簡介
APF有源電力濾波器是基於電壓源逆變器的新型電力電子諧波濾除裝置,通過實時檢測電網中由非線性負載產生的電流波形,分離出諧波電流部分,並通過IGBT逆變器輸出反相補償電流,實現濾除諧波的功能。另外,APF還可以提供超前或滯後的無功電流,用於改善電網的功率因數和實現動態無功補償。和LC型的無源濾波相比,該產品是主動型補償裝置,動態性能好,安全性高,適應性強。
工作原理
有源電力濾波器通過電流互感器檢測負載電流,並通過內部DSP計算,提取出負載電流中的諧波成分,然後通過PWM信號傳送給內部IGBT,控制逆變器產生一個和負載諧波電流大小相等,方向相反的諧波電流注入到電網中,達到濾波的目的。指令電流檢測電路的功能主要是從負載電流中分離出諧波電流分量和基波無功電流,然後將其反極性作用後發生補償電流的指令信號。電流跟蹤控制電路的功能是根據主電路產生的補償電流,計算出主電路各開關器件的觸發脈衝,此脈衝經驅動電路後作用於主電路。這樣電源電流中只含有基波的有功分量,從而達到消除諧波與進行無功補償的目的。根據同樣的原理,電力有源濾波器還能對不對稱三相電路的負序電流分量進行補償。有源電力濾波器的主電路一般由PWM逆變器構成。根據逆變器直流側儲能元件的不同,可分為電壓型有源濾波器(儲能元件為電容)和電流型有源濾波器(儲能元件為電感)。電壓型有源濾波器在工作時需對直流側電容電壓控制,使直流側電壓維持不變,因而逆變器交流側輸出為PWM電壓波。而電流型有源濾波器在工作時需對直流側電感電流進行控制,使直流側電流維持不變,因而逆變器交流側輸出為PWM電流波。電壓型有源濾波器的優點是損耗較少,效率高,該電流在電感內阻上將產生較大損耗。
技術特點
1、APF內部均採用國際著名品牌、技術成熟、性能先進的元器件。
2、獨立於電網系統阻抗之外,不受電網系統阻抗影響,不發生諧振與諧波電壓放大,安全性好。
3、控制器採用了DSP和FPGA晶片,採用矢量篩選技術,可全部濾除2次到50次諧波,或選擇濾除特定次數諧波。
4、內置諧波補償、無功補償、不平衡補償等多種補償功能,用戶可自行設定選擇補償功能。
5、裝置永不過流,在濾波的同時,能完全避免過補償。可根據負荷變化,自動合理限制補償電流,既具有良好的補償性能,又可保證裝置安全可靠工作。
6、採用先進的防止與系統發生諧振的控制方法,徹底消除了裝置本身與系統發生諧振的可能,提高了供電系統的可靠性。
7、具備完整的保護功能,包括過載、過電壓、欠電壓、過電流等,以及自診斷功能。
8、具有緩啟動控制迴路,避免啟動瞬間過大的衝擊電流,並限制在額定範圍內。
9、採用通用的modbus遠程通信協定,通信接口為RS485/232和CAN匯流排。
10、擴展性能好,可多台APF並聯套用。
11、友好的操作和顯示人機界面,可提供完整的現場信息。
12、獨創的智慧型啟動系統,具備一鍵併網和系統斷電裝置自動投入等功能。
13、電纜可從裝置櫃體頂部或底部進入,安裝靈活。
14、出色的結構設計,易於安裝和維護。
配件選型
1.電流互感器的額定工作電壓應與線路額定電壓相符合;
2.電流互感器的額定電流≥線路負載電流,一般按線路的1.5~2倍電流選定電流互感器;
3.電流互感器所接二次負載不應超過相應準確等級下的額定容量,否則準確等級會下降;
4.用於精確計量一般選用0.2級互感器;
5.為了方便現場施工,推薦選用開合式電流互感器。
使用方法
開機後,APF首先通過軟起電阻對母線電容充電,以限制上電時的瞬間衝擊電流。當直流母線電壓達到額定值後,主接觸器自動閉合,此時APF開始工作。直流母線電容作為儲能元件,為通過IGBT逆變器和內部電抗器向外輸出補償電流提供能量。APF通過外部CT測量負載電流,通過PT測量系統電壓,通過內部HCT測量電感電流,然後把這些信號送到信號調理板進行處理,DSP控制板完成負荷諧波電流的檢測和諧波電流補償的閉環控制,並產生PWM驅動信號到IGBT驅動板,並驅動級聯多電平功率變換器中的IGBT,從而將所需的補償電流輸出到電網,完成諧波補償的功能。主要套用
1.變頻設備的套用場合 隨著技術的進步,變頻設備大量套用於各類場合,變頻設備會產生大量的諧波,因此,這類場合是有源濾波器主要的目標市場之一。
2.不穩定負荷的套用場合 不穩定負荷不是有源濾波器的主要市場,但它是電力系統一個極其重要的方面,因為不穩定的負荷雖然所占比例不大,但是它們對電力系統產生的影響卻遠遠大於其它負荷所造成的影響,因此對於該類套用場合也應作為有源濾波器的主要市場方向之一。
3.鋼鐵廠:鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機等是主要的諧波發生設備,且主要是衝擊性負荷,對鋼鐵廠附近的其它負荷有很大影響。同時,諧波問題對鋼鐵廠無功補償的影響很大,所以應以無功補償和諧波治理同時處理作為目標。
4.有色冶金:有色冶金的負荷除電弧爐性質的負荷外,還由於採用直流濕法冶金而產生大量的直流成分。
5.港口機械:港機是大型的提升設備,一般都採用很大的變頻器,因此是港口機械主要的諧波發生源,因此對於該類套用場合也應作為有源濾波器的市場方向之一。
6.電氣化鐵路:電氣化鐵路一般使用直流電機拖動,因此是一個市政方面的主要諧波源。根據現有上海、北京等地電氣化鐵路的運行情況,大多數系統都安裝了濾波器。預計本產品可以達到電氣鐵路濾波器國產化的作用。 7.高精度自動化生產線 高精度自動化生產線本身不產生諧波,但是對於電能質量有很高的要求,因此需要在高精度自動化生產線的供電側安裝有源濾波器,以降低諧波對生產線的影響。
8.辦公大樓、大型商業區等節能燈和空調集中場所:辦公大樓、大型商業區等節能燈和空調集中場所的諧波情況也非常嚴重,治理方法宜採用集中治理方法,以節省成本。
生產廠家
國外知名的有源電力濾波器的生產廠家有:ABB、施耐德、西門子、NOBLE等,國內知名生產廠家有:蘇州和順、盛弘電氣、南京亞派科技、思源電氣、上海雙電、英納仕電氣、西安賽博、Satons等。