15A,25A,35A,50A,75A,100A,125A,150AQHAPF壁挂式有源滤波器

 

一、概述

       千槐电气的QHAPF有源电力滤波装置（APF），性价比好。APF主电路为IGBT功率变换器，采用基于瞬时无功功率理论的检测技术，自动跟踪电网谐波变化，具有高度可控性和快速响应性。克服了传统无源滤波器的滤波效果差、容易发生谐振、只能滤除固定次谐波等缺点，对各种快速瞬变的冲击性负荷均能起到良好的滤波和补偿效果。

1、电能质量问题及市场客户的需要

1.1电能质量指标

l 无功电流，电网希望用户负载的无功电流越小越好，否则无功在电网与负载间来回循环，导致电能浪费，

l 谐波电流，电网希望用户负载的谐波电流越小越好，否则谐波会导致电网电压、电流失真，引起设备工作异常，

l 负载三相平衡，电网希望用户负载的三相电流越平衡越好，否则三相不平衡电流会导致变压器容量浪费、中性线电流过大，

l 电压幅值，用户希望电网提供的电压幅值越稳定越好，否则过高或过低的电压都会导致设备保护甚至损坏。

1.2电能质量问题引起的现象

l 功率因数过低

由于电机等感性负载存在感性无功，导致电网功率因数偏低，电力局对用户以力率调整罚款，

l 中线电流过大

由于三次与三的倍数次电流谐波全部流过中线，因此中线电流超出电缆规格，导致电缆发热，存在安全隐患，

l 无功补偿电容器故障

由于谐波易与无功补偿电容器发生谐振，导致电容器电流过大，出现容值下降、漏液等现象，轻者无功补偿器无法正常工作，重者谐振电流过大导致设备损坏。

l 变压器容量浪费

无功、谐波都增大了用户用电的总功率，导致变压器容量被占用，

l 触发设备保护

电压谐波与电流谐波的尖峰很高，可能会超过设备设定的保护值，导致触发继电保护，

l 屏幕点灯闪烁，影响正常工作

变频器等采用不控整流的设备会产生高次谐波，导致电灯、电脑屏幕闪烁，影响正常工作，

l 精密仪器无法正常工作

一些精密仪器对电压、电流的波动非常敏感，对电能质量要求很高，糟糕的电能质量会使得这些精密仪器无法正常工作

QHAS系列产品更好地为您解决上述问题！

QHAS同时考虑用户与电网各自的需求，提供给您更好的电能质量治理整体解决方案。

1.3目标达到

l 功率因数=0.99

l 三相平衡

l 电压稳定

l 高可靠的产品质量

l 实惠的价格

l 为您创造更大价值

2、QHAS电能质量解决方案提升电能质量给用户带来的效益

2.1治理无功

减少用户自身电费开支

功率因数达到国标准，避免功率因数低导致的力率电费罚款

减少线路损耗，减少电压降落

提高变压器、发电机的实际使用容量

2.2治理谐波

提高供电质量，提高设备运行的可靠性，减少设备误动作造成的经济损失

降低线路发热，减少绝缘老化，提高用电安全可靠性

减少补偿电容器的谐振几率，提高用电安全

减少谐波产生的电磁干扰，保证通讯系统的正常工作

满足国标准要求

2.3治理三相不平衡

避免中线发热老化，甚至火灾的风险

避免因局部电压不平衡，引起的设备误报警

避免零地电压偏高导致控制系统弱电设施烧毁的风险

2.4治理电压偏离

避免电压过高或过低对设备造成损坏

有源滤波器（APF）补偿2-50-65次谐波，静止无功发生器（SVG）补偿无功、三相电流不平衡、以及13次以内低次谐波。QHAS系列产品的本质上是一个可控电流源，它能够发出用户指定的任意电流波形，达到理想的补偿效果，而且还能通过改善电流实现间接改善电压质量的效果。因此QHAS是一套综合电能治理装置，更好地解决用户的电能质量问题。

2.5技术优点

2.5.1                         

l 模块化                        

l 强抗污染能力                

l 简现场安装                  

l 组合无限制                   

2.5.2

l 高功率密度

l 低损耗

l 静噪音

l 高电流环带宽

2.5.3表1 技术指标对照

	QHAS APF/SVG	国内主流APF/SVG
单柜最大功率	900A/600kvar	600A/400kvar
损耗	<2.5%	<3% ~ 4%
噪音	<60dB	<70dB
等效开关频率/电流环带宽	80kHz/4kHz	20kHz/1kHz

