有源滤波器在LED显示屏谐波治理中的应用

1、有源滤波器在 LED 显示屏谐波治理中的应用安科瑞 袁燕1、引言在 LED 大屏上,多电源分布式开关电源得到了广泛应用,其产生的谐波分量对电网和电气设 备造成的影响日益严重,如何抑制谐波分量成为一个备受关注的问题。开关电源通常采用大功率半导体器件作为开关元件,按一定规律控制开关,调整占空比以调 节输出电压的大小。开关电源一般由整流器和滤波电容组成,交流输入电压进入滤波器、 整流器和滤 波电容后变换为直流输出电压。现今,开关电源正在逐渐向高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和 模块化发展。2、LED 显示屏谐波产生原因LED 需要低压直流驱动,因此显示屏工程大量采用开关电源为显示模块提供驱动。为了

2、降低 低压直流电流在各种输送环节耗损, 显示屏配电一般采用大量小功率开关电源模块, 配置成分布式局 部低压直流供电模式。 这种实现方法在解决了低压传输损耗的同时, 却带来了谐波污染和中线电流过 大 等 问 题 。 其 原 因 有 :开关电源为典型的谐波源,其谐波含量非常高,其波形为断续的尖峰波。由于一般使用的开 关电源容量较小(典型的案例为手提电脑的电源 ,并没有引起足够的重视。但如果大量的开关电源 同时工作,其产生的谐波将不可忽视,如果不加以处理,可能对供电网造成污染,对同一网内的其他 设备产生不可预知的危害。常规三相近似平衡的负荷,其零线的正常电流一般小于相电流的30%。显示屏系统无论怎么

3、配置负荷分布,由于显示画面的变化,终会带来瞬时三相不平衡。加之谐波电流的影响,其零线的电 流可以达到相电流的280%。3、LED 显示屏谐波产生的危害谐波过大会导致零线电流过大,零线电流过大是一个严重的火灾隐患,因为零线上没有过流 保护装置,不像相线上有保险等装置,当电流过大时可以切断电流。而当零线上电流过大时,只能任 其温度升高,加速电缆老化,甚至引起火灾。谐波不仅表现为电流谐波,而且由于谐波电流对电网冲击使供电电压含有谐波,会使电压波 形奇变严重, 可能对电网上其他敏感设备造成不良影响,甚至使其工作异常, 带来关联的法律责任问 题,例如同楼中某公司的网络服务器因突然停电,造成损失。4、AN

4、APF 低压有源滤波器在 LED 显示屏中的应用某广场大型户外 LED 显示屏,该显示屏供电系统有850个30OW 的开关电源分布式并联运行, 总功率共计250kw。开关电源是典型的谐波源,在工作时具有电流谐波畸变率高、谐波含量大、谐波 频谱宽、 设备为容性负载、功率因数低等用电特性。 当大量的开关电源集中使用时会导致中线电流过 高,功率因数低,电流谐波畸变率高等现象,从而影响了 LED 显示屏正常工作。4.1谐波治理方案基于该现场的特点,并联安装一台 ANAPF 型电力有源滤波器,设备参数如下:接线方式 三相三线或三相四线接入电压 3×380V±10%接入频率 50Hz

5、±2%动态补偿响应时间 动态响应<4ms,全响应时间<20ms;开关频率 10kHz谐波补偿次数 2-21次保护类型 直流过压 IGBT 过流 装置温度保护过载保护 自动限流在设定值,不发生过载冷却方式 智能风冷噪音 <65db(处于柜内并运作于额定状态工作环境温度 -10+45工作环境湿度 <85%RH不凝结安装场合 室内安装 海拔高度 1000m(更高海拔需降容使用进出线方式 下进下出防护等级 IP21智能通信接口 RS485/MODBUS-RTU远程监控 可选重量(kg三相四线 三相三线30A、50A 75A、100A 30A、50A 75A、100A2

6、803602402904.2ANAPF 有源滤波装置谐波电流估算谐波是由非线性设备产生的, 而每种设备的实际工作状态都不同。 因此实际谐波电流需采用专门设备 进行测量, 考虑到设备的技术及经济性, 设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电 流。 由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂, 况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中 的谐波数据,可以根据下列公式以对谐波电流进行估算。其中 K1为负荷率:即负荷占变压器额定容量的比例,通常取0.7-0.8;K2为谐波系数,根据系统场合不同而不同;ST 为变压器额定容量,单位 kVA;US 为低压系统电压,一般取0.4。根据估算值,现场选

7、用一台100A 的 ANAPF 有源滤波器进行谐波治理。4.3ANAPF 有源滤波器投入前后对比4.3.1未安装 ANAPF 有源滤波器时 LED 屏控制开关柜进线侧电能质量数据 未安装有源滤波器时 LED 屏控制开关柜进线侧最大的总谐波电流含量98.4%, 总谐波电压畸变率8.4%, 零线总谐波畸变率1724.3%。其中3次谐波为最大谐波电流量,A 相41.8A、B 相41.7A、C 相38A、零线 电流122.2A,含谐波功率因数0.68,总谐波电压严重超出国标380V 低压侧谐波电压畸变率 THDu 值 5%的要求。较为严重的3次谐波电压超出国标380V 低压侧谐波电压奇次畸变率 THD

8、4%的要求。4.3.2安装有源滤波装置后 LED 屏控制开关柜进线侧电能质量数据 投入安装 ANAPF 有源滤波器后 LED 屏控制开关柜进线侧最大的总谐波电流含量降至51%, 总谐 波电压畸变率降至3.1%,零线总谐波畸变率94.1%。3次谐波电流量 A 相1.4A、B 相1.1A、C 相1.8A、 零线电流9.8A, 含谐波功率因数提高至0.81。总谐波电压畸变率 THDu 值降至3.3%。3次谐波电压降至 低于国标要求380V 低压侧谐波电压奇次畸变率 THD4%的要求。由上图对比可见,ANAPF 有源滤波器保护了 LED 供电系统安全、稳定、经济运行,防止过电 流速断保护的误动作,有利

9、于电网和系统的安全稳定运行。5、ANAPF 低压有源滤波器的报价及主要元件清单型号:ANAPF100-400/B参考价格:12万元/台主要产品明细:序号 名 称 型 号 数量1APF 电气柜 800X600X220012变流器 APFCOV-CVT10013控制器 APFMC-C10014电抗器 APF-RE.(SDG-10015有源电流互感器 LT208-S736滤波器 DL-1TH127断路器 CVS160FTM160D4P3D 18接触器 LC1D150M7C 19微型断路器 NDM1-63C32110中间继电器 MY4NAC 211R 型变压器 R320-0.38/0.22112谐波检测仪 ACR350EGH 113电线 16mm2若干14电线 4mm2若干6、结语 随着显示屏幕规模的变大，显示屏幕工程对电网造成的谐波污染已是一个不可轻视的问题。 谐波带来的各种危害已经初步显现，由此引发的电网运行事故和法律