APF 有源电力滤波器原理

关于谐波

谐波源负载分类 1) 具有强烈非线性特性的电弧为工作介质的设备 :

如气体放电灯、交流弧焊机、炼钢电弧炉等

2) 包括如下电力电子器件 ( 非线性器件 ) :

变频驱动装置

电解 / 电镀用整流装置

直流驱动用整流装置，包括医疗电子设备

整流逆变电源 : UPS ， EPS ，直流屏等

电力电子调压调功装置 : 调光系统，电加热装置

开关电源装置 : 电脑与数字通讯设备

中频感应炉整流系统

焊接设备整流系统

中频电源整流系统

3) 具有铁磁饱和特性的铁芯设备

变压器电机

关于谐波

谐波含量分析三相全控桥整流焊机

谐波频谱： 6K±1 ， K=1 ， 2 ， 3 ，。。。

大功率 UPS 电源

谐波频谱： 3 ， 5 ， 7 ， 9 ， 11 ，。。。。（单相整流设备）； 6K±1 ， K=1 ， 2 ， 3 ，。。。（三相 6 脉动整流）；

变频驱动设备

谐波频谱： 6K±1 ， K=1 ， 2 ， 3 ，。。。（适用于 6 脉动变频）；

电子照明器具

分相调光系统谐波频谱： 3 ， 5 ， 7 ， 9 ， 11 ，。。。；

大功率整流电源

谐波频谱： 3 ， 5 ， 7 ， 9 ， 11 ，。。。。（单相整流设备）； 6K±1 ， K=1 ， 2 ， 3 ，。。。（三相 6 脉动整流）； 12K±1 ， K=1 ， 2 ， 3 ，。。。（三相 12 脉动整流）；

中频电源装置

谐波频谱： 6K±1 ， K=1 ， 2 ， 3 ，。。。

关于谐波

谐波电流传输方向及其影响供电部门罚款电源供电能力降低

功率因数过低线路过载、跳闸

谐波电流过大

电子设备

谐波电压谐波电压

PC

M

电容

TV 显示屏

elec

阻抗

谐波的危害

谐波源谐波源

关于谐波

谐波对能耗的影响谐波使配电系统功率因数过低 \ 难以提升 \

电能利用率低

谐波存在时，系统有效功率因数变为：PF=COSΦ/(1+THDI2)1/2 ，从公式中可以看出：即使在负载功率因数为 0.95 的情况下，如果有谐波存在，有效的功率因数就会降低。假设谐波电流总畸变率为：THDI=40% ，有效功率因数就变为：PF=0.95/(1+0.42)1/2=0.882 。电能源的利用率为： 0.882 ／ 0.95 = 92.84% ，谐波引起的直接电能浪费为 1-

92.84%=7.16% 。

工程案例

宝山罗泾码头变频供电系统简图

一般的，变频驱动控制器会产生 5 、 7 、 11 、 13 、 17 、 19 等 6n±1 次谐波。

宝山罗泾码头变频动力系统的谐波成份

波头是平的，说明谐波丰富功率因数低

工程案例


电流 THD 达到 50% ，电压 THD 达到7% 以上

工程案例


工程案例

谐波治理方案选择谐波治理方案选择

无源滤波器的等效原理


无源滤波与有源滤波技术比较

LCLC 无源滤波无源滤波器器

• 传统的 L-C 谐振技术：采用电容和电抗组成某次谐波低通回路，减弱谐波电流对其他设备的危害。

• 现代的数字信号采集、处理技术和先进的 IGBT 转换技术：主动注入反相谐波电流。

有源滤波器有源滤波器


有源滤波和无源滤波滤波范围比较

5 7 11


• 每一次谐波成分需要一个滤波回路，滤除次数非常有限。

• 单机可滤除 2-21 次全频谱谐波电流


APFAPF


谐振隐患比较

电容器的运行电流增大温升增高、压力增大与系统产生并联谐振与系统产生串联谐振易于放大系统谐波含量，扩大谐

波危害

无谐振隐患




过载能力比较

可发生过载损坏系统谐波电流超过 APF 容量后，滤波器保持满负荷输出，但不会发生过载损坏。




动态响应速度和适应性比较

• 有较大级差；

• 响应速度慢，如采用晶闸管，投切速度最小仅达到 40 毫秒。

• 无负载变化级差；

• 快速跟随变化 ,响应时间最小可达 1毫秒。



• 系统简单、稳定、负载变化不大的谐波源负载

• 系统复杂、负载变化频繁、负载种类多样化的谐波源负载系统

有源滤波器能帮助我们安全无忧的解决谐波问题

APF有源滤波器


有源滤波的系统连接方式


设计参考标准1. GB/T 14549—93 电能质量公用电网谐波；

2. GB/T 12325-2003 电能质量供电电压允许偏差；

3. GB/T 17625.1-2003 电磁兼容限值谐波电流发射限值( 设备每相输入电流≤ 16A) ；

4. GB/T 15945-1995 电能质量电力系统频率允许偏差；

5. GB 17625.1-1998 低压电气及电子设备发出的谐波电流限制（设备每相输入电流≤ 16A) ；



当前样柜结构外观结构要求：

1.外形尺寸：800*600*1800 。

2. 立柜式安装，底部进线。

APF柜体整体外观

补偿系统主电路分析

ISa

ISb

ISc

ILa

ILb

ILc

IBa IBb IBc

非线

性负

载

Eab三

相三

线电

网 Ebc

网侧线电压：

P

N

UanUbn

Ucn

网侧线电流：

负载侧线电流：

补偿电流：

Eab,Ebc

ISa,ISb,ISc

IBa,IBb,IBc

ILa,ILb,ILc

Udc

APF

L

根据基尔霍夫电流定律： ISx = ILx – IBx

负载侧电流成份分析

基波分量用户

负载侧电流谐波分量〓 ﹢

负载侧电流成份分析

电网侧基波电流

电网侧谐波电流电网侧无功电流

桥臂电流 2

桥臂基波电流

负载侧电流＝网侧电流＋桥臂电流

APF有源滤波系统实现框图

APF有源滤波器实现功能

完美的电能质量完美的电能质量完美的电能质量完美的电能质量

并联型 APF 有源滤波器

APF有源滤波器实现功能

1

谐波治理：

治理负载电流畸变

2

无功补偿：

补偿基波正序无功分量

3

三相电流不平衡：

补偿基波负序分量补偿零序分量

并联型 APF 有源电力滤波器的实现方法

实验前数据和波形（补谐波）

补偿前电流 THD 补偿后电流 THD

补偿前后电流波形和谐波指令电流波形

实验数据和波形（补无功）

补偿无功本样机采用的 ip_iq 谐波检测算法还具有检测基波正序无功分量的功能，下图是样机投入前后的电流矢量图

实验数据和波形（补不平衡）

样机可使负序电流的不平衡度由 29% 降至补偿后的2% 以下。补偿前后的不平衡电流矢量图如下图所示

欢迎参观产品样机

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APF 有源电力滤波器原理