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淺談有源濾波器在有色工業(yè)中的應(yīng)用

張穎姣 ? 來源:jf_33247005 ? 作者:jf_33247005 ? 2024-02-22 14:46 ? 次閱讀

淺談有源濾波器在有色工業(yè)中的應(yīng)用

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

文摘:介紹了諧波的危害及類型,分析了有源濾波器的原理。

關(guān)鍵詞:諧波;無源濾波器;有源濾波器

0引言

目前,許多變電所的負(fù)荷中含有大量的非線性負(fù)荷,如整流裝置、交一交變頻裝置、煉鋼電弧爐、電力機車、交流電焊機、計算機的開關(guān)電源帶電子鎮(zhèn)流器的熒光燈,它們工作時的電流也是非正弦電流。諧波電流流經(jīng)系統(tǒng)中包括發(fā)電機、輸電線、變壓器在內(nèi)的各種阻抗元件時,必然產(chǎn)生非正弦的電壓降,使交流系統(tǒng)內(nèi)的各點的電壓波形也發(fā)生不同程度的畸變。電壓畸變的程度取決于負(fù)荷容量與電網(wǎng)容量的相對比值以及供電系統(tǒng)對諧波頻率的阻抗,畸變的電壓反過來對整流裝置從系統(tǒng)中取用的電流波形又有影響。因而諧波電流和諧波電壓是相伴而生、相互影響的。諧波對用電設(shè)備的正常運行會產(chǎn)生如下不良影響,因此需在供電線路上設(shè)置有愿濾波器解決諧波問題

1諧波產(chǎn)生不良影響的種類

1.1通訊干擾

由于非線性負(fù)荷供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波對與其鄰近的通訊線路產(chǎn)生靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng),在通訊系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生不良影響。

1.2對同步發(fā)電機的影響

電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機,特別是以非線性負(fù)荷為主或以發(fā)電電壓直接供給非線性負(fù)荷的同步發(fā)電機,高次諧波對其有較大不良影響。諧波電流引起定子特別是轉(zhuǎn)子部分的附加損耗和附加溫升,降低了發(fā)電機的額定輸出。

1.3電力電容器的影響

由于電容器的容抗和頻率成反比,電力電容器對諧波電壓*為敏感。諧波電壓加速電容器介質(zhì)老化,介質(zhì)損失系數(shù)增大,容易發(fā)生故障和縮短壽命,諧波電流常易使電容器過負(fù)荷和出現(xiàn)不允許的溫升。電容器與電力系統(tǒng)還可能發(fā)生危險的諧振。此時,電容器成倍地過負(fù)荷,響聲異常熔斷器熔斷,使電容器無法運行。伴隨著諧振在諧振環(huán)節(jié)常出現(xiàn)過電壓。

1.4電纜線路絕緣的影響

對電纜線路,非正弦電壓使絕緣老化加速,漏泄電流增大;當(dāng)出現(xiàn)并聯(lián)諧振過電壓時,可能引起放炮并擊穿電纜

1.5對變壓器的影響

諧波電壓使變壓器激磁電流增大,頻率變壞并惡化其功率因數(shù)。諧波放大會造成主變聲音異常。

1.6對測量儀表的影響

高次諧波對感應(yīng)型有功和無功電度表會引起誤差,頻率愈高,誤差愈大,且均為負(fù)誤差。1.7對繼電保護自動裝置等的影響

當(dāng)諧波電壓水平教高時,對供電系統(tǒng)的電壓自動調(diào)節(jié)的誤差有所增加。負(fù)序系統(tǒng)的高次諧波電流對具有負(fù)序電流濾波器的繼電保護裝置有不良影響。諧波電流惡化甚至破壞利用電力線路作為聯(lián)系通道的運動裝置的工作。高次諧波對脈沖--相位控制的可控硅(晶閘管)整流裝置的工作,可能造成脈沖丟失而燒壞可控硅管。

由于諧波的這些危害,所以在設(shè)計和建設(shè)非線性負(fù)荷的配電所時,按國家標(biāo)準(zhǔn)。

2產(chǎn)生諧波的類型

諧波負(fù)荷電流是由所有的非線性負(fù)荷所產(chǎn)生的,有以下幾類:

(1)開關(guān)模式電源(SMPS);

(2)電子熒光鎮(zhèn)流器;

(3)調(diào)速的傳動裝置;

(4)不間斷電源(UPS);

(5)磁性鐵芯裝置。

3有源濾波器的原理和工作特點

3.1原理

有源濾波器的工作原理是從補償對象中檢測出諧波電流,由補償裝置產(chǎn)生一個與該諧波電流大小相等而極性相反的補償電流,以抵消原線路諧波源所產(chǎn)生的諧波,從而使電網(wǎng)電流只含有基波分量。其中核心部分是諧波電流發(fā)生器與控制系統(tǒng),及其工作靠數(shù)字信號處理(DSP)技術(shù)控制快速絕緣雙極晶體管(IGBT)來完成。

