ANAPF安科瑞有源濾波監(jiān)控裝置
1 電能質(zhì)量與諧波
1.1 諧波的產(chǎn)生
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)**、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極大影響。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、研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題對改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)**經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著非常積極的意義。諧波測量是諧波問題中的一個重要分支，對抑制諧波、解決諧波產(chǎn)生的問題有著重要的指導(dǎo)作用。因此對諧波的測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)、故障測量等工作開展的重要前提。---ANAPF安科瑞有源濾波監(jiān)控裝置
主要諧波產(chǎn)生源如下表：
1.2 諧波的危害
1.2.1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使線路過熱，甚至引起火災(zāi)。
1.2.2影響電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。
諧波會影響電氣設(shè)備的正常工作，使電機(jī)產(chǎn)生機(jī)械振動和噪聲等，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。
1.2.3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，會對系統(tǒng)，特別是對電容器和與之串聯(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。
1.2.4使繼電保護(hù)誤動作，電氣測量誤差過大。
諧波會導(dǎo)致繼電保護(hù)，特別是微機(jī)綜合保護(hù)器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產(chǎn)損失；諧波還會使電氣測量儀表計(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。
1.2.5使工控系統(tǒng)崩潰。
臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設(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。
1.3 諧波治理依據(jù)的國家標(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》
GB/T14549-1993 《電能質(zhì)量：公用電網(wǎng)諧波》
2 有源電力濾波裝置
2.1 型號說明
2.2 產(chǎn)品外形尺寸 （單位：mm）
2.3 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(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：
2.4 主要技術(shù)特點(diǎn)
l DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時(shí)間；
l 的主電路拓?fù)浜涂刂扑惴ǎ雀?、運(yùn)行更穩(wěn)定；
l 一機(jī)多能，既可補(bǔ)諧波，又可兼補(bǔ)無功；
l 模塊化設(shè)計(jì)，便于生產(chǎn)調(diào)試；
l 便利的并聯(lián)設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)容；
l 具有完善的橋臂過流、保護(hù)功能；
l 使用方便，易于操作和維護(hù)。
2.5 技術(shù)參數(shù)
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接線方式
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三相三線或三相四線
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接入電壓
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3×380V ±10%
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接入頻率
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50Hz ±2%
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動態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間
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全響應(yīng)時(shí)間＜20ms；
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開關(guān)頻率
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10kHz
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功能設(shè)置
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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。
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諧波補(bǔ)償次數(shù)
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2-21次
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保護(hù)類型
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直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護(hù)
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過載保護(hù)
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自動限流在設(shè)定值，不發(fā)生過載
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冷卻方式
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智能風(fēng)冷
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噪音
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＜ 65db（處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài)）
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工作環(huán)境溫度
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-10℃～+45℃
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工作環(huán)境濕度
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＜85%RH 不凝結(jié)
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安裝場合
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室內(nèi)安裝
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海拔高度
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≤1000m（更高海拔需降容使用）
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進(jìn)出線方式
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下進(jìn)下出
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防護(hù)等級
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IP20
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智能通信接口
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外加模塊
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遠(yuǎn)程監(jiān)控
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可選
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外形尺寸（mm）
（W×D×H）
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30A
