有源电力滤波器选型指南
晏祥彪孟庆振刘淮涛
摘要：本文主要介绍了南京亚派科技实业有限公司有源电力滤波器（APF）的特点、设计院上图以及不同行业APF的选型方法等内容。
关键词：有源电力滤波器选型上图符号
注释：文中所有英文“APF”均指“有源电力滤波器”
引言
近年来，随着电力电子技术的广泛应用，电能得到了更加充分的利用。由于电力电子装置自身所具有的非线性特点，会诱发电网的电压和电流发生畸变，且这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大，导致了电力系统谐波污染问题日益严重。可见，谐波污染不仅严重影响了电能质量，而且对电力系统的安全及经济运行造成极大的威胁；另一方面，由于供电方及其电力系统设备、用户方及其用电设备对电能质量的要求越来越高，这一矛盾使得人们对谐波污染问题越来越重视。
有源电力滤波器，作为一种新型的谐波治理装置，凸显出了无源滤波装置无可比拟的优势。它是应用可关断电力电子器件，产生与负荷电流中谐波分量大小相等、相位相反的电流来抵消系统谐波的滤波装置，既实现了动态跟踪补偿，又可以补偿谐波和无功。
有源电力滤波器可广泛应用于工业、商业和机关团体的配电网中，如：电力系统、电解电镀企业、水处理设备、石化企业、大型商场及办公大楼、精密电子企业、机场港口的供电系统、医疗机构等。有源电力滤波器的广泛应用，将会有力地保障供电可靠性、降低干扰、提高产品质量、增长设备寿命以及减少设备损坏等。
随着有源电力滤波器的逐渐广泛使用，针对不同行业，能够快速进行上图、选型等就显得尤为重要。为了方便广大设计人员和用户的选型，本文特别针对有源电力滤波器的选型及上图方法等进行了着重介绍。
1、有源电力滤波器介绍
1.1 有源电力滤波器的工作原理
A-APF有源电力滤波器对负载电流i
L 进行实时检测，由谐波提取算法将i
L
中的谐波电流
成份i
Lh 分离出来后，进行取反，并控制电力电子器件动作产生谐波补偿电流i
C
，从而保证
公用电网流入的电流为纯正波形。如图1所示：
图1 APF原理图
1.2 有源电力滤波器的主要技术特点
●动态响应及时性（迅速）
瞬时响应时间＜100μs，完全响应时间＜7ms。无源电力滤波器由于采用接触器等投切，所以响应速度较慢，一般要几十毫秒。
●便捷及时的远程监控功能（灵活）
集中监控：通信接口采用RS232、RS485、CAN、以太网接口，通信协议采用Modbus或IEC60870-5-103；选配 GSM短信功能模块。
●补偿效果独立性（稳定）
A-APF的补偿效果与配电系统阻抗及系统结构无关。无源电力滤波器会因系统阻抗的变化而存在放大谐波等危险。
●完善的设备保护功能（安全）
具有过压、欠压、过温、过载、缺相、短路、抗干扰等软硬件保护功能，并能自动切除设备，确保设备自身及配电系统的用电安全。
●配套优质的零部件（优质）
关键元器件全部精选国际一流零部件，保证设备质量。
●丰富的并联扩容能力（可扩）
异容并联，数量不限，方便后期扩容改造。
●滤波效果（强效）
有源滤波响应负载变化，实现反灌电源的谐波＜7%。中性线最大滤波能力3倍于相线电流（适用于4L系列）。
●功率损耗小（高效）
满载时≤小于模块总容量的3%。
●运行噪声小（环保）
针对人居环境特别设计的设备满载运行噪声＜55dB，达到需要保持安静区域的噪声标准要求。
1.3 有源电力滤波器和无源电力滤波器的对比（如表1）
表1 有源、无源电力滤波器对比表
项目
名称
无源电力滤波器有源电力滤波器
工作原理无源滤波器由LC等被动元件组成，将
其设计为某频率下极低阻抗，对相应频
率谐波电流进行分流，其行为模式为提
供被动式谐波电流旁路通道。
有源滤波器由电力电子元件和DSP等
构成的电能变换设备，检测负载谐波电
流并主动提供对应的补偿电流，补偿后
的源电流几乎为纯正弦波，其行为模式
为主动式电流源输出。
谐波处理能力只能滤除固定次数的谐波动态滤除多次谐波
系统或回路阻抗变化之影响
系统阻抗变化时，存在谐波放大和系统
谐振等危险
不受影响
负载增加之影响可能超载而损坏
无损坏危险，能正常工作，仅滤波能力
不足而已
对负载变化响应速度较慢（接触器投切）快，<7ms
提供无功补偿容量有级差无级差
体积、重量大、重小、轻
适用范围
谐波成分及大小相对稳定，且谐波成分
较简单的场合谐波大小动态变化，谐波成分复杂的场合
维护成本高低
2、有源电力滤波器选型方法
2.1 选型依据
1)设计方案的选择
➢选用无源滤波器还是有源滤波器
➢采用集中补偿还是就地补偿
2)滤波器的额定电压等级与频率要与系统一致；
3) 确定滤波器系列
➢ 有中性线：选用3相4线系统，即4L 系列； ➢ 无中性线：选用3相3线系统，即3L 系列。 4) 确定滤波器容量
➢ 一般选取滤波器的额定补偿电流与负荷谐波电流大致相等； ➢ 滤波器的额定补偿电流大于负荷谐波电流滤波充分； ➢ 滤波器的额定补偿电流适当小于负荷谐波电流性价比高。
2.2 容量确定及规格选型
APF 规格选型的方法有两种：
1） 根据变压器总容量和补偿效果要求，确定治理对象所属行业，选择不同的补偿系 数，最终确定所需容量大小，简称“方法一”。
2） 根据不同类型的非线性负载的各自容量，按照其各自的谐波电流畸变率，确定各 自所需补偿电流的大小，最后叠加计算得出所需补偿的总电流，简称“方法二”。
方法一：根据变压器总容量，由下面的经验公式，确定所需补偿APF 容量 1α⋅=T H S I
H I ：谐波电流，单位 A
T S ：计算负荷额定容量，单位 KVA
1α：补偿系数，一般在 0.075～0.3之间
-----1α---- 根据不同应用场所的数值选取建议：
1. 无特殊干扰的一般项目，如写字楼、住宅楼等，补偿系数选 0.075～0.12。
2. 中等干扰的项目，如节能灯、电脑、复印机、打印机、空调相对集中的办公
楼、灯光照明比较多的体育场馆和舞台剧场、通信数据中心、银行数据中心、电视演播中心、一般工厂等，补偿系数选 0.12～0.225。
3. 强干扰的项目，如通讯基站、电弧炉、大型 UPS 设备、变频器、焊接机、
电镀设备、整流设备等工厂，补偿系数选 0.225～0.3。
4. 个别谐波环境特殊的行业，治理标准不同，上述经验公式可能无法直接使用，
可根据具体情况另行处理。
计算选型示例1：
