《有源补偿APF》PPT课件.ppt

XDAPF系列有源电力滤波器（Active Power Filter）介绍,2010年5月,以高新技术产业为支柱， 。 主要从事交、直流电气传动系统、自动化控制系统及电力电子产品的开发与生产. 与清华大学共同研制的主要电力电子产品：APF、SVG、MVD等。 有员工300人，本科以上150人。 注册资金4000万元。,主要内容,电网谐波污染,当正弦波电压施加在非线性电路上时，电流就变成非正弦波，非正弦波电流在电网阻抗上产生将压，会使电压波形也变为非正弦波。对非正弦波作傅立叶级数分解，其中频率与工频相同的分量称为基波，频率大于基波的分量称为谐波。如今广泛使用的负载大部分是非线性的，如整流器、变频器、UPS、电梯、空调、节能灯（荧光灯）、复印机、家用电器等等，这些非线性负载会产生大量的谐波电流并注入到电网中，使电网电压产生畸变，这种谐波“污染”会对电网和用户产生严重的危害。另外，冲击性、波动性负载，如电弧炉、焊接设备等在运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且造成电压波动，闪变和三相不平衡等电能质量问题，危害电网的安全运行。,谐波基本概念,谐波的基本概念 频率为1/T的分量为基波，频率为大于1的整数倍基波（50Hz中国）频率的分量称为谐波。谐波次数为谐波频率和基波频率的整数比。 电压HRUn和电流HRIn 电压和电流总谐波畸变率,谐波的危害：,.谐波对电网的影响。电网中广泛使用补偿无功的电容器，在一定的频率下，可能满足串联或并联谐振条件，当该次谐波足够大时，就会造成危险的过电压或过电流，这往往导致电气元件及设备的损坏，严重影响电力系统的安全运行。此外，谐波电流在电网中的流动会在线路上产生有功功率损耗。导线的集肤效应引起的附加线路损耗比较大；严重的谐波畸变使断路器的开断能力降低，并可能损坏断路器，民用建筑中，由于中性线一般较细（新标准已加大了N线导线截面），当大量的谐波（一般为三次谐波）从中流过时，会使导线过热，破坏绝缘，进而发生短路，引起火灾。,谐波的危害：,谐波对旋转电机的影响。谐波对旋转电机的影响主要是引起附加损耗和过热，其次是产生机械振动、噪声和谐波电压。这些影响将缩短电机的寿命，情况严重时甚至会损坏电机。 谐波对变压器的影响。谐波源的谐波电流流入变压器时，其主要影响是增加了它的铜损和铁损。随着谐波频率的增高，集肤效应更加严重，铁损也更大，引起变压器的发热。谐波还会引起变压器的噪声增大。,谐波的危害：,对继电保护和电力测量的影响。电力系统中的谐波会改变保护继电器的性能，引起误动作和拒绝动作。当有谐波时，将会产生测量误差。仪表的原理和结构不同，所产生的误差也不相同，其对测量误差的增大是无法估量的。 谐波对通讯系统的干扰。谐波干扰会引起通讯系统的噪声，干扰严重时会引起信号的丢失，甚至还可能危及设备和人身安全。,高次谐波,三相六脉波整流电路有哪些谐波 三相整流设备含有5、7、11、13等次（6n1） 的高次谐波，含量为基波的 1/5，1/7，1/11，1/131/（6n1）高次谐波含量为： 即,各类多相整流器产生的谐波次数,由右表可见，增加变流器的相数可有效地消除低次谐波，整流相数越多，所产生的谐波分量越少。目前在轧钢机和电冶金、电解整流电源工程中多数采用12相、24相整流技术，对特大容量的也采用36相、48相整流。 交流电弧炉非对称产生偶次谐波。,在民用低压配电系统中的谐波源,商业区、商场、写字楼、办公楼等设施的谐波危害同样巨大，主要产生谐波的设备和装置有： 1. 整流器和整流设备； 2. 影视设备： TV、TV监视器等； 3. 计算机； 4. 复印机： 含图象复印机； 5. 打印机； 6. 传真机； 7. UPS电源系统； 8. 电子控制照明装置（如调光、电子荧火灯镇流器等）； 9. 电梯； 10.空调（尤其是变频调速装置）； 11.焊机设备； 12.微波炉； 13.开关模式电源（SMPS）； 14.磁性铁芯设备； 计算机产生以3次、5次和7次谐波为主的谐波，而笔记本便携式计算机则产生的谐波频谱更加广泛。 复印机产生以3、5、7、9、11、13次谐波为主的谐波。 可变频驱动装置则产生以5、7次谐波最为明显。 三相供电有六个脉冲桥式可控硅整流器的UPS电源，则没有3次谐波，而5、7次谐波则最为显著。三相供电有十二个脉冲可控硅整流器时，那么11、13次谐波则最为显著。而单相供电的UPS电源则以3次谐波为主。