有源电力滤波器〔APF〕
引言
谐波电流和谐波电压的出现，对于电力系统运行是一种“污染〞，它们降低了系统电压正弦波形的质量，不但严重地影响电力系统自身，而且还危与用户和周围的通信系统。近半个世纪以来，随着电力电子设备的推广应用，非线性负荷的迅速增加(例如电气机车、工业电炉等的应用)，特别是高压直流输电的运用，谐波污染问题日趋严重，并因此受到人们普遍的关注和重视。减小谐波影响的技术措施可以从两方面入手：一是从谐波源出发，减少谐波的产生；二是安装滤波装置。常见的滤波器包括无源滤波器、有源滤波器以与混合滤波器。无源滤波器〔PF:Passive Filter〕也称为LC滤波器，是由滤波电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的滤波装置。无源滤波器的工业应用已经有相当长的历史，其设计方法稳定可靠、结构简单，但其滤波效果依赖于系统阻抗特性，并容易受温度漂移、网络上谐波污染程度、滤波电容老化与非线性负荷的影响。此外，无源滤波器仅能对特定的谐波进展有效地衰减，而出于经济和占地面积方面的考虑，滤波器个数均是有限的，所以对谐波含量丰富的场合，无源滤波器的滤波效果往往不够理想。与无源滤波器对应的是有源滤波器〔APF:Active
Power Filter〕。有源电力滤波器采用开关变换器消除谐波电流，克制了无源滤波器的缺点。有源电力滤波器有着无源滤波器无可比拟的技术优势，因此越来越受到人们的关注。
1.有源滤波器的开展历史
有源滤波器的思想最早出现于1969年B.M.Bird和J.F.Marsh的论文中。文中描述了通过向交流电源注入三次谐波电流以减少电源中的谐波，改善电源电流波形的新方法。文中所述的方法认为是有源滤波器思想的诞生。1971年日本的H.Sasaki和T.Machida完整描述了有源电力滤波器的根本原理。1976年美国西屋电气公司的L.Gyugyi和E.C.Strycula提出了采用脉冲宽度调制控制的有源电力滤波器，确定了主电路的根本拓扑结构和控制方法，从原理上说明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器，并讨论了实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的根底。然而，在20世纪70年代由于缺少大功率可关断器件，有源电力滤波器除了少数的实验室研究外，几乎没有任何进展。进入20世纪80年代以来，新型半导体器件的出现，PWM技术的开展，尤其是1983年日本的H.Akagi等人提出了“三相电路瞬时无功功率理论〞，以该理论为根底的谐波和无功电流检测方法在三相有源电力滤波器中得到了成功的应用，极大促进了有源电力滤波器的开展。
福建建设科技２０１３．Ｎｏ．４ 有源电力滤波器的应用设计 吴永其（厦门华呖建筑工程设计有限公司福建厦门３６１０００） ■建筑电气 ［摘要］ 本文阐述电力谐波的危害，并通过实际工程案例解析如何配置有源电力滤波器来进行谐波滤除，展望了有源电 力滤波器的发展前景。 ［关键词］ 电力谐波有源电力滤波器模块化蓝宝石炉 Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｈａｒｍ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｗａｖｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃａｓｅ，ｈｏｗ ｔｏ ｃｏｎｆｉｇｕｒｅ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｗａｖｅ；ａｃｔｉｖｅ ｐｏｗｅｒ ｆｉｌｔｅｒ；ｍｏｄｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ；ｓａｐｐｈｉｒｅ ｆｕｒｎａｃｅ 在电力系统中有非线性负载时，电源以工频５０ＨＺ供电， 当工频电压或电流作用于非线性负载时，就会产生不同于正 弦波的畸变电压或电流，用傅氏级数展开，可以分解出除 ５０ＨＺ的基波分量外，还有许多高于５０ＨＺ的正弦波分量，后 者统称为电力谐波． １电力谐波的危害 电力谐波的主要危害有以下几点：ａ．