2.6特点

2.6.1模块化

各模块单元独立运行，无需中央控制器，任意模块故障后自动退出，其余模块在额定电流下自动平均承担负载，整机继续运行。方便用户的日常运行与维护。

根据N+1冗余理论，设备每冗余一级，可靠性提高一个数量级。模块化结构尤其适合对电能质量要求高的用户需求。

2.6.2强抗污染能力

除风扇外所有导电元件与外界隔离，适应于粉尘、盐碱、潮湿严重的恶劣场合。

2.6.3简现场安装

用户可选择上方穿母排接线或下方穿电缆接线，可选择负载侧或电网侧为外部电流CT采样点。

2.6.4组合无限制

    APF、SVG、C、L可有七种不同类型的不同规格的模块之间可以任意搭配，实现丰富的功能。APF/SVG还可与第三方电容器补偿共同使用，例如，150A APF+50A APF+50kvar SVG+100kvar C。而且，不论第三方电容补偿或无源滤波以何种形式出现，QHAS都能实现不发生谐振，保证整体电网系统安全可靠的运行。

搭配的原则与实现的功能见“更经济的补偿方案”。

AS：	有源滤波器APF+静态无功发生器SVG	CLS：	电容器C+电抗器L+静态无功发生器SVG
CS：	电容器C+静态无功发生器SVG	CLA：	电容器C+电抗器L+有源滤波器APF
CA：	电容器C+有源滤波器APF	CLAS：	电容器C+电抗器L+有源滤波器APF+静态无功发生器SVG
C.AS：	电容器C+有源滤波器APF+静态无功发生器SVG

2.6.5高功率密度

模块化设计的QHAS系列APF/SVG，可适应600宽柜体、600深柜体、600宽*600深柜体以及更大尺寸的各种机柜，整机功率可达900A/600kvar，而行业主流指标<600A/400kvar。更高功率密度可为用户节省占地面积、降低成本。

对SVG而言，额定输出功率按照完全补偿无功而计算，也可以全功率补偿单相负载电流，保持电网侧三相电流平衡，也可以最大用一半的功率补偿13次以内低次谐波，其余功率用于无功补偿，总输出功率。      

2.6.6低损耗

得益于对电力电子高速开关器件的深刻理解，QHAS系列APF/SVG在满载工作时，有功损耗<2.5%，而行业主流指标<3%~4%。有功损耗对国家电网等大规模应用SVG的行业至关重要！

2.6.7静噪音

    QHAS系列APF/SVG选用高质量的软磁电抗器，以及科学的风道设计，整机满载工作噪音不超过60dB，而行业主流指标<70dB。静音对于用户能否获得产品的体验至关重要！

2.6.8高电流环带宽

QHAS达到了准自然采样与连续控制，等效开关频率达到80kHz，电流环带宽达到4kHz，而行业主流指标分别是20kHz/1kHz。设备具有更高电流环带宽，则保护会更及时，在恶劣的场合下依然保持稳定工作，可以达到与纯电容并联而不会发生谐振的效果。

