劉靜
安科瑞電氣股份有限公司 嘉定 201801
1、引言
在LED大屏上,多電源分布式開(kāi)關(guān)電源得到了廣泛應(yīng)用,其產(chǎn)生的諧波分量對(duì)電網(wǎng)和電氣設(shè)備造成的影響日益嚴(yán)重,如何抑制諧波分量成為一個(gè)備受關(guān)注的問(wèn)題。
開(kāi)關(guān)電源通常采用大功率半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)元件,按一定規(guī)律控制開(kāi)關(guān),調(diào)整占空比以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。開(kāi)關(guān)電源一般由整流器和濾波電容組成,交流輸入電壓進(jìn)入濾波器、整流器和濾波電容后變換為直流輸出電壓?,F(xiàn)今,開(kāi)關(guān)電源正在逐漸向高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和模塊化發(fā)展。
2、LED顯示屏諧波產(chǎn)生原因
LED需要低壓直流驅(qū)動(dòng),因此顯示屏工程大量采用開(kāi)關(guān)電源為顯示模塊提供驅(qū)動(dòng)。為了降低低壓直流電流在各種輸送環(huán)節(jié)耗損,顯示屏配電一般采用大量小功率開(kāi)關(guān)電源模塊,配置成分布式局部低壓直流供電模式。這種實(shí)現(xiàn)方法在解決了低壓傳輸損耗的同時(shí),卻帶來(lái)了諧波污染和中線電流過(guò)大等問(wèn)題。其原因有:
開(kāi)關(guān)電源為典型的諧波源,其諧波含量非常高,其波形為斷續(xù)的尖峰波。由于一般使用的開(kāi)關(guān)電源容量較?。ǖ湫偷陌咐秊槭痔犭娔X的電源),并沒(méi)有引起足夠的重視。但如果大量的開(kāi)關(guān)電源同時(shí)工作,其產(chǎn)生的諧波將不可忽視,如果不加以處理,可能對(duì)供電網(wǎng)造成污染,對(duì)同一網(wǎng)內(nèi)的其他設(shè)備產(chǎn)生不可預(yù)知的危害。
常規(guī)三相近似平衡的負(fù)荷,其零線的正常電流一般小于相電流的30%。顯示屏系統(tǒng)無(wú)論怎么配置負(fù)荷分布,由于顯示畫(huà)面的變化,終會(huì)帶來(lái)瞬時(shí)三相不平衡。加之諧波電流的影響,其零線的電流可以達(dá)到相電流的280%。
3、LED顯示屏諧波產(chǎn)生的危害
諧波過(guò)大會(huì)導(dǎo)致零線電流過(guò)大,零線電流過(guò)大是一個(gè)嚴(yán)重的火災(zāi)隱患,因?yàn)榱憔€上沒(méi)有過(guò)流保護(hù)裝置,不像相線上有保險(xiǎn)等裝置,當(dāng)電流過(guò)大時(shí)可以切斷電流。而當(dāng)零線上電流過(guò)大時(shí),只能任其溫度升高,加速電纜老化,甚至引起火災(zāi)。
諧波不僅表現(xiàn)為電流諧波,而且由于諧波電流對(duì)電網(wǎng)沖擊使供電電壓含有諧波,會(huì)使電壓波形奇變嚴(yán)重,可能對(duì)電網(wǎng)上其他敏感設(shè)備造成不良影響,甚至使其工作異常,帶來(lái)關(guān)聯(lián)的法律責(zé)任問(wèn)題,例如同樓中某公司的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器因突然停電,造成損失。
4、ANAPF低壓有源濾波器在LED顯示屏中的應(yīng)用
某廣場(chǎng)大型戶外LED顯示屏,該顯示屏供電系統(tǒng)有850個(gè)30OW的開(kāi)關(guān)電源分布式并聯(lián)運(yùn)行,總功率共計(jì)250kw。開(kāi)關(guān)電源是典型的諧波源,在工作時(shí)具有電流諧波畸變率高、諧波含量大、諧波頻譜寬、設(shè)備為容性負(fù)載、功率因數(shù)低等用電特性。當(dāng)大量的開(kāi)關(guān)電源集中使用時(shí)會(huì)導(dǎo)致中線電流過(guò)高,功率因數(shù)低,電流諧波畸變率高等現(xiàn)象,從而影響了LED顯示屏正常工作。
4.1諧波治理方案
基于該現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn),并聯(lián)安裝一臺(tái)ANAPF型電力有源濾波器,設(shè)備參數(shù)如下:
接線方式
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三相三線或三相四線
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接入電壓
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3×380V ±10%
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接入頻率
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50Hz ±2%
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動(dòng)態(tài)補(bǔ)償響應(yīng)時(shí)間
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動(dòng)態(tài)響應(yīng)<4ms,全響應(yīng)時(shí)間<20ms;
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開(kāi)關(guān)頻率
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10kHz
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諧波補(bǔ)償次數(shù)
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2-21次
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保護(hù)類型
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直流過(guò)壓 IGBT過(guò)流 裝置溫度保護(hù)
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過(guò)載保護(hù)
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自動(dòng)限流在設(shè)定值,不發(fā)生過(guò)載
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冷卻方式
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智能風(fēng)冷
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噪音
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< 65db(處于柜內(nèi)并運(yùn)作于額定狀態(tài))
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工作環(huán)境溫度
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-10℃~+45℃
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工作環(huán)境濕度
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<85%RH 不凝結(jié)
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安裝場(chǎng)合
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室內(nèi)安裝
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海拔高度
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≤1000m(更高海拔需降容使用)