引起公用电网中局 部的并联谐振或串联谐振，放大谐波，造成危险的过压或过流 ．ｂ．产生了附加谐波损耗，降低了发电，输电及用电设备的效 率（导致用电量大量增加）。Ｃ．加速电气设备及线缆绝缘老 化，使其容易击穿，降低使用寿命．ｄ．谐波还会影响电气线路 中的保护元件，继电器、自动系统装置的误操作，电气测量仪 表不准确等等。ｅ．干扰通讯信号，甚至破坏通信设备． 如上所述，电力谐波的危害是很严重，进行谐波冶理是必 须的，进行谐波冶理的方法有很多种，本文就有源电力滤波器 如何进行谐波冶理进行阐述．在存在非线性负载的交流电网 中，装设有源电力滤波器已成为抑制谐波和无功功率补偿的 一种有效措施，近几年来有源电力滤波器广泛应用于各行业 配电网中，如：通信行业、半导体行业、石化行业、钢铁行业、甲 级办公大楼、医疗机构、精密电子行业、剧场／体育馆、汽车制 造业等。根据应用对象不同，有源电力滤波器的应用普遍起 到保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命 减少设备损坏等作用。 ２案例分析 ２．１项目概况：福建省内的某大型ＬＥＤ蓝宝石衬底项目， 主要谐波设备为进口蓝宝石长晶炉，每组１８台，共４０组．蓝 宝石长晶炉一个长晶周期要ｌ０天，根据加热的程度每个阶段 的电流谐波畸变率都是有所不同，且谐波次数多样化． ２．２冶理方案：根据目前同行业对此谐波冶理的经验，所 有蓝宝石长晶炉都配置有源电力滤波器，所以本次前期方案 选用可拼装模块化的有源电力滤波器． ２．２．１前期设计计算如下： ａ．前期数据：以组为单元配置供电系统，蓝宝石长晶炉 一组１８台，每台加热功率Ｐｅ＝５５ｋＷ功率因数ｃｏｓ＠＝０．６，电 流谐波畸变率ＴＨＤｉ＝３０％．由于无功是由谐波无功和基波 无功两部分构成，补偿谐波能够释放谐波无功占用的系统容 量，所有本次计算不考虑谐波无功对自然功率因数的影响。 ｂ．配置方案一：不进行无功补偿，仅配置有源电力滤波器． 基波电流…： ，１＝ ｌ Ｐ － Ｕ ｃ。ｓ 、厅 面－ ：＝ 堕 ：２４０１．２Ａ ，／３ ３８０ ０．６√１＋０．３ 谐波电流： ｌｈ＝，１ ＴＨＤ ＝２４０１．２ ０．３＝７２０．３６Ａ 有源电力滤波（ＡＰＦ）容量： ＝１．２ ｌｈ＝１．２￥７２０．３６＝８６４．４３２Ａ ＵＰＳ容量配置： ∑Ｊｓ ＝∑尸 ／ｃｏｓ￣ｐ＝１８ ５５／０．６＝１６５０ｋＶＡ 方案一配置９台ＩＯＯＡ ＡＰＦ，ＵＰＳ容量为４ Ｘ５００ｋＶＡ． Ｃ．配置方案二：进行无功补偿后配置有源电力滤波器． 无功补偿量计算： 功率因数ｃｏｓｑ￣从０．６补偿至０．９， ∑Ｑ ＝ Ｚｐ ｑ＝０．７ ５５ １８￥０．８４８—５８７．６６ｋｖａｒ 按安装４４０Ｖ电容计算 Ｊ： ２Ｑ 安＝∑Ｑ 补 ＝５８７．６６￥１．２１＝７１１ｋＶａｒ 仪：负荷平均系数，取值０．７—０．８ ∑Ｐ ：最大负荷 ｑ一补偿率ｋｖａｒ／ｋｗ一功率因数０．６补偿至０．９的速算 值为０．８４８（查表） 基波电流： Ｉ１： ｌ Ｐ ：＝ｊ 望 ＝：１６００．８Ａ ，／３ ３８０ ０．９ １＋０．３ 谐波电流： ，＾＝，１ ＴＨＤｉ＝１６００．８ ０．３＝４８０．２４Ａ 有源电力滤波（ＡＰＦ）容量：
