有源电力滤波器
1. 概述
有源电力滤波器是一种真正有效的谐波治理解决方案，采用有源谐波补偿技术动态消除电网谐波。实时检测非线性负载产生的电流波形，分流出谐波部分，再通过IGBT逆变电路输出等同的谐波电流，以抵消负载谐波，确保从电网吸取的电流为正弦波，实现谐波滤除功能。
2. 工作原理
◆滤波原理
APF通过外部电流互感器实时采集电流信号，通过内部检测电路分离出其中的谐波部分，通过IGBT功率变换器产生与系统中的谐波大小相等相位相反的补偿电流，实现滤除谐波的功能。
APF输出补偿电流根据系统的谐波量动态准确变化，因此不会出现过补偿的问题。另外，APF内部有过载保护功能，当系统的谐波量大于滤波器容量时，装置可以自动限制在99%额定容量输出，不会发生过载。
◆无功补偿原理
用户可以通过参数设置，使APF在滤除谐波的同时进行动态无功补偿。
APF根据系统的无功功率，通过IGBT功率变换器产生容性或感性的基波电流，实现动态无功补偿的目的，补偿目标值可以通过操作面板设定，不会出现过补偿，并且补偿平滑，不会产生对负载和电网的涌流冲击。
APF 内部控制原理
图2-2 APF内部控制原理图
如图2-2所示，隔离开关合闸后，为防止上电后电网对直流母线电容器的瞬间冲击，APF首先通过软起电阻对直流母线的电容器充电，这个过程会持续几十秒。当母线电压Udc达到预定值后，主接触器闭合。直流电容作为储能器件，通过IGBT逆变器和内部电抗器向外输出补偿电流提供能量。APF通过外部CT实时采集电流信号送至信号调理电路，然后再送至FPGA控制器。控制器将基波成分分离，提取出所有的谐波，将采集到的谐波成分和APF已发出的补偿电流比较得到差值作为实时补偿信号输出到驱动电路，触发IGBT变换器将补偿谐波电流注入到电网中，实现滤除谐波的功能。
3. 技术参数
|
APF |
3 线 |
4 线 |
|
额定补偿电流 |
100A -600A |
50A -600A |
|
输入 |
||
|
工作电压（V） |
400V （-20% ~ +15%） 690V （-20% ~ +15%） |
400V （-20% ~ +15%） |
|
工作频率（Hz） |
50/60 |
50/60 |
|
性能指标 |
||
|
滤波能力 |
THDi<3%( 额定) |
THDi<3%( 额定) |
|
滤波范围 |
2~50 次谐波，消除全部谐波 |
2~50 次谐波，消除全部谐波 |
|
单次谐波补偿率调整 |
可对每次谐波的补偿电流限值 |
可对每次谐波的补偿电流限值 |
|
瞬时响应时间 |
<100us |
<100us |
|
全响应时间 |
<10ms |
<10ms |
|
有功功率损耗 |
<3%( 额定) |
<3%( 额定) |
|
校正三相不平衡 |
有 |
有 |
|
无功补偿功能 |
有，可设定功率因数 |
有，可设定功率因数 |
|
过载保护 |
自动限流在99%额定输出 |
自动限流在99%额定输出 |
|
开关频率 |
20KHz |
20KHz |
|
显示与操作 |
||
|
显示界面 |
5.7 英寸中文彩色触摸屏 |
5.7 英寸中文彩色触摸屏 |
|
显示状态 |
电流和电压等电网参数 |
电流和电压等电网参数 |
|
通讯 |
Modbus,RS485,TCP/IP 以太网 |
Modbus,RS485,TCP/IP 以太网 |
|
输入及输出干结点 |
5 个输出结点，4个输入结点（用户可自定义） |
5 个输出结点，4个输入结点（用户可自定义） |
|
产品配置 |
||
|
单机运行 |
可以 |
可以 |
|
并机运行 |
可多台并机 |
可多台并机 |
|
环境条件 |
||
|
环境温度 |
0 ℃ ~40 ℃ |
0 ℃ ~40 ℃ |
|
储存环境 |
-40 ℃ ~65 ℃ |
-40 ℃ ~65 ℃ |
|
相对湿度 |
95%，无凝露 |
95%，无凝露 |
|
海拔高度 |
1000 米 以下 |
1000 米 以下 |
4. 产品特点
可同时滤除2~50的滤波；
响应时间小于0.1ms,对阶跃变化的谐波补偿时间小于10ms；
采用高清晰，5.7英寸中文彩色触摸屏；
有消除三相不平衡的功能；
具有自动限流功能，不会发生过载；
可进行待机功能管理；
可以只滤波，或同时滤波和补偿无功，并可设置功能的优先次序；
输出滤波采用LCL滤波结构，不仅使APF补偿时IGBT高频开关产生的高次谐波不会注入电网，补偿效果更好，而且适应于任何现场电网系统阻抗，不会发生谐振，保证装置安全；
采用Xilinx公司的Spartan3adsp FPGA进行集中控制。FPGA时钟频率可到200MHz，内部有84个硬件DSP单元，DSP并行运行，运算速率远高于单个DSP控制方式，且通信延迟小，响应速度更快，便于采用更的控制算法，使APF达到更加的滤波补偿效果。
APF可以实现8台装置并联且只使用一个FPGA集中控制,克服了多个控制器之间通信存在延迟以及可能受到干扰的缺点，增强了APF的补偿性能，提高了系统的可靠性。
APF采用闭环控制策略，并结合的自适应电流平均值控制算法。由于电流平均值控制的开关频率是恒定的，因此克服了传统的滞环电流控制由于开关频率变化所带来的输出频谱范围宽、滤波较困难、高频谐波会干扰电网等缺点，使APF达到了的滤波性能。
设计选型简单，不需要进行详细的电网分析，只需要测量谐波电流的大小。
实施故障记录和事件记录，并可查询历史记录。
5. 产品应用
适用于电力、钢铁、冶金、轻工、建材、纺织、石化、化工、机械、汽车制造、通信、学校医院、办公楼宇、电气化铁路等行业的供电系统的谐波抑制。
6. 型号含义
7. 产品选型
|
型号 |
额定电压 |
额定电流 |
额定频率 |
尺寸 |
重量 |
安装方式 |
|
(V) |
（A） |
（Hz） |
宽mmX深mmX高mm |
(kg) |
||
|
HXD-APF-50/0.4-4L |
400 |
50 |
50/60 |
800X600X1500 |
140 |
立式 |
|
HXD-APF-100/0.4-4L |
400 |
100 |
50/60 |
800X600X1800 |
180 |
立式 |
|
HXD-APF-150/0.4-4L |
400 |
150 |
50/60 |
800X600X1800 |
250 |
立式 |
|
HXD-APF-200/0.4-4L |
400 |
200 |
50/60 |
800X600X2200 |
300 |
立式 |
|
HXD-APF-300/0.4-4L |
400 | 300 | 50/60 | 900X600X2200 | 400 | 立式 |