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進(jìn)出線方式
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下進(jìn)下出
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防護(hù)等級(jí)
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IP21
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智能通信接口
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RS485/MODBUS-RTU
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遠(yuǎn)程監(jiān)控
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可選
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重量(kg)
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三相四線
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三相三線
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30A、50A
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75A、100A
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30A、50A
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75A、100A
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280
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360
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240
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290
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4.2 ANAPF有源濾波裝置諧波電流估算
諧波是由非線性設(shè)備產(chǎn)生的,而每種設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)都不同。因此實(shí)際諧波電流需采用專門設(shè)備進(jìn)行測(cè)量,考慮到設(shè)備的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性,設(shè)計(jì)諧波治理裝置的額定諧波補(bǔ)償電流應(yīng)略大于系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電流本身的測(cè)量與計(jì)算比較復(fù)雜,況且在設(shè)計(jì)時(shí)往往很難采集到足夠的電氣設(shè)備使用中的諧波數(shù)據(jù),可以根據(jù)下列公式以對(duì)諧波電流進(jìn)行估算。
其中K1為負(fù)荷率:即負(fù)荷占變壓器額定容量的比例,通常取0.7-0.8;
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K2為諧波系數(shù),根據(jù)系統(tǒng)場(chǎng)合不同而不同;
ST為變壓器額定容量,單位kVA;
US為低壓系統(tǒng)電壓,一般取0.4。
根據(jù)估算值,現(xiàn)場(chǎng)選用一臺(tái)100A的ANAPF有源濾波器進(jìn)行諧波治理。
4.3 ANAPF有源濾波器投入前后對(duì)比
4.3.1未安裝ANAPF有源濾波器時(shí)LED屏控制開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線側(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù):
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未安裝有源濾波器時(shí)LED屏控制開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線側(cè)最大的總諧波電流含量98.4%,總諧波電壓畸變率8.4%,零線總諧波畸變率1724.3%。其中3次諧波為最大諧波電流量,A相41.8A、B相41.7A、C相38A、零線電流122.2A,含諧波功率因數(shù)0.68,總諧波電壓嚴(yán)重超出國(guó)標(biāo)380V低壓側(cè)諧波電壓畸變率THDu值≤5%的要求。較為嚴(yán)重的3次諧波電壓超出國(guó)標(biāo)380V低壓側(cè)諧波電壓奇次畸變率THD≤4%的要求。
4.3.2 安裝有源濾波裝置后LED屏控制開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線側(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)
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投入安裝ANAPF有源濾波器后LED屏控制開(kāi)關(guān)柜進(jìn)線側(cè)最大的總諧波電流含量降至51%,總諧波電壓畸變率降至3.1%,零線總諧波畸變率94.1%。3次諧波電流量A相1.4A、B相1.1A、C相1.8A、零線電流9.8A,含諧波功率因數(shù)提高至0.81??傊C波電壓畸變率THDu值降至3.3%。3次諧波電壓降至低于國(guó)標(biāo)要求380V低壓側(cè)諧波電壓奇次畸變率THD≤4%的要求。
由上圖對(duì)比可見(jiàn),ANAPF有源濾波器保護(hù)了LED供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,防止過(guò)電流速斷保護(hù)的誤動(dòng)作,有利于電網(wǎng)和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
5、ANAPF低壓有源濾波器的報(bào)價(jià)及主要元件清單
型號(hào):ANAPF100-400/B
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參考價(jià)格:12萬(wàn)元/臺(tái)
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主要產(chǎn)品明細(xì):
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序號(hào)
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名 稱
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型 號(hào)
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數(shù)量
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1
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APF電氣柜
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800X600X2200
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1
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2
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變流器
