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有源濾波器在LED顯示屏諧波治理中的應用

瀏覽次數(shù):1280更新日期:2013-07-09

1、引言

LED大屏上,多電源分布式開關電源得到了廣泛應用,其產(chǎn)生的諧波分量對電網(wǎng)和電氣設備造成的影響日益嚴重,如何抑制諧波分量成為一個備受關注的問題。

開關電源通常采用大功率半導體器件作為開關元件,按一定規(guī)律控制開關,調(diào)整占空比以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。開關電源一般由整流器和濾波電容組成,交流輸入電壓進入濾波器、整流器和濾波電容后變換為直流輸出電壓?,F(xiàn)今,開關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。

2LED顯示屏諧波產(chǎn)生原因

LED需要低壓直流驅(qū)動,因此顯示屏工程大量采用開關電源為顯示模塊提供驅(qū)動。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關電源模塊,配置成分布式局部低壓直流供電模式。這種實現(xiàn)法在解決了低壓傳輸損耗的同時,卻帶來了諧波污染和中線電流過大等問題。其原因有:

開關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。由于一般使用的開關電源容量較小(典型的案例為手提電腦的電源),并沒有引起足夠的重視。但如果大量的開關電源同時工作,其產(chǎn)生的諧波將不可忽視,如果不加以處理,可能對供電網(wǎng)造成污染,對同一網(wǎng)內(nèi)的其他設備產(chǎn)生不可預知的危害。

常規(guī)三相近似平衡的負荷,其線的正常電流一般小于相電流的30%。顯示屏系統(tǒng)無論怎么配置負荷分布,由于顯示畫面的變化,終會帶來瞬時三相不平衡。加之諧波電流的影響,其線的電流可以達到相電流的280%。

3、LED顯示屏諧波產(chǎn)生的危害

諧波過大會導致零線電流過大,零線電流過大是一個嚴重的火災隱患,因為零線上沒有過流保護裝置,不相線上有保險等裝置,當電流過大時可以切斷電流。而當零線上電流過大時,只能任其溫度升高,加速電纜老化,甚至引起火災。

諧波不僅表現(xiàn)為電流諧波,而且由于諧波電流對電網(wǎng)沖擊使供電電壓含有諧波,會使電壓波形奇變嚴重,可能對電網(wǎng)上其他敏感設備造成不良影響,甚至使其工作異常,帶來關聯(lián)的法律責任問題,例如同樓中某公司的網(wǎng)絡服務器因突然停電,造成損失。

4、ANAPF低壓有源濾波器在LED顯示屏中的應用

某廣場大型戶外LED顯示屏,該顯示屏供電系統(tǒng)有85030OW的開關電源分布式并聯(lián)運行,總功率共計250kw開關電源是典型的諧波源,在工作時具有電流諧波畸變率高、諧波含量大、諧波頻譜寬、設備為容性負載、功率因數(shù)低等用電特性。當大量的開關電源集中使用時會導致中線電流過高,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)場的特點,并聯(lián)安裝一臺ANAPF型電力有源濾波器,設備參數(shù)如下:

接線方式

三相三線或三相四線

接入電壓

3×380V ±10%

接入頻率

50Hz ±2%

動態(tài)補償響應時間

動態(tài)響應<4ms,全響應時間<20ms;

開關頻率

10kHz

諧波補償次數(shù)

2-21

保護類型

直流過壓 IGBT過流 裝置溫度保護

過載保護

自動限流在設定值,不發(fā)生過載

冷卻方式

智能風冷

噪音

 65db(處于柜內(nèi)并運作于額定狀態(tài)

工作環(huán)境溫度

-10℃~+45

工作環(huán)境濕度

85%RH 不凝結(jié)

安裝場合

室內(nèi)安裝

海拔高度

≤1000m(更高海拔需降容使用)

進出線方式

下進下出

防護等級

IP21

智能通信接口

RS485/MODBUS-RTU

遠程監(jiān)控

可選

重量(kg)

