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山大华天科技股份有限公司
  • 华天 HTAF有源电力滤波器  
  • 发布时间:2009/9/1 12:35:20   修改时间:2009/9/1 13:12:55 浏览次数:16240
  • 华天 HTAF有源电力滤波器
  •       
            HTAF有源电力滤波器由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号,送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,得到指令电流,并通过电流跟踪控制电路和驱动电路,以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM功率模块,生成与谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波,从而实现对电力谐波的动态、快速、彻底治理。
            HTAF有源电力滤波器还可以根据需要提供基波无功补偿电流,实现动态无功补偿,改善电网的功率因数。


            HTAF工作原理框图

            HTAF滤波原理示意图


            HTAF系列产品主要特点:
            并联接入,便于安装与维护;
            可滤除2至50次谐波;
            谐波滤除率可达95%以上;
            主动滤波,滤波效果不受电网阻抗影响; 
            动态实时跟踪补偿,响应速度快;
            自动抑制过载,且无共振危险;
            可同时补偿谐波与无功;
            无高频纹波电流干扰;
            可以多模块并联运行;
            工作效率高,电能损耗低;
            多重保护功能,确保系统运行安全可靠;
            数字化控制,中文液晶显示;
            故障自诊断功能,历史事件纪录功能;
            RS485接口,标准MODBUS通讯协议,计算机远程监控功能。
           主要技术指标:
            项  目             指    标
            单机额定补偿电流    400V/50A-200A, 690V/30A-120A
            单机额定补偿容量   33kVar — 133 kVar
            电源电压          三相380V/690V±15%
            电源频率          50/60 Hz±2%
            滤除谐波次数       2~50次
            滤波效率           ≥95%
            响应时间           ≤20 ms
            功率损耗           ≤3% 额定补偿容量
            音频噪声           ≤65 dB
            保护功能 电压异常保护;自动过载限制;系统故障保护;系统过热保护
            外形尺寸 mm       800×1000×2200标准GGD机柜
            储存温度           -40~55 ℃
            工作温度           -10~40 ℃
            相对湿度           ≤95%,不结露
            海拔高度           ≤2000m,更高海拔可降额使用
            执行标准:
            GB/T3797-2005电气控制设备
            GB/T3859-1993半导体变流器应用导则
            GB/T14549-1993电能质量 公用电网谐波
            应用方案及产品选型:
            (1)方案确定
            针对不同的项目,首先做参数设计或现场谐波测量,确定是否需要安装有源电力滤波器,然后根据系统情况设计补偿方式,确定补偿容量,最终制定出完善的谐波治理方案。
            (2)补偿方式
            可以根据负载和配电系统实际情况,以及需要的补偿效果,灵活选择不同的补偿方式,达到滤波效果和投资的最优化设计.按照HTAF安装位置的不同,可以提供整体补偿、部分补偿和局部补偿三种方式。另外,HTAF系列产品也可以安装在整体补偿位置,采取限流输出的方式,实现部分补偿。
            


            (3)容量确定
            针对不同的项目,山大华天首先派专业的工程师到用户现场对配电系统进行现场测量,获得第一手数据,然后根据现场测量数据出具电能质量分析报告,针对不同的现场情况,提供最优的设计方案。
            HTAF系列源电流检测型有源滤波器:
            源电流检测适合于通讯、精密电子等对电能质量要求相当严格的场合,如移动通讯、电信、医院和实验室等场合。
            HTAF系列源电流检测型滤波器补偿电流经多阶LC滤波,电流纹波系数极小,辐射小,彻底解决了常规有源电力滤波器由于IGBT载波频率产生的高次谐波注入电网,对电网造成的2次污染。特别适合于如电信、移动通讯、数字信号传输、实验室等对电磁干扰限制特别严格的通讯和精密电子设备。
            通讯设备中的UPS、开关电源、医院的医疗设备、实验室的精密电子设备,都有可能产生谐波,对于此类设备产生的谐波,采取常规有源电力滤波器也可以滤除。但是,由于常规滤波器在滤波的同时,会将其PWM载波脉冲产生的高频电磁干扰注入电网,造成2次污染。HTAF源电流检测系列有源电力滤波器对补偿电流采用多阶LC滤波,电流纹波系数极小,彻底解决了有源滤波器对电网的2次污染问题。
            经过常规有源电力滤波器滤波后的源电流中含有较明显的高频纹波电流,而经HTAF源电流检测型有源电力滤波器滤波后的源电流波形中基本没有高频纹波。
            源电流检测型有源滤波器并机接线拓扑图:


            HTAF系列负载电流检测型有源滤波器:
            负载电流检测方式非常适合于工业大容量负载(及商业建筑,如石化、冶金、轧钢、电池等行业。),HTAF负载电流检测系列有源滤波器适用于带有中性线或不带中性线的电网系统,可以滤除非零序各次谐波,进行无功补偿。
            HTAF系列负载电流检测型有源电力滤波器直接检测非线性负载的电流,实时跟踪负载谐波电流进行补偿,补偿电流稳定,匀流特性好,非常适合于多台并机,可以同时10台并机,并联运行的多台滤波器之间不会相互影响。另外,小容量的设计小巧,可以直接安装在配电系统的末端,进行就地补偿,达到最好的补偿效果。
            工业现场的负载变化多样,HTAF负载电流检测型有源电力滤波器,可以不必对现场的电网进行测量分析,直接安装使用,当负载的谐波电流超过滤波器的补偿能力时,滤波器自动将补偿电流限制在最大输出电流范围内,实现对谐波的部分补偿,不会因为过载而停机;如果想提高补偿效果,可以多台直接并机。
            负载电流检测型有源滤波器并机接线拓扑图:


            HTAF三相三线制系列:
            三相三线制系列适合于工业大容量负载的有源滤波器,HTAF三相三线制有源滤波器连接于电网三相之间,适用于带有中性线或不带中性线的电网系统,可以滤除非零序谐波、进行无功补偿和相不平衡补偿。
            适用于整流器、变频器、大型UPS、电弧炉、中频炉、三相充电机、直流调速等工业大容量三相非线性负载。
            HTAF系列三相三线制滤波器具有超强的滤波能力,能同时滤除2-50次谐波,瞬时响应时间小于0.5ms,完全响应时间小于20ms,可10台同时并联运行,并联运行的多台滤波器之间不会相互影响,适合于工业领域各种情况的应用,是工业三相大容量非线性负载谐波治理的最佳方案。
            工业现场大量使用的主要为三相整流类非线性负载,其产生的谐波主要为5、7、11和13次。
            HTAF三相四线制系列:
            三相四线制系列适合于商业建筑的有源滤波器,HTAF三相四线制有源滤波器连接于电网三相和中线之间,适用于带有中性线的电网系统,可以同时滤除流过相线和零线的谐波,包括零序谐波,进行无功补偿。
            适合于节能灯、日光灯、电脑、小型UPS、电梯、变频空调、复印机、打印机等商业建筑中大量使用的引起中线发热的单相非线性负载和三相不平衡非线性负载。
            HTAF系列三相四线制滤波器可以彻底滤除三相不平衡非线性负载产生的三次谐波,并消除由于三次谐波引起的中线电流,能同时滤除2-50次谐波,瞬时响应时间小于0.5ms,完全响应时间小于20ms,可10台同时并联运行,并联运行的多台滤波器之间不会相互影响,产品设有符合现场总线的通讯接口,能方便的嵌入楼宇自动化系统。
            商业建筑中大量使用的单相或三相不对称负载,如日光灯、电脑、小型UPS、电梯、变频空调、复印机、打印机等,这些负载产生大量的三次谐波,导致供电系统的中线电流过大,造成供电故障,甚至火灾。
            三相四线制HTAF有源电力滤波器不但可以有效的滤除供电系统的三次谐波,同时还可以彻底滤除其他高次谐波。
            安装接线:
            HTAF 3L-□□/□□□AS接线图:


            HTAF 3L-□□/□□□AL接线图:


            HTAF 4L-□□/□□□AS接线图:


            HTAF 4L-□□/□□□AL接线图:


            有源电力滤波器与无源滤波器的对比:
            序号 项  目 无源电力滤波器 有源电力滤波器
            1 工作原理 由LC等被动元件组成,将其设计为某频率下极低阻抗,对相应频率谐波电流进行分流,其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道. 由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备,检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流,补偿后的源电流几乎为纯正弦波,其行为模式为主动式电流源输出.
            2 谐波处理能力 只能滤除固定次数的谐波. 可动态滤除各次谐波.
            3 系统阻抗变化的影响 受系统阻抗影响严重,存在谐波放大和共振的危险. 不受影响.
            4 频率变化的影响 谐振点偏移,效果降低. 不受影响.
            5 负载量增加的影响 可能超载而损坏. 无损坏之危险,谐波量大于补偿能力时,仅发生补偿效果不足而已.
            6 负载变化对谐波补偿效果的影响 随着负载的变化而变化. 不受负载变化影响.
            7 设备造价 较低 较高
            规格系列与型号命名:


            基本型号: 4位,HTAF-华天有源电力滤波器
            补偿方式: 2位,3L:三相三线制,4L:三相四线制
            电压等级: 2位,0.4:0.4kV,0.6:0.66kV 或 0.69kV
            补偿电流: 3-4位: 50A,100A,150A,200A
            电流检测方式: 1位,S:源电流检测,L:负载电流检测
            工厂代号: 1位,主要用于工厂生产识别,订货时可以不填。
            实际案例:
            某电池厂谐波治理结果:
            为验证某电池厂配电系统谐波治理效果,山大华天工程师对该电池厂低压配电室1#变压器总进线滤波器工作前后的电能质量和工作状况进行了现场测量,并在低压总进线处安装电度计量表进行计量比较,取得了较为全面的运行数据。
            通过对滤波器运行前后测得数据的分析认为,滤波器安装后,滤除了配电系统系统中的绝大多数谐波,避免了系统谐振,提高了功率因数,降低了设备损耗,提高了系统的可靠性。
            1#配电变压器总进线滤波前后效果对比:


            1#配电变压器总进线滤波前后测量结果评价:
            1)滤波器运行后,电压和电流波形明显改善;
            2)滤波器运行后,电压和电流谐波明显降低,电压谐波由原来的6.9%降到2.6%,电流谐波由原来的44.8%降到11.9%;
            3)滤波器运行后,功率因数由原来的0.81提高到0.85,(此功率因数的提高忽略了有源滤波器无功补偿部分获得的提高,因为从功率和电能表上看,滤波器运行前后,基波功率因数基本相同);
            4)滤波器运行后,电压和电流的峰值因数都有所降低,峰值因数的降低,减小了设备的电气应力,有利于提高设备的使用寿命;
            谐波治理效果与效益分析:
            设备正常运行后,功率因数基本不变,高压侧的电流由原来的45A降到40A,降幅为10%左右,按照以上结果计算,节电率应当为10%左右(由于功率因数不变,电流减小,因此,减小的实际为有功功率);为了进一步验证节电效果,在低压侧总进线柜安装了电度表,将其测量结果与1#变压器高压进线电度表比较,用于测量滤波器运行前后,变压器的节电量,从两只电度表测量结果计算,变压器每天节电128度左右,节电功率为128/24=5.35。
            节能效果分析:
            按照原来现场测量数据分析,安装有源滤波器后,平均视在功率可降低20%左右,并产生明显节电效果。
            其中:如果电压谐波被完全抑制,可降低主变压器铁损
            PL1 ≈ (1.9+2.4)×30% = 1.3kW
            可降低充电机变压器附加铁损
            PL2 ≈ 53×30% = 15.9kW
            可降低主变器负载损耗
            PL3 ≈ 12×(650/1894)2×9= 12.7kW
            以及谐波导致的其它损耗的降低
            PL4 ≈ 650×235×3×2% = 9.2kW
            谐波被完全抑制后,可降低损耗总量为
            PL总 ≈ 1.3 + 15.9 + 12.7 + 9.2 = 39.1kW
            按照以上计算,谐波被完全抑制后,可降低变压器总损耗为
            PL变≈1.3kW+12.7kW=14KW。
            设备实际投运后,谐波电压基本得到抑制,因此,滤波器安装后,谐波电压导致的铁损与计算值应当相当;按照原来的分析,谐波电流为650A,因此导致的主变压负载电流额外损耗为12.7kW,此值为理想值,也就是谐波得到完全治理后的节电量,但是实际装机容量为400A,按照此谐波电流计算,滤波后主变压器减少的负载损耗应为
            PL3 ≈ 12×(400/1894)2×9= 4.81kW
            则修正后的变压器理论节电功率为
            1.3+4.81=6.11KW
            安装滤波后减少杂散损耗理论值为
            PL4 ≈ 400×235×3×2% = 5.66kW
            实测的的变压器节电功率(5.35KW)小于修正后的理论节电功率,主要原因是由于新增充电机后,铁损的功耗增加所致。
            与以上结果分析得出,滤波后,变压器降低的铁损与理论计算值基本相同,但谐波电流由于没有完全滤除,因此与原预测有出入,按照实际装机容量计算,滤波器按转后,节省的总电能为
            PL总 ≈ 1.3 + 15.9 + 4.81 + 5.66 = 27.66kW
            按照变压器实测的节电功率计算
            PL总 ≈ 5.35 + 15.9+ 5.66 = 26.91kW
            按照平均有功功率为700KW计算,实际节电率为
            26.91/700≈3.84%
            以上计算值比从高压侧观察电流节约的少,主要原因一是有另外加装一套充电机柜后,电压谐波进一步恶化,导致的充电变压器和主变压器的铁损按照电压谐波的平方成正比增加,谐波电压滤除后,损耗进一步降低;二是因为充电机充放电过程的不可预知性;三是可能在高压侧对于电流和功率因数观察的误差造成的误差。因此,从以上分析,滤波器安装后,基本达到了预期的节电效果。
            按照以上分析计算,每年的节电量为
            26.91*24*365*0.9=212158KWh

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