數據中心有源諧波濾波器方案

數據中心有源諧波濾波器方案 內部部分采用品牌、技術成熟、性能的元器件。獨立于電網系統阻抗之外，不受電網系統阻抗影響，不發生諧振與諧波電壓放大，安全性好。
一、概述

1.1 諧波的產生

電力系統中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz的正弦波，但是非線性電力設備 （大功率可控硅、變頻器、UPS、開關電源、中頻爐等）的廣泛應用產生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數分解，其中頻率與工頻相同的分量為基波，頻率是基波頻率整數倍的分量為諧波。諧波是電能質量的指標。

1.2 諧波的危害

●  諧波使公用電網中的元件產生附加的損耗，降低了發電、輸電及用電設備的效率。大量三次諧波流過中線會使線路過熱，甚至引起火災。

●  諧波會影響電氣設備的正常工作，使電機產生機械振動和噪聲等；使變壓器局部嚴重過熱；使電容器、電纜等設備過熱、絕緣老化、壽命縮短，以致損壞。

●  引起電網諧振，使得諧波電流放大幾倍甚至數十倍，會對系統，特別是對電容器和與之串聯的電抗器形成很大的威脅，經常使電容器和電抗器燒毀。

●  諧波會導致繼電保護，特別是微機綜合保護器與自動裝置誤動作，造成不必要的供電中斷和生產損失。諧波還會使電氣測量儀表計量不準確，產生計量誤差，給用電管理部門或電力用戶帶來經濟損失。

●  臨近的諧波源或較高次諧波會對通信及信息處理設備產生干擾，輕則產生噪聲、降低通信質量、計算機無法正常工作，重則導致信息丟失，使工控系統崩潰。

1.3 有源電力濾波器產品效益

●  使諧波指標滿足標準，避免供電部門罰款或中斷供電；

●  降低變壓器損耗；

●  減少諧波污染，降低諧波對自動控制裝置、電能計量裝置、繼電保護裝置的干擾，保證供配電系統穩定運行；

●  避免諧波過電壓和諧波過電流對電氣設備的危害，延長設備使用壽命；

●  節能降耗，提高功率因數，節約電費，避免罰款。

安科瑞為您提供諧波治理用有源電力濾波裝置方案

二、介紹  數據中心有源諧波濾波器方案

1、產品介紹

1.1 有源諧波濾波器工作原理

ANAPF系列有源電力濾波器并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。其原理為：ANAPF系列有源電力濾波器通過CT采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

圖2-1  ANAPF有源電力濾波器原理圖

1.2 柜式有源濾波器產品特點

●  DSP+FPGA全數字控制方式，具有快的響應時間，的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩定；

●  一機多能，既可補諧波，又可兼補無功，可對2～31次諧波進行全補償或特定次諧波進行補償；

●  具有完善的橋臂過流保護、直流過壓保護、裝置過溫保護功能；

●  模塊化設計，體積小，安裝便利，方便擴容；

●  采用7英寸大屏幕彩色觸摸屏以實現參數設置和控制，使用方便，易于操作和維護；

●  輸出端加裝濾波裝置，降低高頻紋波對電力系統的影響；

●  多機并聯，達到較高的電流輸出等級；

●  擁有自主技術。

APF有源電力濾波器是一種用于動態諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能夠對不同大小和頻率的諧波進行快速跟蹤補償，之所以稱為有源，是相對于無源LC濾波器，只能被動吸收固定頻率與大小的諧波而言，APF有源電力濾波器可以通過采樣負載電流并進行各次諧波和無功的分離，控制并主動輸出電流的大小、頻率和相位，并且快速響應，抵消負載中相應電流，實現了動態跟蹤補償，而且可以既補諧波又補無功和不平衡。
2、有源諧波濾波器產品

3、柜式有源濾波器產品命名

4、產品設計理念及安裝說明

有源諧波濾波器ANAPF通過CT采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

有源電力濾波器，統稱有源濾波器，英文名Active Power Filter，簡稱APF。是一種并聯諧波補償裝置。利用外部電流互感器實時監測負載電流，內部DSP計算負載電流的諧波含量，并將控制信號發送給逆變器。控制逆變器產生一個注入電網的諧波電流，等于負載的諧波電流和反方向的諧波電流，實現了有源濾波功能。有源濾波器區別于傳統LC濾波器的固定補償方式，它實現了動態跟蹤補償，能夠對大小和頻率都變化的諧波以及變化的無功進行補償，是目前應用于電能質量治理的新型電力電子裝置。
有源電力濾波器的作用
1、通過諧波，凈化電網，節約綜合用電相關費用8％-20％，使用該設備能快速、收回投資成本（一般不超過兩年）。
2、節約電力變壓器、電纜擴容費用，提高電力變壓器使用壽命。
3、濾除諧波，保障供電安全，避免用電事故（如電氣火災，或者因用電故障停產）。
4、濾除諧波，延長電子設備及元器件壽命，如無功補償電容器。
5、提高功率因數，功率因數可達到0.95-1（滿足電力對企業用電的要求，避免高額處罰，甚至停止供電）。
4.1整柜安裝

