有源电力滤波器 概念讲义

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1、有源电力滤波器(APF： Active power filter)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新 型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，之所以称为有源，是 相对于无源LC滤波器，只能被动吸收固定频率与大小的谐波而言，APF可以通过采样负载 电流并进行各次谐波和无功的分离，控制并主动输出电流的大小、频率和相位，并且快速响 应，抵销负载中相应电流，实现了动态跟踪补偿，而且可以既补谐波又补无功和不平衡。三相电路瞬时无功功率理论是APF发展的主要基础理论;APF有并联型和串联型两种, 前者用的多；并联有源滤波器主要是治理电流谐波,串联有源滤波器主要是治理电压谐波等 引起的

2、问题。有源滤波器同无源滤波器比较，治理效果好，主要可以同时滤除多次及高次谐波，不会引起 谐振，但是价位相对高。2 工作原理有源电力滤波器通过电流互感器检测负载电流，并通过内部DSP计算，提取出负载电 流中的谐波成分，然后通过PWM信号发送给内部IGBT,控制逆变器产生一个和负载谐波电 流大小相等，方向相反的谐波电流注入到电网中，达到滤波的目的。信兮调昱扳丄迓匡APF的电气原理咅PF输出业魂主療jto器块彌箭戢厂锻联寧/平功率魅牯电吝器克探电乌ZX皆骅指令电流检测电路的功能主要是从负载电流中分离出谐波电流分量和基波无功电流，然后将 其反极性作用后发生补偿电流的指令信号。电流跟踪控制电路的功能是根

3、据主电路产生的补 偿电流，计算出主电路各开关器件的触发脉冲，此脉冲经驱动电路后作用于主电路。这样电源电流中只含有基波的有功分量，从而达到消除谐波与进行无功补偿的目的。根据同样的原 理，电力有源滤波器还能对不对称三相电路的负序电流分量进行补偿。有源电力滤波器的主电路一般由 PWM 逆变器构成。根据逆变器直流侧储能元件的不 同，可分为电压型有源滤波器（储能元件为电容）和电流型有源滤波器（储能元件为电感）。电 压型有源滤波器在工作时需对直流侧电容电压控制，使直流侧电压维持不变，因而逆变器交 流侧输出为PWM电压波。而电流型有源滤波器在工作时需对直流侧电感电流进行控制，使 直流侧电流维持不变，因而逆变

4、器交流侧输出为PWM电流波。电压型有源滤波器的优点是 损耗较少，效率高，该电流在电感内阻上将产生较大损耗。电流型有源滤波器电压型有源滤波器3 标准国际标准EN 50091-3, EN 61000-6-2, EN55011, EN 50178:1997, IEC 62040-3, IEC 50178:1997, AS 62040-3(VFI SS 111), CISPR11 国家标准GB/T14549-93电能质量：公用电网谐波GB/T15543-1995GB/T15945-1995GB/T12326-2000GB/T12325-2003GB/T18481-2001GB/T15576-1995电

5、能质量：三相电压允许不平衡度电能质量：电力系统频率允许偏差 电能质量：电压波动和闪变 电能质量：供电电压允许偏差 电能质量：暂时过电压和瞬态过电压 低压无功功率静态补偿装置总技术条件GB7625.11998 低压电气电子产品发出的谐波电流限值GB4208-93 外壳防护等级的分类4 性能指标APF 系列有源电力滤波器主要性能指标：1. 动态有源滤波，全面改善电能质量；2. DSP全数字控制，20KHz开关频率，对负载的动态变化迅速响应。40“内响应负荷变 化，全响应时间小于10ms（1/2周波）；3. 谐波补偿次数可选择，最高能滤除50次谐波；4. 有源电力滤波器可选择同时补偿无功；5. 具备

6、三相不平衡补偿能力；6. 具有自动限流功能，不会发生过载；7.3.8 英寸 QVGA 触摸显示屏实现人机对话；8.效率高，满载损耗小于 2.57%；9. 并联安装方式，安装简单，体积小；10. 降低线路损耗，消除谐波引起的变压器和电机发热，实现系统大幅度节能；11. 有源电力滤波器的滤波效果不受系统阻抗变化影响，并能自动抑制系统谐振；12. 按照配电结构，可选择局部补偿、部分补偿或总补偿，CT可位于电源侧或负载侧;5 主要应用场合1随着社会的高速发展，医院引进的先进设备与高精度仪器越来越多，如：XRAY射线 仪器，超声波，氧气传输系统，二维图像彩色B超仪，全身螺旋CT扫描仪，单（双）光子 发射

7、计算机断层扫描仪，全自动生化仪等。目前，医院低压配电系统有大量的谐波源负荷， 会产生大量的3,5,7次谐波，严重污染电网，危害设备，减少电气使用寿命，增加成本。 大量的单相非线性负荷会造成三相不平衡，谐波超标，中性线谐波过载等电能质量问题威胁 到供电系统及医疗设备的正常安全运行，因此医院谐波的监测与治理十分必要。2. 变频设备的应用场合 随着技术的进步，变频设备大量应用于各类场合，变频设备会产生 大量的谐波，因此，这类场合是有源滤波器主要的目标市场之一。3. 不稳定负荷的应用场合 不稳定负荷不是有源滤波器的主要市场，但它是电力系统一 个极其重要的方面，因为不稳定的负荷虽然所占比例不大，但是它们

8、对电力系统产生的影响 却远远大于其它负荷所造成的影响，因此对于该类应用场合也应作为有源滤波器的主要市场 方向之一。4. 钢铁厂 钢铁厂的电弧炉、轧钢机等是主要的谐波发生设备，且主要是冲击性负荷， 对钢铁厂附近的其它负荷有很大影响。同时，谐波问题对钢铁厂无功补偿的影响很大，所以 应以无功补偿和谐波治理同时处理作为目标。5. 有色冶金 有色冶金的负荷除电弧炉性质的负荷外，还由于采用直流湿法冶金而产生 大量的直流成分。6. 港口机械 港机是大型的提升设备，一般都采用很大的变频器，因此是港口机械主要 的谐波发生源，因此对于该类应用场合也应作为有源滤波器的市场方向之一。7. 电气化铁路 电气化铁路一般使用直流电机拖动，因此是一个市政方面的主要谐波 源。根据现有上海、北京等地电气化铁路的运行情况，大多数系统都安装了滤波器。预计本 产品可以达到电气铁路滤波器国产化的作用。8. 高精度自动化生产线 高精度自动化生产线本身不产生谐波，但是对于电能质量有很 高的要求，因此需要在高精度自动化生产线的供电侧安装有源滤波器，以降低谐波对生产线 的影响。9. 办公大楼、大型商业区等节能灯和空调集中场所 办公大楼、大型商业区等节能灯和 空调集中场所的谐波情况也非常严重，治理方法宜采用集中治理方法，以节省成本。