有源滤波装置在变频器谐波治理中的应用
发布时间：2015/11/3 22:21:00
张娟
安科瑞电气股份有限公司 嘉定 201801
1 概述
变频技术在大量的感性负载节能方面有着无可替代的地位，节约的电能有时能达到30%以上，效益十分可观。随着变频器日益广泛的普及和应用，其占电网总负荷的比例也越来越大。其中大部分额定电压为三相380V交直交型变频器。然而，随之带来的电网谐波问题也越来越受到各变频器用户和供电部门的关注。由于变频器的整流部分一般为三相全波不可控整流，直流回路采用大电容作为滤波器。这样，虽然变频器的网侧输入电压波形基本上是正弦波，但输入电流式脉冲式的充电电流，含有丰富的谐波，表现在网侧的有5、7、11、13、17、19次等谐波电流，一般以5、7、11次为主。感型负载在运行中需要消耗大量的无功电流，但谐波会使无功补偿装置不能正常工作，并导致一些现代化的精密控制机床无法运行，因此对使用变频器的系统采取谐波治理是必须的。针对变频器工作特点，上海安科瑞电气股份有限公司设计了ANAPF有源电力滤波补偿装置，不但可以滤除变频装置产生的谐波，同时还对系统进行了无功补偿，满足了广大使用变频器用户的需求。
2 ANAPF有源电力滤波装置特点
DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间；先进的主电路拓扑和控制算法，更高、运行更稳定；一机多能，既可补谐波，又可兼补无功；模块化设计，便于生产调试；便利的并联设计，方便扩容；具有完善的桥臂过流、保护功能；使用方便，易于操作和维护。
3 ANAPF有源电力滤波装置参数
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接线方式 |
三相三线或三相四线 |
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接入电压 |
3×380V ±10% |
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接入频率 |
50Hz ±2% |
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动态补偿响应时间 |
动态响应＜4ms，全响应时间＜20ms； |
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开关频率 |
10kHz |
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功能设置 |
只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功；手动、自动切换。 |
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谐波补偿次数 |
2-21次 |
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保护类型 |
直流过压 IGBT过流 装置温度保护 |
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过载保护 |
自动限流在设定值，不发生过载 |
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冷却方式 |
智能风冷 |
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噪音 |
＜ 65db(处于柜内并运作于额定状态) |
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工作环境温度 |
-10℃～+45℃ |
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工作环境湿度 |
＜85%RH 不凝结 |
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安装场合 |
室内安装 |
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海拔高度 |
≤1000m（更高海拔需降容使用） |
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进出线方式 |
下进下出 |
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防护等级 |
IP21 |
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智能通信接口 |
RS485/MODBUS-RTU |
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远程监控 |
可选 |
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外形尺寸(mm) (W×D×H) |
30A |
50A |
75A |
100A |
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600×500×1500 |
600×500×1500 |
600×500×1800 |
800×600×2200 |
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重量(kg) |
三相四线 |
三相三线 |
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30A、50A |
75A、100A |
30A、50A |
75A、100A |
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280 |
360 |
240 |
290 |
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4 电网的谐波治理与无功功率补偿的意义
随着变频器的广泛应用，变频器供电系统的谐波治理与无功功率补偿的意义逐渐被人们所认识。变频器供电电源按傅里叶级数可以分解为基波有功电流，基波无功电流，谐波和间谐波电流。
变频器用量较大的车间，用电容器直接进行无功功率补偿虽然可以大幅度降低基波无功电流，但是必然出现谐波放大现象。这时，供电电流和电容器电流中的谐波和间谐波电流大幅度增加，电容器由于超温和过压而损坏，供电变压器温升加大。为避免谐波放大，谐波治理与无功功率必须同时进行。
污水处理厂用电设备主要有泵类、搅拌器、鼓风机类等负载。风机、泵类一般都要求变频，而变频器是一个非常大的谐波源，因此给系统带来很严重的谐波污染和谐波干扰，造成系统不能正常工作，经常性的烧坏电气元件。同时系统中也有很多电力电子类元器件，如 UPS、开关电源等，都是谐波发生装置。
项目背景：某污水处理厂变电所负载主要由变频器组成，由变频器带动相应的电动机，由于全部都是变频器负载，因此给系统带来很严重的谐波污染和谐波干扰，造成系统不能正常工作，经常性的烧坏电气元件，为了解决问题，必须进行谐波治理。
安科瑞电气股份有限公司技术人员经过对现场测试结果研究后，决定采用一台ANAPF100-400/B有源电力滤波柜进行就地补偿。安装示意图如下：
●项目效果
由上图可以看出，ANAPF100-400/B有源电力滤波柜投入运行后，电网质量得到明显的改善，谐波电流大幅度降低，电网电流谐波基本上被滤除掉，电流波形已经接近正弦波，电流畸变率由65.5％降低为13.4％，5次谐波由61.3A降到4.9A。
ANAPF有源滤波器报价及主要元件清单
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型号：ANAPF100-400/B |
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参考价格：12万元/台 |
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主要产品明细： |
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序号 |
名 称 |
型 号 |
数量 |
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1 |
APF电气柜 |
800X600X2200 |
1 |
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2 |
变流器 |
APFCOV-CVT100 |
1 |
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3 |
控制器 |
APFMC-C100 |
1 |
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4 |
电抗器 |
APF-RE.(S)DG-100 |
1 |
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5 |
有源电流互感器 |
LT208-S7 |
3 |
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6 |
滤波器 |
DL-1TH1 |
2 |
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7 |
断路器 |
CVS160FTM160D4P3D |
1 |
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8 |
接触器 |
LC1D150M7C |
1 |
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9 |
微型断路器 |
NDM1-63C32 |
1 |
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10 |
中间继电器 |
MY4NAC |
2 |
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11 |
R型变压器 |
R320-0.38/0.22 |
1 |
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12 |
谐波检测仪 |
ACR350EGH |
1 |
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13 |
电线 |
16mm2 |
若干 |
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14 |
电线 |
4mm2 |
若干 |
结论：和许多变频器使用场合一样，泵类、风机等设备的变频机构产生的谐波，对系统变压器、电容补偿装置以及用电设备等造成严重危害。使电机发生机械振动、噪声和过热，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热，使绝缘老化，寿命缩短以至损坏。从上述数据中可以看出，运行电力滤波器前后，电网电流变化十分明显，达到了消除电流谐波、改善电源电压的目的。使得系统更加清洁和稳定。
【参考文献】
［1］ 上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.版
作者简介：张娟，女，本科。任职单位：现任职于安科瑞电气股份有限公司，联系电话：021-69155367，手机：18701997519，QQ：2880635303