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威胜仪表-有源滤波器[产品]
发布时间2008-06-16     浏览次数:2391 次
信 誉 度:  普通企业会员 普通企业会员 进入这个会员的店铺 威胜仪表-有源滤波器
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信息内容:
1 应用背景
随着电网中大功率整流设备等非线性负载越来越多,谐波电流和谐波电压给电网造成的危害已经到了不容忽视的地步。谐波会造成电网损耗增加、电容器谐振、继保误动作、电能计量误差等危害,为维护电网安全、高效运行必须治理谐波污染。
由于无源滤波器本身的缺陷,其应用情况不理想。WPFAS200A型有源电力滤波器为我公司与清华大学联合研究开发的电网谐波治理产品,除具有抑制谐波电流功能外,还可以补偿无功功率、平衡三相负荷。该装置的滤除谐波效果优于GB/T14549-93标准和IEEE STD 519-1992标准。
2 谐波的危害
谐波电流和谐波电压的出现,对公用电网来说是一种污染,对电网和用电设备的危害很大。谐波带来的危害可以归纳为以下几点:
(1)谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗,降低了发电、输电和用电设备的效率;
(2)谐波影响各种电气设备的正常工作。例如,谐波使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短,以致损坏;
(3)谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振,从而使谐波放大,这就使上述两点的危害大大增加,甚至引起严重事故;
(4)谐波会导致继电保护和自动装置的误动作,并会使电气测量仪表计量不准确;
(5)谐波会对邻近的通信系统产生干扰,降低通信质量,甚至使通信无法正常工作。
3 谐波抑制技术
为了抑制谐波对公用电网及用电设备的污染,有以下的三种解决方案。
3.1 无源滤波器
无源滤波器是由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置,与谐波源并联,除了起滤波作用外,还兼顾无功补偿的需要。无源滤波器分为单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器等。

 

 

 无源滤波器具有结构简单、设备投资较少等优点,是目前应用较多的方法,但也有一些无法克服的缺点:
(1)滤波特性受系统参数的影响较大。
(2)只能消除特定次数的谐波,而对某些频率的谐波会产生放大作用。
(3)谐波电流最大时,可能造成滤波器过负荷。
(4)电容器参数随着介质老化容易发生变化,出现失谐现象,使滤波效果变差。
(5)会形成“漏斗”效应,公共连接点上的其他负载的谐波电流也会注入无源滤波器,造成装置过载。
3.2 有源电力滤波器
有源电力滤波器是随着现代计算机技术和电力电子技术发展起来的高科技装备,作为FACTS(柔性交流输电)系统中的重要组成部分,是电力系统谐波治理的最终和最优解决方案。与无源滤波器相比,有源电力滤波器具有巨大的优势。随着电力电子技术的进步和生产规模的扩大,有源滤波器的成本也在逐渐下降。
3.3 混合电力滤波器
混合电力滤波器是将无源滤波器和有源电力滤波器结合在一起的滤波装置,它一方面克服了单独使用无源滤波器的缺点,另一方面可以有效降低有源电力滤波器的容量,从而可以有效降低成本,有利于在电力系统中推广应用。
混合电力滤波器主要有两种类型:(1)APF与PF串联方式;(2)APF与PF并联方式,系统结构如下图所示。
串联型结构适用于中高压场合,由于无源滤波器对基波呈高阻特性,所以这种结构中的有源滤波器只需承受谐波电压,而不用承受基波电压,所以有源滤波器的容量可以大大降低。
 
