小型益平坦滤波器GFF耦合

来源：上海优联创科技有限公司 时间：2024-06-14 11:59:04 [举报]

安科瑞有源电力滤波器在通信行业中的应用 安科瑞鲍静君
摘要：随着通信行业的迅猛发展，大量使用UPS、开关电源及变频设备等非线性负载，在使用过程中会产生大量的谐波电流，给配电系统带来严重的污染，不仅会影响配电系统安全运行，还会引起其他设备的不稳定，为此，安科瑞有源电力滤波器为通信行业电能治理，为电力系统保驾。
1、通信行业谐波源分析
（1）UPS不间断电源
目前移动通信机房大量使用的UPS多为三相全控桥6脉冲可控硅整流方式，单套容量大，其谐波电流畸变率大25%~35%之间，主要谐波为5、7、11、13次谐波。
（2）开关电源
开关电源是移动通信机房应用多的设备，其特点是单元容量比较小，输入端采用整流电路，致使电流波形产生畸变，其谐波电流畸变率大30%~60%之间，不同的开关电源谐波含量差别比较大。
（3）计算机设备
电路中的开关器件及感性负载工作于高频开关状态而产生脉冲，计算机设备产生谐波以3次、5次和7次为主。
2、通信行业的电能质量问题及危害
移动通信设备对电能质量要求，移动通信机房作为移动公司的核心区域，配电系统和用电设备安全可靠运行，一旦发生电气事故造成停电或设备故障造成停机，造成的经济损失和社会影响很难估量。
非线性设备在使用过程中会产生大量的谐波，导致电压、电流波形发生畸变，严重影响机房供电安全,诸如电缆发热、备用柴油发电机组无常投切、IT设备寿命降低、控制设备工作异常、保护开关误动作、无功补偿装置不能正常投切等。
3. 通信行业谐波治理解决方案
针对于以上通信行业谐波污染情况，经测试及分析，建议加装有源电力滤波器，经过实际应用效果证实其性能，避免由谐波给数据机房带来的严重影响，供电系统稳定性、安全性。
3.1 ANAPF有源电力滤波器在数据机房的应用
3.1.1 项目背景
常熟智慧城市是一个市民卡信息中心，其中包括大型数据机房，对电能质量要求非常高；为了提高供电可靠度，采用大量的UPS作为设备电源，机房内还包含空调设备、照明设备等。此类电力电子设备皆属于非线性负载，在使用过程中会产生大量谐波并注入系统中，主要以5次、7次为主；如果不进行谐波治理，对电网造成严重的污染，也影响机房中其他敏感设备，比如导致通信数据错误，甚至瘫痪、中断，降低了配电系统的安全性、可靠性。
3.1.2治理方案
根据以往测量经验进行谐波分析与估算，谐波主要由UPS和一些非线性直流电源产生，供电系统由2台800kVA变压器及其一台800kW发电机组成，采用集中治理方案，在每台变压器下加装300A有源电力滤波器，型号为 ANAPF300-380/BGL，来自动跟踪补偿负载产生的谐波电流，整个系统安全可靠运行。
3.1.3治理效果

图3-1治理前电流波形和各次谐波柱状图

图3-2治理后电流波形和各次谐波柱状图
由上图可以看出，治理前，N线电流较大，3次、5次、7次等谐波频次含量较大；治理后，N线电流明显降低、各次谐波电流得到有效抑制，提高了供电系统的稳定性，消除了谐波对通信系统影响的危害，收到了良好的运行效果。
3.1.4安装现场

3.2安科瑞有源电力滤波器介绍
3.2.1 基本原理
ANAPF系列有源电力滤波器并联在含谐波负载的低压配电系统中，能够对动态变化的谐波电流进行快速实时的跟踪和补偿。其原理为：ANAPF系列有源电力滤波器通过CT采集系统谐波电流，经控制器快速计算并提取各次谐波电流的含量，产生谐波电流指令，通过功率执行器件产生与谐波电流幅值相等方向相反的补偿电流，并注入电力系统中，从而抵消非线性负载所产生的谐波电流。