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APFCOV-CVT100
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1
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3
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控制器
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APFMC-C100
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1
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4
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電抗器
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APF-RE.(S)DG-100
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1
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5
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有源電流互感器
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LT208-S7
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3
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6
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濾波器
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DL-1TH1
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2
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7
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斷路器
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CVS160FTM160D4P3D
|
1
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8
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接觸器
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LC1D150M7C
|
1
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9
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微型斷路器
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NDM1-63C32
|
1
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10
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中間繼電器
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MY4NAC
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2
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11
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R型變壓器
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R320-0.38/0.22
|
1
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12
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諧波檢測(cè)儀
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ACR350EGH
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1
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13
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電線
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16mm2
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若干
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14
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電線
|
4mm2
|
若干
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6、結(jié)語(yǔ)
隨著顯示屏幕規(guī)模的變大,顯示屏幕工程對(duì)電網(wǎng)造成的諧波污染已是一個(gè)不可輕視的問(wèn)題。諧波帶來(lái)的各種危害已經(jīng)初步顯現(xiàn),由此引發(fā)的電網(wǎng)運(yùn)行事故和法律關(guān)聯(lián)責(zé)任都可能隨時(shí)發(fā)生。本文通過(guò)分析LED顯示屏中諧波特性和危害,并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用案例,分析了有源濾波器投入前后的情況,說(shuō)明了有源濾波器的諧波治理技術(shù)是改善供電電能質(zhì)量的有效手段之一,可將產(chǎn)生的諧波控制在最小范圍內(nèi),達(dá)到科學(xué)合理用電,抑制電網(wǎng)污染,提高電能質(zhì)量,保證設(shè)備安全運(yùn)行的作用。
參考文獻(xiàn):
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[2] 三相四線有源濾波器在上海世博會(huì)國(guó)家電網(wǎng)館LED顯示屏諧波治理中的應(yīng)用.
[3] 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊(cè).2013.01.
《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》(圖集號(hào):ACR13CDX701)由安科瑞電氣股份有限公司主編,該圖集的編制得到了中國(guó)建筑學(xué)會(huì)電氣分會(huì)副理事長(zhǎng)、全國(guó)建筑電氣情報(bào)網(wǎng)副理事長(zhǎng)、上海建筑設(shè)計(jì)研究院電氣總工陳眾勵(lì)專家的關(guān)心和支持。該圖集適用于新建、改建、擴(kuò)建和技改項(xiàng)目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計(jì)與改造。凡需要該圖集的設(shè)計(jì)、使用、生產(chǎn)、安裝與施工單位,可向安科瑞電氣股份有限公司索取,請(qǐng)?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、郵編、聯(lián)系人、聯(lián)系電話、郵箱等信息,傳真021-69158302、郵件2880157869@qq.com或QQ2880157869至安科瑞劉靜工程師收,安科瑞電氣可免費(fèi)贈(zèng)送《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計(jì)與應(yīng)用圖集》。