2.6.9表2  性能指标

		APF（A）					SVG（kvar）
规格	模块规格	15，30	50	75	100	150	15，30	50	100
	模块尺寸（W*H*D）	480*200*530			\		480*200*530		\
		\	680*200*530				\	680*200*530
	可并联数量	15
输入	工作电压	400V/690V（-20% ~ +15%）
	工作频率	50Hz（-10% ~ +10%）
	电流互感器	100:5  ~  10000:5
输出 (宽*深) (注2)	600*600柜体	Power ≤ 150A					Power ≤ 100kvar
	800*600柜体	Power ≤ 300A					Power ≤ 200kvar
	600*800柜体
	800*800柜体	Power ≤ 900A					Power ≤ 600kvar
功能	补偿谐波	2-65次					2-13次（额定电流的50%）
	谐波滤除率	>97%
	补偿无功	-1~+1可调
	补偿三相不平衡	100%不平衡完全补偿
显示	彩色触摸屏（中文）	模块5.7吋，柜子8吋
通讯 协议	通讯方式	RS232、RS485、Modbus、TCP/IP、GPRS可选
	通讯接口	RS485，网口
	上位机软件	有，所有参数可通过上位机设置
	故障报警	有，最多可记录500条报警信息
	监控	支持各模块独立监控/整机集中监控
技术 指标	瞬时响应时间	<100μs
	全响应时间	<10ms
	有功损耗	<2.0%
	散热方式	智能风冷
	噪声	<60dB
	采样/控制频率	160kHz
	等效开关频率	40/80kHz
	电流环截止频率	4kHz
	保护功能	过压、欠压、过热、过流、短路等二十余种保护
	CT安装位置	负载侧/电网侧 可选
机械 特性	壁挂尺寸	壁挂与模块尺寸相同
	模块重量	25kg（<=75A/50kvar）  50kg（>=100A/100kvar）
	颜色	细橘纹，国标7035
环境 要求	工作温度	-10℃~+45℃
	海拔	<5000米（1000米以上，每增加100米功率降低1%使用）
	相对湿度	<95%  无凝露
	防护等级	IP20（更高防护等级可定制）
柜型尺寸	常用	GGD-GCK-GCS-MNS-BLOCKSET-8PT-OKKEN-ARTU
	宽*深*高mm	600-800-1000*600-800-1000*2200

注1：中间规格的模块，可以依不同的机柜宽度选择合适的尺寸。

注2：柜内默认每个模块配一个断路器，以便日后扩充功率。

3、柜子选型说明

QH□□□-□-□□有源滤波器静态无功发生器柜
QH	□	□	□	-□	-□	□
商标代码	产品类型： APF-有源滤波器 SVG-静态无功发生器 AS-SVG+APF组合 CLAS-电容器C+电抗器L+SVG+APF CLA-电容器C+电抗器L+APF CLS-电容器C+电抗器L+SVG CS-电容器C+SVG CA-电容器C+APF C.AS-电容器C+SVG+APF	设计序号A,B,C...	接线方式： 3L-三相三线 4L-三相四线	额定电压： 400-400V 690-690V	额定容量： 30-30A 50-50A 75-75A 100-100A 125-125A 150-150A ...	安装类型： H-壁挂式 C-机架式 F-模块式

4、模块外形及安装尺寸

50A/50kvar模块的宽度减为480mm，其余尺寸与上相同。同等规格下的壁挂的尺寸与模块尺寸相同。

5、传统无功补偿与APG/SVG结合

传统无功补偿采用的是慢速开关器件对电容器分组投切的方式，存在级差，补偿精度差，响应速度慢。SVG采用的是由高速开关器件产生补偿电流的方式，不存在补偿精度的问题，而且响应速度快。

如果出于低成本的考虑，也可以采取大部分或一半的无功由电容分组投切完成，剩余部分由SVG完成，既能保证补偿的平滑，又能保证低成本，即SVG+C的方式。

表3  动态无功补偿方式比较

功能特性	TSC	SVG+C	SVG
输出无功	分组投切，补偿粗糙	线性输出，补偿准确	线性输出，补偿准确
补偿效果	0.9以上	0.99，可部分感性	0.99，全感性到全容性
全响应时间	>100ms	>30ms	<10ms
滤波能力	无	部分特定次谐波	2-13次以内谐波
三相不平衡	无	效果明显	彻底解决三相不平衡
支撑电压	无	部分能力支撑电压	可全功率支撑电压
市场售价	较低	成本约等同于TSC	成本高于TSC

6、传统无源滤波与APG/SVG结合

6.1更可靠

可以与任意形式的C/TSC/LC并联。

在实际应用中，用户使用的传统电能质量治理形式多种多样，有不串电抗器的纯电容C、有串0.4%~14%电抗器的TSC、有无源滤波LC，QHAS采用抑制谐振峰、屏比指定次谐波输出等方式，保证了与任意无源器件并联，都能可靠运行。尤其是与纯电容C并联而能可靠运行，QHAS抑制谐振技术达到较先进水平。