并联式结构适用于低压系统中,无源滤波器用来补偿系统的无功并且滤除一部分谐波,有源滤波器用于滤除大多数的谐波电流,这样有源滤波器的容量也会大大降低。
4系统应用图
 


 
5 WPFAS200A型有源电力滤波器
5.1 概述
WPFAS200A/WPFAT200A型有源电力滤波器是我公司与清华大学联合研究开发的电网谐波治理产品,具有抑制谐波电流、补偿无功功率、调节三相负荷不平衡电流等功能。该设备能对幅值和频率都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿,因此有源电力滤波器主要与负载变化范围较大、谐波成份负载的用电设备并联安装,实现动态滤除谐波,补偿无功的功能。滤除谐波效果优于GB/T14549-93标准和IEEE STD 519-1992标准。
我司可提供如下系列产品及解决方案:
(1)WPFAS200A系列三相三线制有源滤波器,应用于低压系统;
(2)WPFAT200A系列三相四线制有源滤波器,应用于低压系统;
(3)有源电力滤波器与无源滤波器并联使用方案,应用于大补偿容量低压系统;
(4)有源电力滤波器与无源滤波器串联使用方案,应用于大补偿容量中高压系统。
5.2 外形尺寸
有源电力滤波器为柜体式设备,应垂直安装。周围应留出足够空间,特别是柜体前后门方向应留出足够空间供接线、调试、检测用。有源电力滤波器安装尺寸如下图所示。
 
 
5.3 工作原理
有源电力滤波器原理图如下所示。

 

假设非线性负荷产生的电流为 ,供电系统提供的电流为 ,而有源滤波器产生的电流为 ,根据基尔霍夫电流定律有
 而非线性负荷电流中分别含有谐波电流分量 ,基波有功电流分量 ,基波无功电流分量 ,即
 
采取不同的控制策略,可以达到不同的补偿效果:
(1)控制 ,则 ,即谐波全部被补偿,只有负荷基波电流注入电网,从而防止谐波污染电网。
(2)控制 ,则 ,即有源电力滤波器同时补偿谐波电流和无功电流,只有负荷的基波有功电流注入电网,不但防止了谐波污染电网,还做到了从系统侧看负荷的功率因数为1。
5.4 技术优势:
 具有自适应功能,实现了动态补偿,可对频率和大小都变化的谐波以及变化的无功功率进行补偿,对补偿对象的变化有极快的响应。
 可同时对谐波和无功功率进行补偿,补偿无功功率时不需要储能元件,补偿谐波时所需储能元件的容量不大,且补偿无功功率的大小可以做到连续调节。
 受电网阻抗的影响不大,不容易和电网阻抗发生谐振;且可以跟踪电网频率的变化,故补偿性能不受电网频率变化的影响。
 
5.5 技术特点
 实时跟随、动态补偿,响应时间毫秒级、高速浮点DSP实现;
 谐波、无功可同时动态补偿;
 大功率牵引级别 IGBT可靠性更高
 交流过压、欠压,直流过压,IGBT过流,装置过热,输出过流保护;
 2~30次或指定次数谐波补偿,谐波和无功可同时补偿;
 LCD显示器,具有有功、无功、功率因数、电压、电压畸变率、电流、电流畸变率、故障信号、保护动作、运行状态等数字、菜单显示功能,运行数据显示、记录查询方便系统操作、监测和维护;
 可连续记录7天运行和电网数据(64k字节) ,同时可通过PC端数据管理软件进行查询、分析、保存、打印。
5.6 技术参数
电源电压 380V ± 10%,或定制
电源频率 50Hz ± 5%
电源相数 三相三线或三相四线
响应时间 < 40ms
最大负载电流 800A
补偿能力 150A,或定制
功率因数 > 0.94
谐波电压 THDu < 4%
谐波电流 THDi < 8%
滤波效果 优于GB/T14549-93标准和IEEE 519-1992标准
通讯接口 RS232 、串口波特率:9600BPS
运行方式 连续,自动投切
静电放电 IEC61000-4-2
辐    射 EC61000-4-3
冲    击 IEE587 Class B
振    动 IEC61643-1
冷却方式 强制风冷
安装方式 落地式柜机
工作效率 >95%
工作环境 工作温度:-25°C~+55°C
储存温度:-35°C~+65°C
环境湿度:≤95%(无凝露)
海拔高度:≤2500m
 
5.7 型号说明


型号 产品名称 容量(kvar)/电压等级(V) 补偿输出电流(A)
WPFAS200A 三相三线并联式有源电力滤波器 30/380 45
  60/380 90
  90/380 135
  100/380 150
  150/380 225
  200/380 300
WPFAT200A 三相四线并联式有源电力滤波器 30/380 45
  60/380 90
  90/380 135
  100/380 150
  150/380 225
  200/380 300