有源电力滤波器标准
有源电力滤波器是一种用于消除电力系统中谐波和干扰的重要设备，其标准化对于保障电力系统的稳定运行和质量具有重要意义。本文将对有源电力滤波器标准进行详细介绍，包括标准的制定背景、内容要点、实施意义等方面进行分析。
首先，有源电力滤波器标准的制定背景是电力系统中谐波和干扰问题日益突出，给电力设备和系统带来了严重的影响。为了解决这一问题，有源电力滤波器应运而生，并得到了广泛的应用。然而，由于缺乏统一的标准，导致了产品质量参差不齐，对电力系统的稳定性和安全性构成了威胁。因此，有源电力滤波器标准的制定势在必行。
有源电力滤波器标准的内容主要包括产品的技术要求、测试方法、质量控制等方面。其中，产品的技术要求是标准的核心内容，包括了滤波器的额定电压、额定频率、谐波抑制能力、响应时间等重要指标。此外，测试方法是保证产品符合标准要求的关键，只有通过科学严谨的测试方法，才能真实可靠地反映出产品的性能和质量。质量控制则是标准的落实和执行过程中的关键环节，通过对产品的生产、检验、出厂等环节进行严格控制，确保产品的质量稳定可靠。
有源电力滤波器标准的实施意义主要体现在以下几个方面。首先，标准的实施将有助于规范市场秩序，提高产品的质量水平，保障用户的权益。其次，标准的实施将促进企业技术创新和产品升级，推动行业的健康发展。最后，标准的实施将有助于提高电力系统的稳定性和可靠性，保障电力供应的安全稳定。
综上所述，有源电力滤波器标准的制定对于保障电力系统的稳定运行和质量具有重要意义。通过对标准的制定背景、内容要点、实施意义等方面进行详细的分析，可以更好地认识和理解有源电力滤波器标准的重要性，促进标准的落实和执行，推动电力系统的健康发展。
有 源 滤 波 装 置 技 术 规 范 书
1. 总则
1.1 本技术规范书适用于该0.4kV系统有源滤波装置。提出了有源滤波装置装置的技术要求。
1.2 本技术规范提出的是最低限度的技术要求, 并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文。投标方应保证提供符合工业标准和本技术规范的优质产品。
1.3 本技术规范所使用的标准若与甲方所执行的标准不一致时，按较高标准执行。
1.4 本技术规范书未尽事宜，由双方协商解决。
2. 招标内容
投标方提供满足本技术规范书要求的设备和各项服务，其中包括下列内容：
提供高质量的、完整的、全新的设备和相关附件。
设备的现场指导安装、调试、现场验收等。
对买方技术人员的培训、保修期的维护等。
提供技术资料。
3. 供货范围
有源滤波装置采用与低压柜并柜安装，投标方中标后需和前期中标的开关柜厂家密切配合以解决滤波装置和低压开关柜之间的并柜接口及采样方面的相关问题。此次投标不包含有源滤波装置内的水平主母线（即柜顶主母线、零、地母线）、低压进线电流信号采集用电流互感器（甲方在低压进线柜中单独提供三相电流互感器）。此外为满足装置性能的所需的一次、二次元件包括柜体均由投标人成套提供，具体供货范围如下。
表1 成套设备供货范围
序号 装置名称 型 号 单位 数量 宽*深*高 mm 备注
1 有源滤波器 TTAPF-0.4/100A 台 2 800*800*2200
台 2
备注：供货范围包含设备的设计、制造、水平母排至断路器的分支排、出厂检验、包装、运输、保险、调试以及技术培训等服务。供货范围不包含设备到现场的安装材料和现场的安装费用、水平主母排和母线框。
4. 通用技术要求
4.1 执行标准
本产品执行中华人民共和国颁发的以下标准（但不限于），遵照执行标准名称如下：
GB/T12325-2003 电能质量 供电电压允许偏差
GB/T14549-1993 电能质量 公共电网谐波
