有缘电力滤波器毕业论文设计研究成果PPT推荐.ppt

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所以了解谐波产生的原理、研究消除供配电系统中的高次谐波问题对改善供电质量和确保电力系统安全经济运行有着非常积极的意义。

谐波测量是谐波问题中的一个重要分支，对抑制谐波、解决谐波产生的问题有着重要的指导作用。

因此对谐波的测量和分析是电力系统分析和控制中的一项重要工作，是继电保护、故障测量等工作开展的重要前提。

主要谐波产生源如下表：

名称所属行业变频装置商业、市政、民用、公用事业、工矿企业等UPS、开关电源、逆变电源公用事业、商业、电子、通讯等地铁、轻轨、充电站（桩）交通单（多）晶硅生产设备、中频炉制造业电弧炉、交流弧焊机、感应加热装置机械、能源、化工谐波的危害使电力元件附加损耗加大，易引发火灾谐波使公用电网中的元件产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。

大量三次谐波流过中线会使线路过热，甚至引起火灾。

影响电气设备的正常运行谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等，使变压器局部严重过热，使电容器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以致损坏。

引起电网谐振这种谐振可能使谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统，特别是对电容器和与之串联的电抗器形成很大的威胁，经常使电容器和电抗器烧毁。

使继电保护误动作，电气测量误差过大谐波会导致继电保护，特别是微机综合保护器与自动装置误动作，造成不必要的供电中断和生产损失；

谐波还会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给用电管理部门或电力用户带来经济损失。

使工控系统崩溃临近的谐波源或较高次谐波会对通信及信息处理设备产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量，计算机无法正常工作；

重则导致信息丢失，使工控系统崩溃。

2现场谐波工况2013年4月3日，我司系统工程师携专有设备对江阴港某分变东10.25门机（配电回路标识）进行了电能质量测量，该负载为典型的6脉波整流负载，谐波主要以5/7/11为主，电流THD基本达到了40%左右，负载为冲击性负载，由于谐波比较大，因此功率因数低值会降到0.8左右，电压THD也升高到近3%。

现场实测数据截图如下：

现场实测数据截图2013年8月9日，我司工程师又对现场5个变电所做了全面的谐波检测，在现场实测时发现1号、2号、3号、5号变电站B相和C相均反向，初步怀疑是在总进线输出端就反向连接。

几个变电站所载负载类型不同，使用时间也不一定，于是就集中在下午选择了四个变电站进行测量。

下面详细分析几个谐波比较严重的变电站测试数据。

2.12号变电站现场实测的为2号变电站负载用电情况如上图所示：

低压400V系统中电压波形、电流波形、波峰系数、电流谐波含量。

图中电压波形接近标准50HZ正弦波。

电流波形就很不理想，波峰向下凹陷，A、B、C三相电流波峰系数为1.50、1.50、1.52，峰值电流为258A、224A、205A，电流谐波总畸变率为13%、14%、15.8%。

不满足GB/T14549-1993电能质量：

公用电网谐波低压400V系统谐波总畸变率不得大于5%的标准，因而有必须要进行谐波治理。

2.23号变电站从图中可以看出，3号变电站负载量很大，峰值电流高达1330A，有效值500A左右，在如此高的负荷下，电现场实测的为3号变电站负载用电情况如上图所示：

电流波形畸变，波峰向下凹陷，A、B、C三相波峰系数为2.30、2.00、2.72，峰值电流为1160A、976A、1330A，电流谐波总畸变率为16.8%、16.2%、18.1%。

远远高于GB/T14549-1993电能质量：

公用电网谐波低压400V系统，谐波总畸变率不得大于5%的标准，因而有必要进行谐波治理。

电流畸变率明显上升，在C相电流达1330A的同时，电流畸变率高达18.1%。

2.35号变电站现场实测的为5号变电站负载用电情况如上图所示：

电流波形严重畸变呈锯齿状，A、B、C三相波峰系数为1.55、1.54、1.55，峰值电流为528A、552A、544A，电流谐波总畸变率为16.6%、15.8%、15.6%。

从截图上看，5号变电站3次谐波含量也均超出标准值，经了解，5号变电站主要是办公楼、宿舍等用电，依据以往项目经验推算N相畸变应该很大。

但由于5号变电站N相电流电压无法取到，此处无法给出具体数据。

3谐波治理方案3.1方案设计在对配电现场进行实地考察后，建议对各个变电站负载进行谐波治理，采用集中补偿方式，方案示意图如下：

图12号变电站和5号变电站谐波治理方案图23号变电站谐波治理方案因现场非线性负载（经检测，主要为起重机回路）多，且具有地域分散，冲击电流大的特点，易采用集中式补偿治理方式。

