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有源电力滤波器APF

1、概述
谐波的产生是由于正弦波电压施加在非线性负载上,电流变成了非正弦波,非正弦波电流在电网阻抗上产生压降,会使电压波形也变为非正弦波。由于这些非线性负载所产生的大量谐波电流涌入电网中,导致电压波形发生畸变现象。这种谐波污染对电网和用户产生了严重的危害。
谐波的危害:

  • 电网中存在的谐波将同时降低供用电效率。
  • 增加变压器损耗,降低变压器额定容量,缩短变压器使用寿命。
  • 大大增加了系统谐振的可能。
  • 对于电动机运行时,产生震动与噪音,缩短电动机寿命
  • 谐波会引起一些保护设备误动作或拒动,如继电保护,熔断器等。
  • 谐波会导致电气测量仪表计量不准确、产生误差。
  • 谐波污染等级过高,得不到入网批准。

传统L/C滤波器只能消除特定的几次谐波,而对其他的某次谐波则会产生放大作用。而且电容器容值会随着时间、环境发生变化,导致与系统发生谐振,造成电容器设备损坏,影响配电系统正常运行。
2、APF基本原理及产品特点
有源滤波是相对于无源滤波而言,一个是通过主动发出反向谐波(所谓有源)来滤波,另一个是通过被动吸收(所谓无源) 来滤波。有源滤波器的工作原理的基础是“抵消补偿”,在电力三相系统内为了消除谐波电流,滤波器通过计算并以完全相反的方向注入相同的谐波,这样可以完全消除谐波。基于同样的工作原理,有源滤波器可以修正功率因数,产生3相正弦形电流波,满足负荷要求。
有源电力滤波器是利用全控电力电子元件满足对电能质量(功率因数和谐波)有高级别要求的用户需求的装置。APF装置并联在配电系统和用户设备之间,其主要功能是在电网供电过程中当负载侧产生谐波和无功电流时,保证系统侧的电流没有谐波和无功电流,使用户其他关键敏感设备得以在近似不受干扰的电气环境中正常运行,并且不会污染电网。
有源电力滤波器装置采用基于双DSP的主控制器和模块驱动器的分层分布式控制器体系,并采用基于彩色触摸屏的人机界面,具有动态连续平滑补偿、响应速度快、数字化、自动化、智能化,人机界面友好,控制方法灵活等特点。
3、QD-II型APF技术优势

  • 动态响应及时性:响应时间<100μs,完全响应时间<5ms
  • 更优的结构设计:内部结构为3 H桥设计,散热效果好,运行稳定性更高
  • 功率损耗小:满载时≤小于模块总容量的3%
  • 低噪声设计:≤65dB(行业标准65dB)
  • 谐波滤除率>95%
  • 功率因数>0.98
  • 灵活的补偿方式:选定的各次谐波补偿可进行幅值设定

4、APF技术参数
4.1技术参数
主要技术参数


额定容量

50A

100A

150A

200A

300A

400A

额定电压

 AC380V±15%/660V±15%/1120V±15%

电气接线

三相三线、三相四线

额定工作频率

50Hz±5%

滤波范围

2-50次谐波(可以选择性滤波,各次谐波补偿可分别设定)

滤波程度

选定每次谐波可进行幅值补偿设定

自动限流输出功能

当负载侧的谐波电流大于装置电流时,装置将输出电流限制在额定值

过热保护

散热器温度超过65℃会自动启动风扇

失压保护

系统电压低于Un85%,主断路器会失压保护,装置停止工作

负荷过流保护

流经负荷的电流超过阈值,装置停止工作

补偿过流保护

系统电压保护

系统侧电压欠压阈值或过压阈值,装置停止工作

直流电压保护

设备具备软件和硬件两种保护,软件保护点可自行设定一般可设定为正常电压的1.1倍,硬件保护点为正常工作电压的1.3倍,当直流电压超过保护阈值时,设备停止,报相应故障

IGBT保护

冲击电流

功率模块内IGBT额定电流的2倍

滤波能力

95%

滤波效果

  符合GB/T14549-93标准要求

补偿模式

  • 补谐波,谐波次数可选

2、补谐波和无功,部分型号可选

过载能力

120%

多台运行方式

并联运行

开关频率

6.4K—20kHz

响应时间

<5ms

控制算法

具有自适应能力的领域筛选矢量补偿算法

控制器

DSP

显示方式

触摸屏

通信功能

Modbus RTU协议,RS232(标配)

