电力滤波柜

有源滤波器 电力滤波柜 谐波治理

1. 产品概述

      随着电力电子技术的发展，各种整流器等电力电子装置在工业、交通运输和家用电器中的应用日益广泛，这些非线性负荷带来的谐波问题也日益严重。谐波使电网损耗增加，占用系统容量，降低电网效率，导致继电保护设备拒动或者误动，干扰工业生产设备的正常运行，严重时导致大面积停电。谐波电流在有无功补偿电容器等容性设备的电网中流动时，可能由于系统谐振而放大数十倍或者更多，导致电网设备过电压损坏等严重问题。

      有源电力滤波柜是解决电力系统谐波问题的新型方案。北京华腾开元电气有限公司自成立以来一直跟踪技术前沿，致力于电能质量治理和电力节能设备的研制，研制成功高效的有源电力滤波柜（产品型号：HTAPF-Ⅰ），该产品响应速度快，具备连续补偿和动态跟踪补偿能力，谐波滤除率高，与无源滤波产品相比不会与电网发生谐振而且还能有效抑制电网本身的谐振。
      HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场／港口的供电系统、医疗机构等。根据应用对象不同，HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜的应用将起到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命减少设备损坏等作用。

2. 产品功能

• 滤除电流谐波
  HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜可以高效的滤除负荷电流中2~25次的各次谐波，从而使得配电网清洁高效，满足国标对配电网谐波的要求。该产品真正做到自适应跟踪补偿，可以自动识别负荷整体变化及负荷谐波含量的变化而迅速跟踪补偿，80us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿。
• 改善系统不平衡状况
  HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜可完全消除因谐波引起的系统不平衡，在设备容量许可的情况下，可根据用户设定补偿系统基波负序和零序不平衡分量并适度补偿无功功率。在确保滤除谐波功能的基础上有效改善系统不平衡状况。
• 抑制电网谐振
  HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜不会与电网发生谐振，而且在其容量许可范围内还可以有效抑制电网自身的谐振。这是无源滤波装置无法做到的。
• 综测功能
  HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜的控制系统带有存储器，可以保存电网的主要参数，并通过自带的通信接口传送给电力用户，方便统计和管理。
• 多种保护功能
  HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜具备过流、过压、欠压、温度过高、测量电路故障、雷击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行，并可在负荷较轻时自动退出运行，充分考虑运行的经济性。
• 全数字式操作
  HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜具备友好的人机接口，使得操作简便，易于使用和维护。
• 可扩展性
  HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜在现有的基础上还可以根据市场需求进行功能扩展，比如可以扩展带液晶显示的监测、控制台，便于工作人员实地查看装置运行情况；在通讯网络畅通的情况下，还可以应用GPRS无线通讯技术，扩展为远程监测甚至远程控制。

3. 工作原理

HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜的工作原理如图1-1所示。

图1-1 HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜的工作原理示意图

      设备投入运行的过程，先手动合上空气开关，给控制系统供电并合上设备的开机旋钮后，首先接触器J1闭合，通过防涌流电阻对直流电容器预充电。充电完毕后，闭合接触器J2闭合将防涌流电阻短接，然后设备开始运行。设备退出运行时，先封锁对逆变器的驱动信号，然后控制接触器J1和J2依次断开。
      设备的控制系统首先通过测量电路获得接入点电压、负荷电流、设备输出电流、补偿后的系统电流、直流电容器电压等信号，利用测量所得信号检出负荷电流的各次谐波分量和不平衡分量，考虑到控制必然存在误差，为了提高补偿的效果，再检出补偿后系统电流中的各次谐波分量和不平衡分量，与负荷的各次谐波分量和不平衡分量叠加，这就是设备的输出电流参考信号，进而控制系统的数字信号处理器根据电流参考信号计算得出对逆变器的PWM控制脉冲，并通过控制电路驱动逆变桥的电子开关器件（IGBT），从而输出相应的各次谐波分量和不平衡分量，实现补偿功能。

4. 技术参数

• 额定工作电压：380V/220V，50Hz
• 额定谐波补偿容量： 50A/100A/150A/200A
• 80us响应负荷变化，20ms实现完全跟踪补偿
• 整机功耗：小于容量的3％
• 抑制谐波效果*：达到国标要求，稳态THD可降低至5％以下
• 额定绝缘电压：3000V AC，2500V DC

*：表示在额定补偿容量范围内所能达到的指标

5. 参照和执行标准

• HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜的研制参照如下标准和规范进行
• JB/DQ6141-86 《低压无功功率补偿装置》
• GB12325-90 《电能质量 供电电压允许偏差》
• SD325 《电力系统电压和无功技术导则》
• GB/T15576-1995 《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》
• GB/T 14549-93 《电能质量 公用电网谐波》
• DL/T597-1996 《低压无功补偿控制器订货技术条件》
• GB/T 15543-1995 《电能质量 三相电压允许不平衡度》
• GB 12326－2000 《电能质量电压允许波动和闪变》
• GB2681-81 《电工成套装置中的导线颜色》
• GB2682-81 《电工成套装置中的指示灯和按钮的颜色》
• GB 4205 《控制电气设备的操作件标准运动方向》
• GB11463-89 《电子测量仪器可靠性试验》
• GB4208-93 《外壳防护等级的分类》

6. 使用环境条件

• 安装点电压：380V/220V ±15％
• 环境温度：－15°C ~ ＋40°C（室内型）
• 相对湿度：< 90%（40℃），短时允许100％
• 大气压力：79.5～106.6kPa（海拔2000m以下）
• 使用环境无较强的振动与冲击；
• 使用环境无腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电介质存在，不得含有爆炸危险的介质，无严重的霉菌存在；

      在湖北某军工厂的数控机床车间的1号母线和3号母线的安装了两台HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜，对其谐波进行补偿，下面为补偿前后的效果对比录波，从中可以看出，HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜具有良好的电流谐波滤除性能。

图1-1 补偿前A相电流（黄色线）和电流的傅立叶分析（红色线） 图1-2 补偿后A相电流（黄色线）和电流的傅立叶分析（红色线）

产品类型及应用范围

      目前，HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜，按结构类型分有三桥臂结构和四桥臂结构两种；其容量等级及应用范围等如下表所示。

HTAPF-Ⅰ型有源电力滤波柜
结构类型	谐波补偿容量（A）	额定电压（V）	应用范围
三桥臂	50	380	三相三线制系统
	100	380	三相三线制系统
	150	380	三相三线制系统
	200	380	三相三线制系统
四桥臂	50	380	三相四线制系统
	100	380	三相四线制系统
	150	380	三相四线制系统
	200	380	三相四线制系统