采用无功功率补偿和谐波治理综合方案可兼顾无功补偿和谐波治理功能，该方案利用现有无功补偿控制柜，减少用户改造投入成本。

将有源电力滤波装置并联到配电网络中，一方面可有效抑制谐波放大，保护电容器，而装置的检修与日常维护只需从电网中切除，不影响现场的正常运营。

该方案若得以实施，若结合远程监测系统（可后续逐步实施），客户将会对配电现场进行全面实时监测，及时发现隐患故障，避免停电事故；

全面监视并控制电能质量，改善谐波影响，提高系统安全和运行效率，随时跟踪谐波污染变化，使设备维护有的放矢。

3.2谐波治理依据的国家标准GB/T14549-1993电能质量：

公用电网谐波GB/T15543-2008电能质量：

三相电压允许不平衡度GB/T12325-2008电能质量：

供电电压允许偏差GB/T12326-2008电能质量：

电压波动和闪变GB/T18481-2001电能质量：

暂时过电压和瞬态过电压GB/T15945-2008电能质量：

电力系统频率允许偏差GB7625.1-1998低压电气电子产品发出的谐波电流限值GB/T15576-1995低压无功功率静态补偿装置总技术条件3.3设备选型及工程造价依据我方对江苏江阴港港口集团所掌握的情况，及参照本方案第2部分对某具有代表性回路的实地测量，谐波源集中在2号变、3号变和5号变负载回路，故建议用户方对以下回路选配有源电力滤波装置：

序号地点数量型号12号变电站1ANAPF100-400/B23号变电站3ANAPF100-400/B35号变电站1ANAPF50-400/B设备价格及清单如下：

50三相四线有源滤波柜（ANAPF50-400/B）报价（元/台）：

80,000.00成套柜号：

50三相四线名称型号单价（元）数量计量单位小计（元）有源滤波电抗器APF-RE.（S）DG-30/50B5,150.001只5,150.00有源滤波变流器50安科瑞APFC0V-CVT5033,000.001只33,000.00有源滤波控制器50安科瑞APFMC-C5025,000.001只25,000.00柜体APF600*600*18002,900.001只2,900.00接触器常开CK3-150/M81,600.001只1,600.00接触器施耐德LC1D09M7C100.001只100.00R型变压器R320-0.38*0.22500.001只500.00触摸屏MT6070IH31,300.001只1,300.00断路器常开CM1-160L/3300160A700.001只700.00延时触头LADT2250.001只250.00温度巡检仪安科瑞ARTM-8700.001只700.00辅料APF-50B3,800.001项3,800.00人工费APF-50/75/1003,000.001项3,000.00调试费APF-502,000.001项2,000.00运费YF0300.001项0.00合计大写：

捌万元整小写80,000.00100三相四线有源滤波柜（ANAPF100-400/B）报价（元/台）：

150,000.00成套柜号：

100三相四线名称型号单价（元）数量计量单位小计（元）有源滤波电抗器APF-RE.（S）DG-75/100B7,950.001只7,950.00有源滤波变流器100安科瑞APFCOV-CVT10059,300.001只59,300.00有源滤波控制器100安科瑞APFMC-C10065,900.001只65,900.00柜体APF600*600*18002,900.001只2,900.00接触器常开CK3-150/M81,600.001只1,600.00接触器施耐德LC1D09M7C100.001只100.00R型变压器R320-0.38*0.22500.001只500.00触摸屏MT6070IH31,300.001只1,300.00断路器常开CM1-160L/3300160A700.001只700.00延时触头LADT2250.001只250.00温度巡检仪安科瑞ARTM-8700.001只700.00辅料APF-100B3,800.001项3,800.00人工费APF-50/75/1003,000.001项3,000.00调试费APF-75/1002,000.001项2,000.00运费YF0300.001项0.00合计大写：

壹拾伍万元整小写150,000.00工程综合造价：

序号型号单位数量单价小计型号1ANAPF100-400/B台4￥150000￥6000002#、3#变电所2ANAPF50-400/B台1￥80000￥800005#变电所3工程实施及辅材项5￥25000￥1250004合计￥8050003.4客户收益与静态投资回收期3.4.1电网质量有效提高江阴港码头的主要设备是门机，属于冲击性负载，典型的恶性负载的一种；