,谐波抑制和治理的解决方法,1.无源滤波器 传统的抑制高次谐波的方法，是使用LC无源电力滤波器，一般是根据谐振原理来工作。它具有结构简单、一次性投入低、运行费用低，它在很宽的频率范围内呈现为低阻抗，可以抑制多个频率的谐波。在吸收高次谐波的同时补偿无功功率，还具有改善负载功率因数的功能。但由于结构原理上的原因，在应用中存在以下难以克服的缺点。 由于调谐偏移和残余电阻的存在，调谐滤波器的阻抗等于零的理想条件是不可能出现的，阻抗的变化大大妨碍了滤波效果，并且还存在滤波器过负荷的可能性。 .只能抑制按设计要求规定的谐波成分。有时由于高次谐波的成分较多，必须同时加入多个滤波器。这会使整个滤波器的成本和体积增加。 .随着电源侧谐波发生源的增加，谐波电流超量时，可能会引起滤波器的过负荷。 .LC滤波器电路会因系统阻抗参数变化而发生与系统并联谐振问题，从而使装置无法运行。 .对于特殊的谐波，当系统阻抗和频率变化时，有可能因与电源阻抗并联谐振而产生“谐波放大现象”，使电路无法正常工作。 .消耗大量的有色金属，体积大，占地面积大。,谐波抑制和治理的解决方法,2.有源滤波器 有源滤波器的基本原理是从被补偿对象中检测出谐波电流，然后由补偿装置产生一个与该谐波电流大小相等但极性相反的补偿电流（并联型）或对应的谐波电压（串联型），从而消除电网中的谐波电流，使电网电流只含有基波分量。 与传统的LC滤波器相比，有源滤波器优点如下： .实现了动态补偿，可对频率和幅值都变化的谐波以及变化的无功功率进行迅速的动态跟踪补偿。 .滤波器特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。 .补偿无功功率时不需储能元件，补偿谐波时所需储能元件容量不大。 .可同时对谐波和无功进行补偿，且补偿无功的大小可做到连续调节，既可对一个谐波单独补偿，也可以对多个无功和谐波源集中补偿，性价比合理。,有源滤波器分类, 并联型有源电力滤波器 并联型APF在系统中，相当于一个谐波电流发生器。检测的信号经控制电路进行参考电流运算，得出补偿电流的参考信号。该参考信号经主电路放大，得出补偿电流与负载电流中要补偿的谐波及无功电流抵消，即得到所期望的与电网电压同相的基波正弦电流，从而抵消了线路中的谐波电流，将电流侧电流补偿为正弦波。 串联型有源电力滤波器 补偿装置工作时，APF相当于一个与负载串联且受谐波电流控制的受控电压源，它产生一个K倍于谐波电流的谐波电压，因此，APF对谐波来讲可等效为阻值为K的电阻，而对基波来讲，其阻值K为零。 混合型有源电力滤波器 有源电力滤波器（APF）作为一种能动态抑制谐波的电力电子装置广受关注，并出现了众多电路结构和控制方案，这其中，将传统的无源滤波器和APF结合起来，互相取长补短，组成混合有源滤波器，也是当前APF研究领域的一个重要方向。,APF的原理,有源电力滤波器由两大部分组成:即指令电流运算电路和补偿电流发生电路(由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三部分构成）。 指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量。 补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流。主电路目前均采用PWM变流器。,APF的原理,APF的原理,APF补偿谐波,APF的特点,APF在低压配电系统中的应用,我国低压配电一般采用三相五线系统，有三根相线、一根中线以及以及一根地线。在实际系统中，既有三相负载也有单相负载，不同的场合负载类型、数量、比例也不尽相同。在一般民用领域，三相负载较少，主要为单相负载。在配电施工时，根据负载状况合理分配三相供电，以减小中线电流。随着电子技术的不断发展，各类电子设备、节能灯、荧光灯、变频电器越来越多的应用于民用建筑中。而这些设备、灯具在不断满足人们生活的同时，也在向电网中注入大量的谐波电流。在负载较为集中的场合，其谐波含量甚至较工业企业更为严重。 谐波的危害有很多，在民用配电中最显著地问题是中线电流过大。在民用建筑中，单相负载是主要负载，对于理想线性三相系统而言，如果三相负载是平衡的，中线电流为零。在实际中，如果没有谐波电流，三相负载分配得当，中线电流是很小的。然而，大量非线性负载产生的三次谐波在中线上是相叠加的，其不可能通过调整三相负载平衡而减小或消除。通过对某些场合谐波测试可以看到，中线上的电流可能超过相线。