图3-3 ANAPF有源电力滤波器原理图

3.2.2主要技术参数

3.2.3 产品特点
● DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间，的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；
● 一机多能，既可补谐波，又可兼补无功，可对2～51次谐波进行全补偿或特定次谐波进行补偿；
● 具有完善的桥臂过流保护、直流过压保护、装置过温保护功能；
● 模块化设计，体积小，安装便利，方便扩容，可满足不同工况的需求；
● 受电网阻抗的影响不大，没有与电网阻抗发生谐振隐患；
● 输出端加装滤波装置，降低高频纹波对电力系统的影响；
● 拥有自主技术。
4、结论
本文分析了通信行业中谐波存在源、谐波特性以及危害，介绍了ANAPF低压有源滤波器的特点以及技术参数，并通过某城市数据机房的应用案例，对析了有源滤波器投入前后的谐波治理，可以满足通信行业需求，为其电力系统保驾，提升电能质量，改善用电环境，提高设备的使用寿命和性能。

谐波与有源滤波装置的应用
项目背景
某企业是一家单晶硅制造企业。单晶硅建设项目具有的市场和广阔的发展空间。近年来，各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为经济发展中增长快的先导产业。其生产工艺多分熔融加热或直流加热，由于采用半导体可控整流方式，本身工作过程中会产生非常大量的电流谐波，对电网造成谐波污染，这些谐波使得仪器精度失准甚至误动作，破坏了系统的无功补偿，造成系统供电损耗的增加及损坏补偿电容器等，对于单晶硅复杂的生长过程以及后期的加工流程都造成非常大的影响，因此电网的品质间接决定着单晶硅成品材料的品质，几乎所有的单晶硅制造生产线都面临谐波问题
治理方案
针对电能质量状况，上海安科瑞电气股份有限公司提出了谐波治理的解决方案，并终确定在3#变压器下进行试点，采用ANAPF有源电力滤波装置，自动跟踪治理负载产生的谐波电流，整个系统安全可靠运行。
从现场测试的有源滤波器投入前后的数据可以看出，有源滤波器投入运行后，电压和电流谐波明显降低，电压谐波由原来的4.7%降到2.4%，电流谐波由原来的18.4%降到5.0%，谐波电流值从273A下降到63A，三相电压和三相电流波形均得到明显改善，从根本上消除了谐波的影响，保障了单晶硅生的质量，该企业决定在后期改建工程中全部采用ANAPF有源滤波器。
谐波治理是电能质量问题的核心内容之一，也是现代电力生产发展的迫切需要。有源电力滤波器经过二、三十年的发展已成为补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置。目前在实际应用中，并联型APF是比较成熟的拓扑结构，是优选的方案;串联型APF电路在工作时需流过全部的正常负载电流，损耗比较大，而且投切、故障后退出及各种保护电路也比较复杂;串、并联型APF当前的主要问题是控制复杂，造。
从近年来的研究和应用中可以看出，APF具有如下的发展趋势：
(1)通过采用PWM调制和提高开关器件等效开关频率的多重化技术，实现对高次谐波的补偿;
(2)采用APF和PF组成的混合型滤波系统，以减少APF的容量，降低成本;
(3)随着半导体器件制造水平的迅速发展，混合型滤波系统低成本的优势将逐渐消失，而并联APF由于其功能强大、，将是很有发展前途的有源滤波装置;
(4)随着电力电子器件耐压水平的提高和对电能质量的日益重视，APF也将在工业系统的高压领域得到广泛应用。
随着我国电力事业的发展，电能质量的要求将不断提高，利用APF进行电能质量治理有着的市场潜力。特别是在补偿谐波、无功功率，以及中线电流、不平衡电流等方面，有源滤波技术必将拥有更加广阔的应用前景。

1 容量计算方法
谐波是由非线性设备产生的，而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用设备进行测量，考虑到设备的技术及经济性，设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂，况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据，可以根据下列公式估算谐波电流进行选型。
1 根据负载额定电流和行业类型选型
2 根据变压器容量和行业类型选型
3 根据快速选型表查表选型
查表步骤：
步骤1：确定变压器容量和变压器负载率(一般在0.6~0.8);
步骤2：根据变压器负载率确定表2、表3或表4;
步骤3：确定电流总谐波畸变率(THDi)(表1中THDi值为参考值，仅在估算谐波电流时使用);
步骤4：根据变压器容量及THDi参考值确定相应的谐波电流值;
步骤5：考虑到一定的裕量，选择相应容量的ANAPF有源电力滤波器。
注：表1～表4参见附录1。
2 选型示例
上海某工厂办公大楼变压器容量为250KVA，变压器负载率为0.8，主要负载为节能灯、变频空调和电梯等，属于办公楼宇。
变压器容量为250KVA;
变压器负载率为0.8;
负载类型属于办公楼宇，根据表1估算THDi为30%;
查表4可得估算谐波电流值为83A;
如果根据公式(2)计算，结果是一样的;