5.8 接线图 
5.9 典型应用
5.9.1 APF单独应用
某一晶闸管整流负荷,供电电网为三相三线,380V/50Hz。谐波电流畸变率为26.3%,主要以5次、7次为主,要求补偿2-30次谐波,损耗小10%。根据需要,采用并联型有源电力滤波器,补偿装置总容量50kVA,补偿系统结构如下图所示。投入APF后,谐波畸变率降至7.5%,谐波抑制效果明显。
 
系统结构图


5.9.2APF+PF混合应用
某1吨中频感应加热炉系统,供电电网为三相三线,380V/50Hz。谐波电流畸变率为25.49%,主要以5次、7次为主,要求补偿2-25次谐波,损耗小于10%,根据需要,可对无功功率进行补偿,对系统中的SVC进行协调控制。采用并联混合型补偿方式,补偿装置总容量250kVA,其中有源部分50kVA,补偿系统结构如图所示。投入无源部分后,谐波电流畸变率降至11.49% ,再投入有源部分后,谐波电流畸变率降至7.69%,谐波抑制效果明显。
 系统结构图
 

 
6选型指南
6.1 应用场合
WPFAS200A型有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中,如:水处理设备、电力系统、电解电镀企业、石化企业、电气化铁路、高层建筑、UPS/发电机组、精密电子企业、证券交易供电系统、机场/港口备电电源、医疗成像系统等,用于解决电力系统的谐波、无功、不平衡负载和中线电流过大等问题,切实解决因谐波引起的危害,保持电力系统的正常、高效运行。WPFAS200A型有源电力滤波器的主要应用前景可以分为两大类。
(1)非线性工业用电设备。常见的工业设备需要谐波治理的见表1所示;
(2)市政用电设备。包括居民楼、写字楼、医院、商场、学校等公用建筑内非线性负载也越来越多,谐波电流和电压越来越严重,其中主要是3次谐波电流。另外市政用电中的中线电流也很突出,经常引起发热、起火等问题。
表格 1 需要谐波治理的工业设备种类
行业 设备名称
冶金 轧机、中频炉、交直流电弧炉
机械加工 电解、电镀、大型机床、加热炉
纺织、造纸 离心机、搅拌机、张紧机所用的变频器
电气化铁道 电气化机车
 APF的容量是以输出电流的大小度量的。设备的选用也以需补偿的电流大小为依据。总体选择依据是设备输出电流 大于补偿电流需量 ,但是又超出不多,才能达到即满足补偿要求,又能够尽量节约投资的目的。
现举例说明在分别补偿谐波、无功、不平衡条件下的补偿电流需量 的计算。
6.2谐波电流补偿需量计算
谐波电流的补偿需量计算是以实际测量的结果为依据,由于APF可以同时补偿各次谐波电流,因此需量计算包括了负载电流中总的谐波电流含量。如果已知负载电流 和谐波电流总畸变率 ,那么谐波电流补偿需量为
 
 如果已知各次谐波电流的大小 ,那么谐波电流的补偿需量为 比如已知负载电流为600A,总谐波电流含有率为25%,则谐波电流的补偿需量则为 
选择一台容量为100kVA,输出电流150A的APF则可以很好的滤除负载电流中的谐波电流。
6.3 无功电流补偿需量计算
负载电流视在功率 ,功率因数 ,补偿以后的功率因数为 ,有功功率 ,无功功率 ,电网电压 。 
一般补偿以后的功率因数取0.95左右。比如说负载视在功率100kVA,功率因数0.78,需要补偿到功率因数为0.95,电网额定电压380V。无功电流的补偿需量为
 

6.4 不平衡电流补偿需量计算
三相负载不平衡的情况下,三相电流将不相等。APF和D-STATCOM补偿三相不平衡的原理就是通过IGBT逆变桥的能量控制能力,从负载较轻的相提取有功功率并输送到负载较重的相上去,使得三相负载尽量接近。
假设补偿以前三相负载电流为 , , ,补偿以后应该以 
为目标。那么补偿三相不平衡的电流需量为
 
或者也可以用负序电流补偿需量作为选型依据,此时的补偿电流需量为 
其中的 。
6.5 补偿电流需量的合并
上述补偿电流需量都是正交的,因此当无功、谐波、三相不平衡都需要补偿的时候,总的补偿电流需量计算方法是
 

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