根据波形测量可以看到，中线上的电流几乎全部为三次谐波电流。在三相四线配电系统上的相线上的谐波电流也主要为三次谐波。由三次谐波导致的中线电流过大会使中线发热，严重的话回引起中线被烧着引起火灾。同时，谐波电流作用在中线阻抗上产生中线电压，中线也可能使人触电，引起危险。过大的谐波电流也可能导致保护设备误动作，引起未知原因的跳闸断电现象。谐波也会增加线路和变压器的损耗，浪费电能。,XDAPF的应用范围,随着电力电子技术的广泛应用，如今各种负载大部分是非线性负载，如在化工、冶金、钢铁、煤矿和交通等部门大量使用各种整流设备、变频器、电弧炉等，以及照明电器、娱乐设施，UPS、电脑、电梯、空调、复印机等等，这些非线性负载会产生大量的谐波电流并注入到电网中，使电网电压产生畸变，这种“谐波污染”会对电网和用户带来越来越多的影响和危害。,两类XDAPF装置,先导倍尔提供两种类型的APF装置。 第一种是适用于三相三线工业负载的3L型APF装置，可适用于整流器、变频器、大型UPS、中频炉、电弧炉等工业非线性负载。3L基本型可同时滤除250次谐波，响应时间小于1ms，是工业谐波负载的有效治理设备。3L-F型可提供动态基波无功补偿和13次以内的谐波补偿，可兼顾电压闪变抑制、功率因数和谐波补偿功能。两种型号装置都可以多台并联运行。 第二种是适用于商用办公大楼三相四线负载的4L型APF装置，可适用于照明设备、电脑、UPS、电梯、变频空调等在中线中产生三次谐波电流的负载。4L型可同时滤除250次范围内的全部或选定次数的谐波，响应时间小于1ms，是工业谐波负载的有效治理设备。,XDAPF的型号命名,XDAPF的电气原理,输入开关合闸后，XDAPF通过限流电阻对直流电容器充电。当直流母线电压达到额定值后，充电接触器闭合，装置开始工作。 直流电容器为储能元件并通过IGBT逆变器和接口电抗器向电网输出补偿电流；直流电容同时通过电源板为信号板、控制板和驱动板提供工作电源。 XDAPF通过外部CT测量负载电流或电网电流送到信号板进行处理，控制板完成负荷谐波电流的计算和谐波电流补偿的闭环控制，并产生PWM驱动信号到驱动板，驱动板驱动逆变器的IGBT从而将所需的补偿电流输出到电网，完成谐波滤除的功能。,XDAPF的电气原理,瞬时无功的控制策略,谐波电流检测,XDAPF的电气原理,产品特性,(1) 补偿动态的无功功率； (2) 滤波系统的滤波效果受电力系统阻抗的影响小； (3) 滤波系统的滤波性能好： (4) 电力系统阻抗和滤波器之间不会产生串联或并联谐振： (5) 同一交流系统中其它滤波负载产生的谐波电流不会流入有源滤波器； (6) 系统中有源滤波器的容量比无源滤波器的要小的多，初始投资和运行费用都比较低。,谐波治理的经济效益,使用XDAPF系列有源电力滤波器后，配电系统将会得到以下好处： 减小变压器的附加损耗，降低噪声，提升变压器的带载能力。 减小流过配电线路的电流有效值，提高功率因数，消除流过配电线路的谐波。从而大大减小线路损耗，降低配电线缆的温升，提高线路带载能力。 减少控制设备和继电保护装置误动作，提高供电的安全和可靠性。 按照业界的经验，有源滤波器滤除配电系统的谐波后，还可以节省5%15%电费，具体能节省多少，与配电系统的配置有关。 另外， APF接入后，还能提升变压器和配电线缆的带载能力，相当于对系统进行了一次扩容，减少了系统在扩容方面的投入。 减少由于谐波电流造成的设备(补偿电容、熔断器、照明等）的损坏几率，有效降低维护费用。,XDAPF3L系列,可同时滤除260次的谐波电流 IGBT高速开关（20kHz），可迅速滤除谐波 输出电流响应时间小于1ms 自动限流于额定电流 可以同时滤波和补偿基波无功 设计选型简单，只需测量负载谐波电流大小 可以多机（不大于10台）并联运行，便于扩展容量 汉字液晶显示界面，操作简单 可实现远程监控,6脉冲可控整流设备使用XDAPF3L前后效果比较,XDAPF3L实际补偿效果测试,XDAPF4L系列,可同时滤除250次范围内的全部和选型次数谐波电流 IGBT高速开关（20kHz），可迅速滤除谐波 有效消除因三次谐波产生的中线电流 中线滤波能力为相线的三倍 输出电流响应时间小于1ms 自动限流于额定电流 可以同时滤波和补偿基波无功 可以多机（不大于5台）并联运行，便于扩展容量 汉字液晶显示界面，操作简单 可实现远程监控,三相四线办公设备使用XDAPF4L前后效果比较,XDAPF4L实际补偿效果测试,XDAPF3L系列的技术指标,XDA