什么是有源電力濾波器(APF),有源電力濾波器的工作原理

一、什么是有源電力濾波器(APF)：

有源電力濾波器(APF)是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無功的新型電力電子裝置，它能夠?qū)Υ笮『皖l率都變化的諧波以及變化的無功進(jìn)行補(bǔ)償，之所以稱為有源，顧名思義該裝置需要提供電源，其應(yīng)用可克服LC濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制和無功補(bǔ)償方法的缺點(diǎn)(傳統(tǒng)的只能固定補(bǔ)償)，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償，而且可以既補(bǔ)諧波又補(bǔ)無功;三相電路瞬時(shí)無功功率理論是APF發(fā)展的主要基礎(chǔ)理論;APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多;并聯(lián)有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯(lián)有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時(shí)濾除多次及高次諧波，不會(huì)引起諧振，但是價(jià)位相對(duì)高!

二、有源電力濾波器(APF)基本原理：

有源電力濾波器，是采用現(xiàn)代電力電子技術(shù)和基于高速DSP器件的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)制成的新型電力諧波治理專用設(shè)備。它由指令電流運(yùn)算電路和補(bǔ)償電流發(fā)生電路兩個(gè)主要部分組成。指令電流運(yùn)算電路實(shí)時(shí)監(jiān)視線路中的電流，并將模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入高速數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，將諧波與基波分離，并以脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)形式向補(bǔ)償電流發(fā)生電路送出驅(qū)動(dòng)脈沖，驅(qū)動(dòng)IGBT或IPM功率模塊，生成與電網(wǎng)諧波電流幅值相等、極性相反的補(bǔ)償電流注入電網(wǎng)，對(duì)諧波電流進(jìn)行補(bǔ)償或抵消，主動(dòng)消除電力諧波。

三、有源電力濾波器(APF)基本應(yīng)用：

諧波主要危害：

? 增加電力設(shè)施負(fù)荷，降低系統(tǒng)功率因數(shù)，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的有效容量和效率，造成設(shè)備浪費(fèi)、線路浪費(fèi)和電能損失;

? 引起無功補(bǔ)償電容器諧振和諧波電流放大，導(dǎo)致電容器組因過電流或過電壓而損壞或無法投入運(yùn)行;

? 產(chǎn)生脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩致使電動(dòng)機(jī)振動(dòng)，影響產(chǎn)品質(zhì)量和電機(jī)壽命;

? 由于渦流和集膚效應(yīng)，使電機(jī)、變壓器、輸電線路等產(chǎn)生附加功率損耗而過熱，浪費(fèi)電能并加速絕緣老化;

? 諧波電壓以正比于其峰值電壓的形式增強(qiáng)了絕緣介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度，降低設(shè)備使用壽命;

? 零序(3的倍數(shù)次)諧波電流會(huì)導(dǎo)致三相四線系統(tǒng)的中線過載，并在三角形接法的變壓器繞組內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，使繞組電流超過額定值，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)事故。

? 諧波會(huì)改變保護(hù)繼電器的動(dòng)作特性，引起繼電保護(hù)設(shè)施的誤動(dòng)作，造成繼電保護(hù)等自動(dòng)裝置工作紊亂;

? 諧波變改變了電壓或電流的變化率和峰值，延緩電弧熄滅，影響斷路器的分?jǐn)嗳萘?

? 使計(jì)量?jī)x表特別是感應(yīng)式電能表產(chǎn)生計(jì)量誤差;

? 干擾鄰近的電力電子設(shè)備、工業(yè)控制設(shè)備和通訊設(shè)備，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

四、有源濾波的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：可動(dòng)態(tài)濾除各次諧波，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的諧波能夠完全吸收;不會(huì)產(chǎn)生諧振。

缺點(diǎn)：造價(jià)太高;受硬件限制，在大容量場(chǎng)合無法使用:有源濾波容量單套不超過100KVA,目前最高適用電網(wǎng)電壓不超過450V.

五、應(yīng)用場(chǎng)合

有源電力濾波器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和機(jī)關(guān)團(tuán)體的配電網(wǎng)中，如：電力系統(tǒng)、電解電鍍企業(yè)、水處理設(shè)備、石化企業(yè)、大型商場(chǎng)及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機(jī)場(chǎng)/港口的供電系統(tǒng)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等。根據(jù)應(yīng)用對(duì)象不同，HTAPF-I型有源電力濾波器的應(yīng)用將起到保障供電可靠性、降低干擾、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增長(zhǎng)設(shè)備壽命減少設(shè)備損壞等作用。

六、主要發(fā)展?fàn)顩r：

由于有源濾波存在的不足和缺陷，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上主要以無源濾波為主;國(guó)際上以ABB、APS、諾基亞、施耐德(梅蘭日蘭)、西門子為代表，國(guó)內(nèi)以山大華天，哈工大、西安賽博為代表，另外清華大學(xué)電機(jī)系研制的CleanPower系列有源電力濾波器在自適應(yīng)能力，穩(wěn)定性以及對(duì)各種延時(shí)的最優(yōu)補(bǔ)償方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)展，成為了最先進(jìn)的產(chǎn)品之一。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，有源電力濾波器以其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、強(qiáng)大功能、逐漸下降的價(jià)格，必將最終取代傳統(tǒng)的電容型無功補(bǔ)償裝置，占據(jù)市場(chǎng)主流。路之生科技的APF采用業(yè)界最先進(jìn)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤補(bǔ)償方式消除電網(wǎng)諧波，它實(shí)時(shí)檢測(cè)非線性負(fù)載所產(chǎn)生的電流波形，采用先進(jìn)的算法提取出負(fù)載諧波成分，并將幅值相等、相位相反的補(bǔ)償電流注入到電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)濾除諧波功能，確保最終注入電網(wǎng)的電流為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。