1、有源濾波器在 LED 顯示屏諧波治理中的應用安科瑞 袁燕1、引言在 LED 大屏上,多電源分布式開關電源得到了廣泛應用,其產生的諧波分量對電網和電氣設 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,按一定規律控制開關,調整占空比以調 節輸出電壓的大小。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。現今,開關電源正在逐漸向高頻、高可靠、低耗、低噪聲、抗干擾和 模塊化發展。2、LED 顯示屏諧波產生原因LED 需要低壓直流驅動,因此顯示屏工程大量采用開關電源為顯示模塊提供驅動。為了

2、降低 低壓直流電流在各種輸送環節耗損, 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。 這種實現方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,其產生的諧波將不可忽視,如果不加以處理,可能對供電網造成污染,對同一網內的其他 設備產生不可預知的危害。常規三相近似平衡的負荷,其零線的正常電流一般小于相電流的30%。顯示屏系統無論怎么

3、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,其零線的電 流可以達到相電流的280%。3、LED 顯示屏諧波產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,不像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。諧波不僅表現為電流諧波,而且由于諧波電流對電網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, 帶來關聯的法律責任問 題,例如同樓中某公司的網絡服務器因突然停電,造成損失。4、AN

4、APF 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,該顯示屏供電系統有850個30OW 的開關電源分布式并聯運行, 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,功率因數低,電流諧波畸變率高等現象,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場的特點,并聯安裝一臺 ANAPF 型電力有源濾波器,設備參數如下: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

5、±2%動態補償響應時間 動態響應<4ms,全響應時間<20ms;開關頻率 10kHz諧波補償次數 2-21次保護類型 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,不發生過載冷卻方式 智能風冷噪音 <65db(處于柜內并運作于額定狀態工作環境溫度 -10+45工作環境濕度 <85%RH不凝結安裝場合 室內安裝 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遠程監控 可選重量(kg三相四線 三相三線30A、50A 75A、100A 30A、50A 75A、100A2

6、803602402904.2ANAPF 有源濾波裝置諧波電流估算諧波是由非線性設備產生的, 而每種設備的實際工作狀態都不同。 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 的諧波數據,可以根據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,根據系統場合不同而不同;ST 為變壓器額定容量,單位 kVA;US 為低壓系統電壓,一般取0.4。根據估算值,現場選

7、用一臺100A 的 ANAPF 有源濾波器進行諧波治理。4.3ANAPF 有源濾波器投入前后對比4.3.1未安裝 ANAPF 有源濾波器時 LED 屏控制開關柜進線側電能質量數據 未安裝有源濾波器時 LED 屏控制開關柜進線側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0.68,總諧波電壓嚴重超出國標380V 低壓側諧波電壓畸變率 THDu 值 5%的要求。較為嚴重的3次諧波電壓超出國標380V 低壓側諧波電壓奇次畸變率 THD

8、4%的要求。4.3.2安裝有源濾波裝置后 LED 屏控制開關柜進線側電能質量數據 投入安裝 ANAPF 有源濾波器后 LED 屏控制開關柜進線側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 低于國標要求380V 低壓側諧波電壓奇次畸變率 THD4%的要求。由上圖對比可見,ANAPF 有源濾波器保護了 LED 供電系統安全、穩定、經濟運行,防止過電 流速斷保護的誤動作,有利

9、于電網和系統的安全穩定運行。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/臺主要產品明細:序號 名 稱 型 號 數量1APF 電氣柜 800X600X220012變流器 APFCOV-CVT10013控制器 APFMC-C10014電抗器 APF-RE.(SDG-10015有源電流互感器 LT208-S736濾波器 DL-1TH127斷路器 CVS160FTM160D4P3D 18接觸器 LC1D150M7C 19微型斷路器 NDM1-63C32110中間繼電器 MY4NAC 211R 型變壓器 R320-0.38/0.22112諧波檢測儀 ACR350EGH 113電線 16mm2若干14電線 4mm2若干6、結語 隨著顯示屏幕規模的變大，顯示屏幕工程對電網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初步顯現，由此引發的電網運行事故和法律