3.2系統(tǒng)組成

有源電力濾波器系統(tǒng)主要由兩大部分組成即指令電流檢測電路和補償電流發(fā)生電路。指令電流檢測電路的功能主要是從負(fù)載電流中分離出諧波電流分量和基波無功電流,然后將其反極性作用后發(fā)生補償電流的指令信號。補償電流發(fā)生電路的功能是根據(jù)主電路產(chǎn)生的補償電流,計算出主電路各開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖,此脈沖經(jīng)驅(qū)動電路后作用于主電路。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?shù)哪康摹8鶕?jù)同樣的原理,電力有源濾波器還能對不對稱三相電路的負(fù)序電流分量進行補償。

3.3特點

有源電力濾波器投入工作后,對抑制供電電源中的諧波有著明顯的作用,治理后諧波含量小于5%,使流入電網(wǎng)的諧波電流波形得到明顯改善電網(wǎng)電壓的波形也得到明顯的改善,節(jié)能效果也很明顯,不需要建立諧波通路,裝置本身的能耗也很低。

有源濾波器*大的特點是對變化的諧波進行快速的動態(tài)跟蹤,它跟據(jù)負(fù)荷的諧波進行動態(tài)的補償,它不但能濾去高次諧波而且能對基波無功進行補償,達到負(fù)荷的電流波形和系統(tǒng)的電壓波形一致,從而實行一機多能,是諧波治理的理想裝置。與無源濾波器相比,具有高度的可控性和快速的響應(yīng)特性,并且能跟蹤補償各次諧波,自動產(chǎn)生所需要變化的無功功率。其特性不受系統(tǒng)影響,無諧波放大的威脅,相對體積重量較小隨著有源濾波器在我國的不斷推廣應(yīng)用,也帶來了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

4安科瑞APF有源濾波器產(chǎn)品選型

4.1產(chǎn)品特點

(1)DSP+FPGA控制方式,響應(yīng)時間短,全數(shù)字控制算法,運行穩(wěn)定;

(2)一機多能,既可補諧波,又可兼補無功,可對2~51次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償;

(3)具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能;

(4)模塊化設(shè)計,體積小,安裝便利,方便擴容;

(5)采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制,使用方便,易于操作和維護;

(6)輸出端加裝濾波裝置,降低高頻紋波對電力系統(tǒng)的影響;

(7)多機并聯(lián),達到較高的電流輸出等級;

4.2型號說明

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4.3尺寸說明

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4.4產(chǎn)品實物展示

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ANAPF有源濾波器

5安科瑞智能電容器產(chǎn)品選型

5.1產(chǎn)品概述

AZC/AZCL系列智能電容器是應(yīng)用于0.4kV、50Hz低壓配電中用于節(jié)省能源、降低線損、提高功率因數(shù)和電能質(zhì)量的新一代無功補償設(shè)備。它由智能測控單元,晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,線路保護單元,兩臺共補或一臺分補低壓電力電容器構(gòu)成。可替代常規(guī)由熔絲、復(fù)合開關(guān)或機械式接觸器、熱繼電器、低壓電力電容器、指示燈等散件在柜內(nèi)和柜面由導(dǎo)線連接而組成的自動無功補償裝置。具有體積更小,功耗更低,維護方便,使用壽命長,可靠性高的特點,適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)對無功補償?shù)母咭蟆?/p>

AZC/AZCL系列智能電容器采用定式LCD液晶顯示器,可顯示三相母線電壓、三相母線電流、三相功率因數(shù)、頻率、電容器路數(shù)及投切狀態(tài)、有功功率、無功功率、諧波電壓總畸變率、電容器溫度等。通過內(nèi)部晶閘管復(fù)合開關(guān)電路,自動尋找適宜投入(切除)點,實現(xiàn)過零投切,具有過壓保護、缺相保護、過諧保護、過溫保護等保護功能。

5.2型號說明

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AZC系列智能電容器選型:

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AZCL系列智能電容器選型:

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5.3產(chǎn)品實物展示

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AZC系列智能電容模塊AZCL系列智能電容模塊

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安科瑞無功補償裝置智能電容方案

6結(jié)束語

有源濾波器作為提高系統(tǒng)經(jīng)濟性、安全穩(wěn)定性及改善供電質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)之一,在世界范圍內(nèi)應(yīng)用發(fā)展很快。隨著我國在有源濾波器的理論和實驗上取得一定的進展,有色行業(yè)中由于軋機容量大,負(fù)荷每個道次諧波參數(shù)變化大,無源濾波器很難滿足有色行業(yè)大型軋機的工作特性。因此有源濾波器在有色行業(yè)大型軋機上的應(yīng)用具有無可比擬的優(yōu)勢,隨著技術(shù)的成熟和價格的不斷降低將逐步得到廣泛的應(yīng)用。

審核編輯 黃宇

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