控制连接

光纤连接、电气连接

装置功率损耗

额定满载运行时,损耗不超过3%额定功率

防护等级

IP30

雷害等级

中雷区

污秽等级

装置应在不低于规定污染等级3的环境中使用

冷却方式

强迫风冷

功耗

<2%

噪音

     ≤65dB(A声级)

安装方式

柜体为落地安装,可与相邻配电柜并列安装(等高),电缆可从装置底部进线,箱式可根据现场情况确定

环境温度

-5°C~+40°C,且24h内平均气温不高于+35℃

存储温度

-20°C~65°C

相对湿度

室内温度在+20℃以下时15%~90%,非凝露即可,在+40℃时不超过50%

海拔高度

安装海拔小于1000米

柜体尺寸

800×800*2200(mm)

1000*1000*2200(mm)

柜体重量

320Kg

320Kg

320Kg

640Kg

890Kg

890Kg

4.2技术优势
1. 提出了谐波电流的预测控制方法,大大提高了谐波电流的跟踪速度与补偿效果。响应速度快、滤波能力强、运行损耗小。完全满足不同的工况需求;
2.能同时动态实时滤除全部谐波或多种选定的谐波;采用矢量筛选技术,可对2到50次之间的谐波进行有选择的补偿。
3.在滤除谐波的同时动态补偿基波无功,提高功率因数。也可以在零无功功率的情况下滤除谐波,避免无功反送情况出现;
4.安全性好,不存在谐振或电压放大(设计有接入电抗器),可自动限制输出电流,装置永不过载,保证装置安全可靠工作;
5. 谐波的滤除采用分相、单独处理的算法,针对中心电流过大的不平衡系统,谐波的滤除效果尤其明显。
6.智能启动系统,一键并网
7.独特的中心线连接结构:把系统线电压分解成相电压处理,大幅提高了设备的可靠性。输出电流波形平滑,装置损耗低,自适应控制算法,能适应任何系统阻抗的变化。
8.独特的3H桥式结构:每一相分别独立控制,提高了整个系统的可控性,例如当其中一相谐波电流过高,进行补偿时,不会影响其他两相的补偿效果。同时3H桥式散热效果好,它采用A、B、C三相分别散热,每相电抗器与IGBT分别配有专门的散热风扇。
9.主控制器与IGBT的连接控制全部采用光纤连接。防止了系统的干扰,减少了IGBT爆炸损坏的几率,大大提高设备的运行可靠性。
10. 可对不平衡系统进行中心电流补偿,避免零序电流对电网及电气设备影响;

5、电气APF产品技术对比表:


参数

外资A1

外资A2

中资S1

中资S2

中资S3

中资S4

本APF

瞬时响应时间

<500μs

<100μs

<500μs

≤100μs

<300μs

<300μs

<100μs

完全响应时间

<40ms

<10ms

<20ms

<10ms

≤10ms

<10ms

<10ms

有功损耗

<3%额定模块功率

<3%额定模块功率

<3%装置容量

<3%装置容量

<3%设备额定输出容量

<3%装置容量

<2% 装置容量

滤波能力

>97%

>95%

>95%

>95%

>95%

>95%

>95%

滤波范围

2~50次

2~60次

2~50次

2~50次

2~50次

2~50次

2~50次

中性滤波能力

3倍相线

3倍相线

3倍相线

3倍相线

3倍相线

3倍相线

3倍相线

滤波程度设定

可对每次谐波进行单独设置

可选择特定次数谐波补偿

可对每次谐波进行单独设定

功率因数校正

±0.6,可设定

有,可设定

有,可设定

无功补偿模式

无功补偿模式

无功补偿模式

可同时补无功和发谐波

6、APF应用领域

QD-II-APF是电力污染严重、或对供电电能质量要求高的企业,需要进行电能质量改善的理想产品。可广泛用于冶金钢铁行业、通信行业、轨道交通行业、烟草行业、医疗行业、水处理行业、水泥行业、汽车行业、过程控制行业、造纸行业、太阳能行业、印染行业、建筑行业等领域。产品质量稳定、可靠,治理效果好,同时达到节能、节材的效果,是电流谐波治理技术的最新发展方向。