安科瑞 师晴晴
江苏安科瑞电器制造有限公司 江阴 214405
1、引言
在LED大屏上，多电源分布式开关电源得到了广泛应用，其产生的谐波分量对电网和电气设备造成的影响日益严重，如何抑制谐波分量成为一个备受关注的问题。
开关电源通常采用大功率半导体器件作为开关元件，按一定规律控制开关，调整占空比以调节输出电压的大小。开关电源一般由整流器和滤波电容组成，交流输入电压进入滤波器、整流器和滤波电容后变换为直流输出电压。现今，开关电源正在逐渐向高频、高可靠、低耗、低噪声、抗干扰和模块化发展。-有源滤波器在LED显示屏谐波治理中的应用
2、LED显示屏谐波产生原因
LED需要低压直流驱动，因此显示屏工程大量采用开关电源为显示模块提供驱动。为了降低低压直流电流在各种输送环节耗损，显示屏配电一般采用大量小功率开关电源模块，配置成分布式局部低压直流供电模式。这种实现方法在解决了低压传输损耗的同时，却带来了谐波污染和中线电流过大等问题。其原因有：
开关电源为典型的谐波源，其谐波含量非常高，其波形为断续的尖峰波。由于一般使用的开关电源容量较小（典型的案例为手提电脑的电源），并没有引起足够的重视。但如果大量的开关电源同时工作，其产生的谐波将不可忽视，如果不加以处理，可能对供电网造成污染，对同一网内的其他设备产生不可预知的危害。
常规三相近似平衡的负荷，其零线的正常电流一般小于相电流的30％。显示屏系统无论怎么配置负荷分布，由于显示画面的变化，终会带来瞬时三相不平衡。加之谐波电流的影响，其零线的电流可以达到相电流的280％。
3、LED显示屏谐波产生的危害
谐波过大会导致零线电流过大，零线电流过大是一个严重的火灾隐患，因为零线上没有过流保护装置，不像相线上有保险等装置，当电流过大时可以切断电流。而当零线上电流过大时，只能任其温度升高，加速电缆老化，甚至引起火灾。
谐波不仅表现为电流谐波，而且由于谐波电流对电网冲击使供电电压含有谐波，会使电压波形奇变严重，可能对电网上其他敏感设备造成不良影响，甚至使其工作异常，带来关联的法律责任问题，例如同楼中某公司的网络服务器因突然停电，造成损失。
4、ANAPF低压有源滤波器在LED显示屏中的应用
某广场大型户外LED显示屏，该显示屏供电系统有850个30OW的开关电源分布式并联运行，总功率共计250kw。开关电源是典型的谐波源，在工作时具有电流谐波畸变率高、谐波含量大、谐波频谱宽、设备为容性负载、功率因数低等用电特性。当大量的开关电源集中使用时会导致中线电流过高，功率因数低，电流谐波畸变率高等现象，从而影响了LED显示屏正常工作。
4.1谐波治理方案
基于该现场的特点，并联安装一台ANAPF型电力有源滤波器，设备参数如下：
4.2 ANAPF有源滤波装置谐波电流估算
谐波是由非线性设备产生的，而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用专门设备进行测量，考虑到设备的技术及经济性，设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂，况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据，可以根据下列公式以对谐波电流进行估算。
其中K1为负荷率：即负荷占变压器额定容量的比例，通常取0.7-0.8；
K2为谐波系数，根据系统场合不同而不同；
ST为变压器额定容量，单位kVA；
US为低压系统电压，一般取0.4。
根据估算值，现场选用一台100A的ANAPF有源滤波器进行谐波治理。
4.3 ANAPF有源滤波器投入前后对比
4.3.1未安装ANAPF有源滤波器时LED屏控制开关柜进线侧电能质量数据
未安装有源滤波器时LED屏控制开关柜进线侧大的总谐波电流含量98.4%，总谐波电压畸变率8.4%，零线总谐波畸变率1724.3%。其中3次谐波为大谐波电流量，A相41.8A、B相41.7A、C相38A、零线电流122.2A，含谐波功率因数0.68，总谐波电压严重超出国标380V低压侧谐波电压畸变率THDu值≤5%的要求。较为严重的3次谐波电压超出国标380V低压侧谐波电压奇次畸变率THD≤4%的要求。
4.3.2 安装有源滤波装置后LED屏控制开关柜进线侧电能质量数据
投入安装ANAPF有源滤波器后LED屏控制开关柜进线侧大的总谐波电流含量降至51%，总谐波电压畸变率降至3.1%，零线总谐波畸变率94.1%。3次谐波电流量A相1.4A、B相1.1A、C相1.8A、零线电流9.8A，含谐波功率因数提高至0.81。总谐波电压畸变率THDu值降至3.3%。3次谐波电压降至低于国标要求380V低压侧谐波电压奇次畸变率THD≤4%的要求。
由上图对比可见，ANAPF有源滤波器保护了LED供电系统、稳定、经济运行，防止过电流速断保护的误动作，有利于电网和系统的稳定运行。
5、ANAPF低压有源滤波器的报价及主要元件清单
6、结语
随着显示屏幕规模的变大，显示屏幕工程对电网造成的谐波污染已是一个不可轻视的问题。谐波带来的各种危害已经初步显现，由此引发的电网运行事故和法律关联责任都可能随时发生。本文通过分析LED显示屏中谐波特性和危害，并通过实际应用案例，分析了有源滤波器投入前后的情况，说明了有源滤波器的谐波治理技术是供电电能质量的手段之一，可将产生的谐波控制在小范围内，达到科学合理用电，抑制电网污染，提高电能质量，保证设备运行的作用。
参考文献:
［1］ 王可亮，瞿世尊，陈健．开关电源的设计［J］.电子元器件运用，2004 ，6 (3):17-19.
［2］ 三相四线有源滤波器在上海世博会电网馆LED显示屏谐波治理中的应用.
［3］ 上海安科瑞电气股份有限公司产品手册.2013.01.