4.2模塊式安裝

ANAPF板載式有源濾波裝置相較于公司前期的立柜式產品來說，體積更小、重量更輕、方便安裝、更美觀，這對產品的結構安排和內部集成度有了更高的要求。我司生產的ANAPF有源濾波裝置分為兩種安裝方式：抽屜式、壁掛式

4.2.1抽屜式模塊

抽屜式板載模塊外觀如圖所示：

其主要參數如下：

外形尺寸485×610×275 （寬*深*高）

額定電流：50A（可按照需求適當提高）

額定電壓:AC380V

接線方式:三相三線或三相四線

進線方式：后進后出

額定頻率：50Hz

模塊殼體顏色：RAL9004

防護等級：IP20

質量：50KG

4.2.2壁掛式模塊

壁掛式板載模塊外觀如圖所示：

其主要參數如下：

外形尺寸485×275×610 （寬*深*高）

額定電流：50A（可按照需求適當提高）

額定電壓:AC380V

接線方式:三相三線或三相四線

進線方式：上進上出

額定頻率：50Hz

模塊殼體顏色：RAL7035

防護等級：IP20

質量：50KG

接線示意圖如下：

該方式相對于傳統整柜式有以下幾項優點：

（1）每個模塊容量為50A（可在適當范圍內浮動），相同的柜體格局下有更多容量選擇，并可根據客戶實際需求增加模塊數量至6個以上（需加寬柜體尺寸，效果可參照圖5）；

（2）可根據負載使用變化隨時增、減APF設備的容量（加、減模塊數量即可，并對人機界面作相應參數設置）；

（3）每個模塊單獨安裝散熱單元，并可在柜體上加裝散熱風扇，散熱效果良好，故障率低；

（4）多個模塊之間雖有通訊連接，但各臺的故障并不會相互影響其它模塊繼續工作（補償容量會相應減小）；

（5）后期維護方便，可實現故障模塊單獨維修、更換；維護期間ANAPF有源濾波裝置可持續工作。

（6）結構精巧，設計靈活，可作為零部件（模塊）單獨購買，嵌入第三方柜體；柜型外觀、尺寸的改變基本不影響內部安裝和整體使用效果。

（7）生產周期短，即使是非常規要求產品亦能保證及時投入使用，確保客戶經濟利益。
APF有源電力濾波器主要采用FFT算法，DFT算法以及三相電路瞬時無功功率理論算法；APF有源電力濾波器有并聯型和串聯型兩種，前者用的多；并聯APF有源電力濾波器主要是治理電流諧波，串聯APF有源電力濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。
APF有源電力濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振，但是價位相對高！實際應用安全系數很低，普遍做法是以變壓器升壓，來保證可靠性，國家相關部門也要求以變壓器升壓的形式和APF有源電力濾波器結合，治理高壓諧波！
APF有源電力濾波器主要應用場合：
1.變頻設備的應用場合　隨著技術的進步，變頻設備大量應用于各類場合，變頻設備會產生大量的諧波，因此，這類場合是APF有源電力濾波器主要的目標市場之一。
2.不穩定負荷的應用場合　不穩定負荷不是APF有源電力濾波器的主要市場，但它是電力系統一個重要的方面，因為不穩定的負荷雖然所占比例不大，但是它們對電力系統產生的影響卻遠遠大于其它負荷所造成的影響，因此對于該類應用場合也應作為APF有源電力濾波器的主要市場方向之一。
3.鋼鐵廠　鋼鐵廠的電弧爐、軋鋼機等是主要的諧波發生設備，且主要是沖擊性負荷，對鋼鐵廠附近的其它負荷有很大影響。同時，諧波問題對鋼鐵廠無功補償的影響很大，所以應以無功補償和諧波治理同時處理作為目標。
4.有色冶金　有色冶金的負荷除電弧爐性質的負荷外，還由于采用直流濕法冶金而產生大量的直流成分。
5.港口機械　港機是大型的提升設備，一般都采用很大的變頻器，因此是港口機械主要的諧波發生源，因此對于該類應用場合也應作為APF有源電力濾波器的市場方向之一。
6.電氣化鐵路　電氣化鐵路一般使用直流電機拖動，因此是一個市政方面的主要諧波源。根據現有上海、北京等地電氣化鐵路的運行情況，大多數系統都安裝了濾波器。預計本產品可以達到電氣鐵路濾波器國產化的作用。
7.高精度自動化生產線　高精度自動化生產線本身不產生諧波，但是對于電能質量有很高的要求，因此需要在高精度自動化生產線的供電側安裝APF有源電力濾波器，以降低諧波對生產線的影響。
8.辦公大樓、大型商業區等節能燈和空調集中場所辦公大樓、大型商業區等節能燈和空調集中場所的諧波情況也非常嚴重，治理方法宜采用集中治理方法，以節省成本。
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