主要特征是在一个工作周期内，出现最大负荷的时间很短，但其峰值可能是其平均负荷的数倍或数十倍。

这类负荷对电力系统影响较大，当其变化幅值相对于系统容量较大时，很有可能引起系统频率的连续振荡，电压摆动。

从而引起同一变压器下其它负载由于供电电压不稳而引起的工作不稳定。

此外该种负荷最大负载出现时出现较大的谐波畸变，从负载波形可以看出属于典型的M波典型谐波，主要以5/7/11/13次为主，估计其内部采用了三相全桥的触发控制电路，谐波电流会使无功补偿装置不能正常运行（现场测量的数据显示，带有无功补偿柜的变压器输出端功率因数为0.78左右），为了解决这个问题，需要用APF有源滤波器先把奇次谐波补偿掉，使得无功补偿柜能够工作起来，还能够提高设备的运行寿命，增强系统稳定性。

3.4.2可获得科学的数据支撑按照当前的变压器容量和现场实际的负载情况，加了APF设备之后，假设馈出线路端负载再增加20%的情况下，当前变压器仍然能够满足带载的实际需求。

也就是说在同样的投入下，可以大幅度提高设备的产出，一定程度上也为今后港口改造项目设计中适当降低变压器选型容量提供决策的依据。

3.4.3项目静态投资回收期APF有源滤波装置除了可以滤除谐波之外还可以提高系统的功率因数。

众所周知，工业电费主要由三个部分组成，第一是变压器容量的固定支出，这个费用主要由变压器的容量决定的，28-30元/KVA乘以变压器容量就是这个支出的费用，因此选定了变压器这个费用就决定了；

第二是有功电度的正常走字；

这个费用就是我们电表的走字，多用就多交费；

第三是针对用户负荷的无功罚款；

这块费用其实就是针对用户负荷特点的无功罚款，现场测量的数据显示，变压器输出端功率因数为0.78左右，按照我国供电营业规则业用电的收费标准：

加装了APF有源滤波设备之后，可以明显提高系统的功率因数，减少电力公司的无功罚款。

按照上述表格，如果当前功率因数为0.68（参见下图实测数据），考虑常态下功率因数情况较好，按0.72计,则查上表得知费率调整系数为9.0%，也就是说实际收的电费应该是正常电费的1.09倍；

假设江阴港5号码头5个变压器每月的电费约为60万元（参照近9、10月港区电费），其中以2#、3#变电所用电为主（依10月份电费为例：

1#变电费约10万元、2#变高压门机电费30万元、低压用电约5万元、3#变电费约17万元、4#、5#变总约1万元），该两变电所低压占比约为35%，那么其中每月多收的电费为600.350.09=1.89万元，据此，该项目的直接静态投资回收期为80.5/1.8943（月），即3年零7个月。

有源滤波设备的检测的数据可为后续码头建设中的设备选型（如变压器的合理负荷）提供科学可靠数据依据。

4.有源电力滤波装置配置方案4.1设备型号说明注：

有源电力滤波装置型号说明如下：

ANAPF-/4.2产品外形4.3工作原理ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

原理如下图：

4.4主要技术特点DSP+FPGA全数字控制方式，具有极快的响应时间；

先进的主电路拓扑和控制算法，精度更高、运行更稳定；

一机多能，既可补谐波，又可兼补无功；

模块化设计，便于生产调试；

便利的并联设计，方便扩容；

具有完善的桥臂过流、保护功能；

使用方便，易于操作和维护。

4.5技术参数接线方式三相三线或三相四线接入电压3380V10%接入频率50Hz2%动态补偿响应时间动态响应4ms，全响应时间20ms；

开关频率10kHz功能设置只补偿谐波、只补偿无功、既补偿谐波又补偿无功；

手动、自动切换。

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远程监控可选外形尺寸（mm）（WDH）30A50A75A100A及以上6005001500600500150060050018008006002200重量（kg）三相四线三相三线30A、50A75A、100A30A、50A75A、100A280360240290（约）说明：