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50A
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75A
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100A
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600×500×1500
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600×500×1500
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600×500×1800
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800×600×2200
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重量（kg）
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三相四線
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三相三線
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30A、50A
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75A、100A
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30A、50A
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75A、100A
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280
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360
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240
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290
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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）。
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2.6 濾波方案選擇框圖
2.7 安裝技術(shù)要求
2.7.1 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：
變電所平面布置圖
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。
2.7.2 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)出線要一致且方向正確。
4）安裝電纜規(guī)格如下表：
安裝電纜與CT采樣線截面積
2.8 主要應(yīng)用范圍及場合
1）機(jī)場：主控室、計(jì)算機(jī)房、廣播系統(tǒng)、EIB燈光調(diào)光系統(tǒng)等。
2）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。
3）劇場、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。
4）學(xué)校：精密實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)中心等。
5）研究所：精密儀器、機(jī)房、高精密設(shè)備集中區(qū)域等。
6）大型商場：解決由于節(jié)能燈大量應(yīng)用造成的諧波問題。
7）銀行：計(jì)算機(jī)中心、營業(yè)部計(jì)算機(jī)、安防系統(tǒng)等。
8）稅務(wù)、工商：大型計(jì)算機(jī)中心等。
9）電信機(jī)房：移動基站
10）工廠：生產(chǎn)線的PLC、計(jì)算機(jī)控制設(shè)備、高精度機(jī)床、PCS系統(tǒng)、計(jì)量/稱重系統(tǒng)等。
11）電視臺：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)字信號處理器）、FPGA邏輯器件、AD信號采樣電路、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信號的輸出、系統(tǒng)對外通訊與系統(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)。
3.1.1 命名規(guī)則
3.1.2 外形尺寸（單位：mm）
3.1.3 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能電容充電，使母線電壓維持在某個穩(wěn)定的值，在這個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。
3.2.1 命名規(guī)則
3.2.2 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。
3.3.1 命名規(guī)則
3.3.2 外形尺寸（單位：mm）
3.3.3 產(chǎn)品特點(diǎn)
l 鐵心采用低損耗硅鋼片；
l 線圈采用銅箔或鋁箔繞制；
l 絕緣采用H級，使用壽命更長，**系數(shù)更高；
l 功率范圍寬：單臺可從15A到100A。
3.4 人機(jī)操作界面APF-HMI
APF柜在工作時(shí)，系統(tǒng)可以監(jiān)測其網(wǎng)側(cè)電流、APF橋臂電流以及負(fù)載側(cè)電流，用戶可以通過HMI來對APF的運(yùn)行模式進(jìn)行設(shè)置，對于運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，可以產(chǎn)生對應(yīng)的事件記錄。HMI就是我司針對電力系統(tǒng)，工礦企業(yè)，公用設(shè)施,智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計(jì)的一種智能儀表，它采用高亮度TFT-LCD彩屏顯示界面，通過面板按鍵來實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，集成全部電力參數(shù)的測量、**的電能計(jì)量和考核管理、多種電力質(zhì)量參數(shù)的分析。
3.4.1 外形尺寸（單位：mm）
3.4.2 產(chǎn)品特點(diǎn)
l 可直接從電壓、電流互感器接入信號，并可任意設(shè)置PT/CT變比；
l 四象限電能計(jì)量、復(fù)費(fèi)率電能統(tǒng)計(jì)、需量統(tǒng)計(jì)；
l 4.7''大屏幕TFT-LCD彩屏顯示480X272 16位色；
l 可配置SD卡記錄各種故障信息和多達(dá)200條的SOE事件記錄；
l 帶開關(guān)量輸入輸出，實(shí)現(xiàn)遙信和遙控功能；
l 可實(shí)現(xiàn)過壓、欠壓、過流、不平衡等報(bào)警功能，帶有兩路報(bào)警繼電器輸出；
l 可選配以太網(wǎng)、Profibus等各種通訊接口。
3.4.3 技術(shù)參數(shù)
3.4.4 接線端子
3.5 電流采樣互感器
3.5.1 型號說明
3.5.3 規(guī)格參數(shù)對照表
4 應(yīng)用方案
附錄
諧波抑制及治理的容量設(shè)計(jì)
1 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(shí)際工作狀態(tài)都不同。因此實(shí)際諧波電流需采用專門設(shè)備進(jìn)行測量，考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)諧波治理裝置的額定諧波補(bǔ)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(jì)算比較復(fù)雜，況且在設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)行估算。
其中K1為負(fù)荷率：即負(fù)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。
2 諧波補(bǔ)償裝置容量選型
補(bǔ)償電流選擇原則：根據(jù)估算得到諧波電流值。
如采用無源諧波抑制，可根據(jù)無功容量每千乏（kvar）折算成電流后按0.2-0.3的系數(shù)折算成諧波抑制電流，如100kvar消諧式無功補(bǔ)償電流為144A，按系數(shù)0.2折算即抑制28.8A的諧波電流。
如采用有源濾波裝置，可根據(jù)濾波方案選擇框圖中的估算值進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。
例：某公司配電變壓器容量為150kVA，變壓器變比為10/0.4kV，K1取值為0.8，K2取值為25%，試求選用電流等級為多少的有源濾波器即可滿足抑制諧波的需要。
根據(jù)電流諧波公式為：
考慮到要有一定有裕量，選用50A的有源電力濾波器
故選用容量為35KVA的有源濾波器即可滿足抑制諧波的需求。
諧波限值
國標(biāo)GB/T 14549-1993《電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定的公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值見下表：
公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值
注入公共連接點(diǎn)的諧波電流允許值
