可靠性。

▲ 治理方案：

根據以往測量經驗進行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產生，供電系統由2臺800kVA變壓器及其一臺800kW發電機組成，采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝300A有源電力濾波器，由兩臺150A并機實現，型號為ANAPF150-380/BGL，來自動跟蹤補償負載產生的諧波電流，保證整個系統可靠運行。

▲ 治理效果：

圖4-1治理之前A、B、C、N相電流波形和電流頻譜

由圖可以看出，治理前，N線電流較大，3次、5次、7次等諧波頻次含量較大；治理后，N線電流明顯降低、各次諧波電流得到抵制，提高了供電系統的穩定性，了諧波對通信系統影響的危害，收到了良好的運行效果。

▲ 安裝現場：

圖4-2 安裝現場

3.2  ANAPF在辦公樓宇的應用

▲ 項目背景：

珠海橫琴口岸項目是臨時邊檢大樓的新建項目，為邊檢部門電氣設備提供可靠電力支持，對電能質量要求較高；用電設備主要是大功率UPS、LED顯示屏、空調、照明和報檢大廳動力設備等，會產生大量諧波，其諧波主要包括3、5、7、9次；不進行合理治理，將對其他電氣設備產生危害，如：大量的3次諧波造成中線過熱甚至發生火災；大量諧波造成變壓器局部嚴重過熱；繼電保護發生誤動作等。

▲ 治理方案：

根據以往測量經驗進行諧波分析與估算，諧波主要由UPS和一些非線性直流電源產生，該項目有1#、2#兩個配電站，1#配電站有2臺800kVA的變壓器，2#配電站有2臺1000KVA的變壓器，分別采用集中治理方案，在每臺變壓器下加裝ANAPF系列有源電力濾波器，由于安裝空間有限，選擇我司壁掛式有源電力濾波器進行嵌入式安裝，1#配電站中#1和#2變壓器下安裝型號均為ANAPF75-380/BBL，2#配電站中#1和#2變壓器下安裝均為2臺型號為ANAPF60-380/BBL的有源電力濾波器并機使用，保障了整個供電系統的穩定性。

▲ 治理效果：

圖4-4治理之后電流波形和各次諧波電流畸變率

治理前電流波形發生畸變，三相電流畸變率分別為10.8%、11.1%、12.5%；在加裝ANAPF系列有源電力濾波器后電流波形趨向正弦波，各次諧波得到抵制，電流畸變率明顯降低，三相電流畸變率降至4.0%、4.1%、4.4%。

▲ 安裝現場：

3.3  ANAPF在工業領域的應用

▲ 項目背景：

合肥日立建機是日立建機集團在zui大的生產基地，其主要負載是變頻器、電焊機和中頻爐等，這類負載屬于中污染設備，使用時電流變化很快，無功需求大，傳統無功柜跟不上負載變化速度，導致功率因數很低，造成無功罰款；同時又會產生大量諧波流入電網中，諧波電流在線路上流動會產生壓降，使得電壓也畸變嚴重，致使一些精度高的生產設備不能正常運行，影響公司的生產，導致產品質量下降，給客戶帶來嚴重的經濟損失。

▲ 治理方案：

該項目共有6臺變壓器，均采用集中治理方案，在變壓器的出線側加裝ANAPF系列有源電力濾波器，型號為：ANPF200-380/BGL，既可補償諧波又可補償部分動態無功。同時，建議在變頻器的進線端加裝輸入電抗器，用來濾除部分變頻器諧波，以達到更好的治理效果。

▲ 治理效果：

由圖4-5和圖4-6可以看出，治理前，電流波形失真十分嚴重，三相電流畸變率分別為21.3%、25.0%、28.0%，主要以5次、7次、11次等符合6n±1次特性的諧波為主，功率因數約0.83左右，會造成無功罰款；加裝ANAPF系列有源電力濾波器后，電流波形已經趨向正弦波，三相電流畸變率分別為2.6%、2.6%、2.6%，主要頻次諧波得到抵制，功率因數也都到很明顯的提高。此次諧波治理，電網質量得到明顯改善，保護了生產線上設備的正常運行。

▲ 安裝現場：

3.4  ANAPF模塊化有源濾波器在其它行業的應用

軌道交通

城市軌道交通存在大量熒光燈、UPS電源、變頻器及軟啟動裝置，均會產生大量諧波，使得電力系統正弦波畸變，電能質量降低。諧波進行綜合治理，給交通、順暢帶來保障。

類似行業案例：、山東日照機場、南海三沙市機場、吉林站西廣場交通樞紐等。

行業主要是核磁共振機、CT機等設備會產生大量諧波，大量設備對供電電源的諧波質量要求非常高，如果不進行治理，很可能造成檢測數據誤差大，設備之間干擾不能正常工作，造成嚴重的事故。諧波治理后，降低了用電隱患。

類似行業案例：陜西榆林*人民、上海第二康復、滁州市第二人民、安徽六安第六人民等。

冶金

冶金行業中大量使用了電弧爐、加熱爐、軋機等，這些負載不僅容量大，而且大部分為感性負荷，在不使用無功補償裝置的情況下，功率因數低，且產生大量畸變的諧波，嚴重危害電力系統的運行和電氣設備經濟地運行。

類似行業案例：江蘇省鑌鑫特鋼材材料有限公司、宇東能源化工基地等。

體育館、演播廳

體育館、演播中心這類場所，主要就是大量舞臺燈光、LED屏幕、高桿燈等設備產生諧波。使得電能質量變差，及時進行諧波治理可保障設備本身的使用效果，給用電帶來保障。

類似行業案例：蘇州澹臺湖會議中心、廣州文化宮、武漢市教育電視臺演播廳、岳陽市奧體中心及游泳館等。

位于無錫江陰市的生產基地--江蘇安科瑞電器制造有限公司是江蘇省技術企業、江蘇省兩化試點企業，現代化生產廠房面積達6萬，目前有5條自動貼裝（SMT）線、4條半自動電子組裝線、4條整機生產線、2條電量傳感器生產線、2條非標低壓成套電氣設備生產線，年生產電力儀表/測控裝置200萬臺，電量傳感器150萬只，非標電氣成套設備1萬臺套；生產過程運用的信息化管理系統，增強各職能部門的協同能力，以提高生產效率和產品交付能力，嚴格執行ISO9001質量管理標準，為客戶提供從產品的咨詢、設計、生產到售后服務的全程質量及服務保障體系。安科瑞在主要城市設立了分公司和辦事處，當地配置銷售、技術團隊，快速響應客戶需求，為用戶提供產品和服務。