APF滤波模块技术要求
(1)模块开关频率：10-20kHz;自身损耗：≤2%，效率98%;(需要提供第三方检验机构出具的带有CMA,CAL,ilac-MRA,CNAS等认证的型式试验报告。)
(2)全响应时间≤7ms;(需要提供第三方检验机构出具的带有CMA,CAL,ilac-MRA,CNAS等认证的型式试验报告。)
(3)总谐波补偿率：≥90%(需要提供第三方检验机构出具的带有CMA,CAL,ilac-MRA,CNAS等认证的型式试验报告。)
(4)有源电力滤波器采用模块化设计，支持多机并联扩容，并联容量不受限制，如果一台因故障退出运行，其他有源滤波器仍能正常工作实现滤波功能;
(5) 有源电力滤波器要求采用英飞凌、富士、塞米控等国际、技术成熟的IGBT模组，性能稳定、质量可靠;如为纯进口产品，请提供进口产品相关;
(6)采用“光纤环网”技术，同步性好、响应时间快、补偿率高;
(7)取得国家检验机构颁发的带有CMA,CAL,ilac-MRA,CNAS等认证的型式试验报和欧洲机构颁发的CE。
(8)有源滤波器需原厂生产，提供实用新型的知识产品，不接受贴牌产品，厂家有自己研发中心和生产工厂及生产线，可供考察，如有偏差，取消投标。有源滤波器生产商需提供至少有不少于100万的业绩合同两个，提供200万以上合同至少一个。
(9)控制算法：同时支持快速傅里叶(FFT)和瞬时无功两种算法。闭环谐振控制算法，针对性强，控制精度高;
(10)有源电力滤波器同时支持谐波补偿、无功补偿及三相不平衡补偿三种功能;
(11)滤波器在滤波的同时须避免过补偿，即有源滤波器可以做到只滤波而不产生无功功率，完全避免过补偿，也可以通过设定目标功率因数，将滤波后剩余的能量用于无功补偿。当系统负载的谐波量大于滤波器补偿能力时，滤波器仍应根据本体容量输出额定电流，继续滤波，不发生超载或导致设备损坏而退出运行。
(12)有源滤波器自身的高频载波不能回馈到电网，对其它系统和设备没有干扰。
(13)有源电力滤波器具有稳定性保护功能，当系统处于不稳定状态时，设备能自动与系统脱开;有源电力滤波器具备快速、完全的故障自检功能，同时自动采取相对应的操作;具备完整的保护功能，包括电网过欠压、电网错缺相、IGBT异常、频率异常、装置过流、装置过温、直流母线过欠压、过载自动限流等保护，确保装置安全无故障运行。
地方规定摘录
《上海轨道交通无功补偿及谐波支路意见》
2007年4月上海申通地铁集团有限公司发布的《上海轨道交通无功补偿及谐波支路意见》中明确指出，设计方案中“取消传统的无功补偿设计方案”，“新建线路的设计中应统一采用：串接电抗器的无功补偿装置(失谐无功补偿装置)与有源滤波器并联使用的设计方案”。
有源电力滤波器技术特点
专为适应高可靠性，高利用率供电系统要求设计的模块组合式有源滤波装置：
标准模块化结构，灵活的扩容配置(同一柜内，只需增加控制模块和功率模块即可扩展至300A;支持多台装置并联运行，且不限于等容量扩容);
高可靠性：属于全数字有源滤波器，冗余设计，一个模块发生故障，只是容量降低，不会影响其它模块的正常工作;
工作模式：具有全滤波、全无功补偿、滤波+无功补偿等三种工作模式;
功率因数调节能力：具备容性无功吸收和容性无功补偿两种功能;
7寸全触摸液晶显示屏：便于观察所有的参数及波形。

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