1、可以通过实测数据确定补偿电流，或通过电力系统详细信息（单线图、变压器、负荷情况等）计算出补偿电流；

2、三线系统需配置2个或3个CT（用于A相和C相），四线系统需要配置3个CT（用于A相、B相和C相）。

4.6滤波方案选择框图4.7安装技术要求根据申夏港区1#5#变电所平面布置，按本方案选配电力有源滤波装置的位置示意如下图：

2#变电所平面布置图3#变电所平面布置图5#变电所平面布置图布置要求ANAPF一般为标准柜式结构，安装时应避免倒置或平放，外形尺寸由所选谐波补偿电流值决定，平面布置形式一般由谐波电流补偿点位置决定。

其平面布置要求如下：

1）离墙安装：

正常情况下建议与低压开关柜并列离墙布置，正面操作，双面维护，背面维护通道不小于800mm。

2）靠墙安装：

ANAPF也可靠墙布置，正面操作，正面维护。

3）电气设计人员在考虑系统接线及平面布置时应注意将ANAPF的补偿接入点尽量靠近补偿对象，并处于采样CT的上游，或在末端预留空间供设计安装，CT采样处下游不能包含容性负荷。

4）ANAPF所有正常情况下不带电的金属外壳均应根据设计要求的接地制式（TN-S、TN-C-S、TT等）严格做好相应的保护接零或保护接地。

互感器的安装1）互感器的P1端指向电网，P2端指向负载。

2）互感器与ANAPF的接线如下图所示：

3）注意互感器的进出线要一致且方向正确。

4）安装电缆规格如下表：

安装电缆与CT采样线截面积型号安装电缆（mm2）CT采样线（mm2）CT接地线（mm2）机柜接地线（mm2）ANAPF30A162.52.510ANAPF50A252.52.516ANAPF75A352.52.516ANAPF100A502.52.516ANAPF120A502.52.525ANAPF200A1502.52.570ANAPF300A1852.52.595ANAPF400A1852.52.5955有源电力滤波功能模块介绍5.1控制器模块APF有源电力滤波装置控制器主要由：

DSP（数字信号处理器）、FPGA逻辑器件、AD信号采样电路、DI/DO输入输出控制电路、PWM波形控制电路、RS485通讯电路等组成，主要用来完成电压、电流等信号的采集和处理、指令电流的计算、开关电路的生成、PWM信号的输出、系统对外通讯与系统保护等功能。

控制系统是有源滤波器的核心，它决定了有源电力滤波器系统的主要性能和指标。

命名规则APFMCXXXX外形尺寸（单位：

mm）技术参数辅助电源电压AC220V（可波动范围10%）报警输出输出方式2路继电器输出（可编程）触点容量AC250V/3ADC30V/3A环境工作温度-10+50存储温度-20+70通讯RS485接口，Modbus-RTU协议（两路）保护方式模拟保护/数字保护5.2变流器模块APF有源电力滤波装置变流器的核心是储能电容和IGBT模块。

变流器的作用主要是将电网的电压经IGBT功率模块整流后为储能电容充电，使母线电压维持在某个稳定的值，在这个过程中变流器主要工作在整流状态，当主电路产生补偿电流时，变流器又工作在逆变状态。

考虑到产品是在电网中长时间运行的，因此直流支撑电容采用薄膜电容，功率模块采用德国原装产品，以确保整机质量。

变流器的选择根据补偿电流的大小而有所不同。

命名规则APFCOV-CVTXX外形尺寸（单位：

mm）产品型号外形尺寸（长mm宽mm高mm）APFCOV-CVT30325330428APFCOV-CVT50APFCOV-CVT75APFCOV-CVT1005.3电抗器模块APF电抗器起滤波作用，滤除APF发出的电网不需要的谐波。

电抗器可分为单相和三相，电流从15A到200A等多种规格。

命名规则APF-RE.（S）DGXX外形尺寸（单位：

mm）类别产品型号重量（Kg）外形尺寸（长mm宽mm高mm）单相APF-RE.DG-3013160150（含引线）200APF-RE.DG-5016.5160180（含引线）220APF-RE.DG-7535220220（含引线）250APF-RE.DG-10037220220（含引线）250三相APF-RE.SDG-3016180150（含引线）195APF-RE.SDG-5046310180（含引线）320APF-RE.SDG-7586380230（含引线）350APF-RE.SDG-10088380230（含引线）350产品特点铁心采用优质低损耗硅钢片；

线圈采用铜箔或铝箔绕制；

绝缘采用H级，使用寿命更长，安全系数更高；

功率范围宽：

单台可从15A到200A。

5.4人机操作界面APF-HMIAPF柜在工作时，系统可以监测其网侧电流、APF桥臂电流以及负载侧电流，用户可以通过HMI来对APF的运行