6.2更方便

可以与C/TSC/LC任意接线配合，不论主线接在任何位置，CT采在任何位置，都能可靠运行。QHAS无需知道C/TSC/LC的电流，而且L可以取从0到任意值。

6.3更经济

QHSVG可以与我公司开发的同尺寸C模块并联，同等尺寸，达到单柜功率密度最大；实现成本更低，更经济。补偿效果与响应速度都完全等同于用SVG补偿无功的效果。

    QHAS（APF/SVG）也可以作为一个部件，同其他TSC/LC集成在一个配电柜内共同使用，提高功率密度。我方可提供与任何厂家任意LC形式集成在一个配电柜的柜内具体解决方案。

7、应用行业

7.1地铁、机场、高速公路、医疗、海上平台、通讯等高端场合

这些场合的用电环境的特殊性，谐波含量丰富，且设备抗谐波能力差，但此类用户对用电安全可靠性要求很高，一旦发生电能质量问题，会造成巨大损失。

以QHAS的APF为主的治理是整体电能质量解决的更佳方案，它不但能补偿2-50次以内谐波，对其它电能质量问题也都能治理。

7.2港口、车船制造、冶金、石化、数据中心等场合

这些场合的特点是或者无功很大、或者不平衡很严重、或者对电网冲击严重、或者同时存在无功谐波不平衡等复杂现象，由于总体治理需求容量大，传统单一的动态无功补偿无法满足复杂的要求。

从技术角度以及经济效益考虑，QHAS的SVG以大容量、快速反应、多功能的更佳性价比优势，作为这些场合的主要治理设备更合适。

7.3柱上无功补偿等户外场合

柱上无功补偿主要用于补偿无功与不平衡，传统的电容投切只能粗略的补偿无功，无法满足更高要求。QHAS的户外型SVG只需要一个模块就可完成，柜体按照户外50度高温下仍正常工作要求设计，防护等级可达到IP54。

7.4光伏、商场住宅、普通厂矿等其它行业

QHCS完全可以胜任所有其它行业的电能治理问题，是现阶段无功补偿发展的一项重大里程碑，使用CS可以完美解决各种普通工况下的无功与谐波问题。是对成本压力大、传统无源滤波与电容器补偿效果不满意、希望能有更高性价比的客户的更佳选择。

8、恶劣复杂工业场合应用实例

8.1实例1：冶金行业

某冶金铸造厂，主要负载是中频炉等整流设备，发出大量谐波，由于变压器容量偏小，在负荷较重时电网呈现弱特征，电流谐波失真度THDi达到31%，同时电压受电流谐波干扰使得电压失真度THDv达到21%，功率因数低至0.55，现场粉尘严重，通风条件不好，是兼具“电流谐波+电压谐波+无功严重+粉尘污染+高温”的复杂恶劣工况场合。普通设备在此恶劣情况下无法正常工作。

加装QHAS对电能质量进行治理，QHAS不仅体现了极强的自身抗干扰能力，能在此恶劣工况下将电流谐波治理正常，而且体现了强大的治理干扰的能力，同时改善了电压谐波失真度。如下图。                     

治理效果比较满意，电压电流谐波都基本消失，THDi降低到4.3%，THDv降低到4.5%，功率因数提高到0.98。

8.2实例2：焊接行业

某汽车制造厂，主要负载是悬挂式点焊、机械手臂、流水线、电机等，点焊机用单相380V供电，工作时电流起伏很大且不平衡现象严重。其中A相电流（黄色）基本为0，B、C相电流分别为278A、317A，功率因数为0.52，电流畸变率40%，因为大部分不平衡电流流经中线，导致中线发热严重。是兼具“电流谐波+不平衡严重+无功严重”的复杂恶劣工况场合。

 

加装QHAS APF后，对电流谐波以及无功进行治理，效果对比如下，三相电流不平衡基本消失，中线电流基本为零，电压电流谐波基本消失，THDi降低到2.7%，功率因数提高到0.98。

二、QHAPF系列有源滤波器APF解决的问题： 

       电网中大量存在的非线性电力电子设备和冲击性、波动性负荷（例如电弧炉、大型轧钢机和电力机车等），给电力系统带来了日益严重的电能质量问题，甚至威胁电力系统和用户设备的正常运行。特别是对那些高度自动化的用电设备，每年因电能质量问题要承受巨大的经济损失。常见的用电电能质量问题主要包括：无功电流、电流谐波、电流三相不平衡。其中以电流谐波造成的危害为主。