三相四線

三相三線

30A50A

7、100A

30A、50A

7100A

280

360

240

290

4.2 ANAPF有源濾波裝置諧波電流估算

諧波是由非線性設備產(chǎn)生的,而每種設備的實際工作狀態(tài)都不同。因此實際諧波電流需采用專門設備進行測量,考慮到設備的技術及經(jīng)濟性,設計諧波治理裝置的額定諧波補償電流應略大于系統(tǒng)諧波電流。由于諧波電流本身的測量與計算比較復雜,況且在設計時往往很難采集到足夠的電氣設備使用中的諧波數(shù)據(jù),可以根據(jù)下列公式以對諧波電流進行估算。

其中K1為負荷率:即負荷占變壓器額定容量的比例,通常取0.7-0.8;

     K2為諧波系數(shù),根據(jù)系統(tǒng)場合不同而不同;

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)場選用一臺100AANAPF有源濾波器進行諧波治理。

4.3 ANAPF有源濾波投入前后對比

4.3.1未安裝ANAPF有源濾波器時LED屏控制開關柜進線側(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)

  

未安裝有源濾波器LED屏控制開關柜進線側(cè)zui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zui大諧波電流量,A41.8A、B41.7AC38A、零線電流122.2A,含諧波功率因數(shù)0.68,總諧波電壓嚴重超出國標380V低壓側(cè)諧波電壓畸變率THDu≤5%的要求。較為嚴重3次諧波電壓超出國標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LED屏控制開關柜進線側(cè)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)

  

投入安裝ANAPF有源濾波LED屏控制開關柜進線側(cè)zui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A1.4AB1.1AC1.8A、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降至3.3%。3次諧波電壓降低于國標要求380V低壓側(cè)諧波電壓奇次畸變率THD≤4%的要求。

由上圖對比可見,ANAPF有源濾波器保護了LED供電系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行,防止過電流速斷保護的誤動作,有利于電網(wǎng)和系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。 

5、ANAPF低壓有源濾波器的報價及主要元件清單

型號:ANAPF100-400/B

參考價格:12萬元/

主要產(chǎn)品明細:

序號

名    稱

型    號

數(shù)量

1

APF電氣柜

800X600X2200

1

2

變流器

APFCOV-CVT100

1

3

控制器

APFMC-C100

1

4

電抗器

APF-RE.(S)DG-100

1

5

有源電流互感器

LT208-S7

3

6

濾波器

DL-1TH1

2

7

斷路器

CVS160FTM160D4P3D

1

8

接觸器

LC1D150M7C

1

9

微型斷路器

NDM1-63C32

1

10

中間繼電器

MY4NAC

2

11

R型變壓器

R320-0.38/0.22

1

12

諧波檢測儀

ACR350EGH

1

13

電線

16mm2

若干

14

電線

4mm2

若干

6、結(jié)語

隨著顯示屏幕規(guī)模的變大,顯示屏幕工程對電網(wǎng)造成的諧波污染已是一個不可輕視的問題。諧波帶來的各種危害已經(jīng)初步顯現(xiàn),由此引發(fā)的電網(wǎng)運行事故和法律關聯(lián)責任都可能隨時發(fā)生。本文通過分析LED顯示屏中諧波特性和危害,并通過實際應用案例,分析了有源濾波器投入前后的情況,說明了有源濾波器的諧波治理技術是供電電能質(zhì)量的手段之一,可將產(chǎn)生的諧波控制在zui小范圍內(nèi),達到科學合理用電,抑制電網(wǎng)污染,提高電能質(zhì)量,保證設備安全運行的作用。

參考文獻:

[1] 王可亮,瞿世尊,陳?。_關電源的設計[J.電子元器件運用,2004 ,6 (3):17-19.

[2] 三相四線有源濾波器在上海世博會國家電網(wǎng)館LED顯示屏諧波治理中的應用.

[3] 上海安科瑞電氣股份有限公司產(chǎn)品手冊.2013.01.

 

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