有源電力濾波器

1.1 概述
      電力系統中理想的電壓、電流波形都是頻率為50Hz 的正弦波，但是非線性電力設備（如：大功率可控硅、變頻器、UPS、開關電源、中頻爐、節能燈等）的廣泛應用產生了大量畸變的諧波電流，諧波電流耦合在線路上產生諧波電壓。對非正弦的畸變電流作傅立葉級數分解，其中頻率與工頻相同的分量為基波，頻率是基波頻率整數倍的分量為諧波。這類諧波“污染”會對電網和用戶產生很大危害，所以稱諧波治理是一項“綠色工程”!
      由于電力電子技術的發展，有源電力濾波器（APF）開始規模化應用，相對于傳統的諧波抑制和無功補償裝置，APF 響應速度快、實時跟蹤補償各次諧波，具有補償諧波、無功補償和平衡三相電流的功能，同時，APF 還具有不受系統阻抗影響、無諧振隱患、補償效率高等優勢，在各行各業的供電系統中已經得到廣泛應用。產品符合企業標準Q31/0114000129C033-2017《ANAPF 有源電力濾波器》的規定。
1.2 ANAPF 的基本原理
      ANAPF 系列有源電力濾波器并聯在含諧波負載的低壓配電系統中，能夠對動態變化的諧波電流進行快速實時的跟蹤和補償。其原理為：ANAPF 系列有源電力濾波器通過CT 采集系統諧波電流，經控制器快速計算并提取各次諧波電流的含量，產生諧波電流指令，通過功率執行器件產生與諧波電流幅值相等方向相反的補償電流，并注入電力系統中，從而抵消非線性負載所產生的諧波電流。

圖1-1 ANAPF 有源電力濾波器原理圖

1.3 ANAPF 參照標準
GB/T14549-1993 《電能質量：公用電網諧波》
GB/T15543-2008 《電能質量：三相電壓不平衡》
GB/T12325-2008 《電能質量：供電電壓偏差》
GB/T12326-2008 《電能質量：電壓波動和閃變》
GB/T18481-2001 《電能質量：暫時過電壓和瞬態過電壓》
GB/T15945-2008 《電能質量：電力系統頻率偏差》
GB17625.1-2012 《電磁兼容限值諧波電流發射限值（設備每相輸入電流≤16A）》
GB/T15576-2008 《低壓成套無功功率補償裝置》
JB/T11067-2011 《低壓有源電力濾波裝置》

1.4 ANAPF 系統的構成
      圖1-2 為ANAPF 的系統原理圖。圖中電流源是電力系統交流電壓，非線性負載為諧波源，工作時產生諧波和無功電流。ANAPF 主要由負載電流檢測、指令電流計算、橋臂電流輸出控制、驅動電路以及主電路組成。通過檢測負載電流中的諧波電流成分來得出實際補償需要的指令電流。IGBT 驅動電路以及主電路為補償電流發生電路，它的主要作用是根據指令運算電路得出的諧波電流補償信號，產生實際的補償電流。主電路主要由電壓型PWM 變流器，以及與其相連的電感和直流側支撐電容（DC-Link）組成。

      ANAPF 不僅可濾除諧波電流，還可適當補償無功，平衡三相系統的電流。

圖1-2 ANAPF 系統原理圖

1.5 ANAPF 性能
1.5.1 技術參數
ANAPF 技術參數如表1-1 所示。

1.5.2 保護功能
a) 輸出超限保護
    當諧波負載容量超出ANAPF 補償能力時，ANAPF 按*大能力輸出（即限流輸出），能**避免由于負載容量過大而引起ANAPF 線路燒毀的情況；
b) 過溫度保護
    ANAPF 內部功率半導體部分溫度超過85±2℃時，ANAPF 會自動切斷主回路，且顯示屏HMI 上產生相應的故障記錄；
c) 直流母線過壓保護
    直流母線電壓超過設定值時，ANAPF 會自動關閉，且顯示屏HMI 上產生相應的故障記錄；
d) 輸入電壓欠壓、過壓保護
    當輸入電壓高于或低于額定電壓的±10%時，ANAPF 會自動關閉，且顯示屏HMI 上產生相應的故障記錄。

1.6. ANAPF 的電路結構
      ANAPF 電路結構主要由主電路、邏輯控制電路、驅動電路和電流采樣電路等組成。
1.6.1 主電路
ANAPF 主電路如圖1-3 所示。

圖1-3 主電路圖

      主電路由斷路器(QF)、交流接觸器(KM)、限流電阻(R)、輸出電抗(L1、L2)、RCL 濾波支路、IGBT 變流模塊、膜電容組成。
      主電路采用三相全橋電壓型PWM 變流器，變流器的作用主要是將電網的電壓經IGBT 功率模塊整流后為儲能電容充電，使母線電壓維持在某個穩定值，在這個過程中變流器主要工作在整流狀態；當主電路產生補償電流時，變流器又工作在逆變狀態。
      電容用來儲存直流側能量；輸出電抗的作用：補償電流通過電抗向系統注入或吸收電流。
1.6.2 邏輯控制電路
邏輯控制回路包括繼電控制、電源系統和PWM 脈沖輸出三部分：

• 繼電控制系統主要由斷路器、接觸器、中間繼電器、控制按鈕、指示燈等組成；
• 電源系統主要是給控制部分、輔助邏輯部分以及冷卻系統供電，它由進線變壓器、交流濾波器、開關電源等組成；
• PWM 脈沖輸出部分是控制IGBT 的通斷，從而實現電流的跟蹤控制。

1.6.3 驅動電路
驅動電路由電源部分、驅動部分和保護部分組成：

• 電源部分為驅動模塊的正常工作提供電源；
• 驅動部分包括驅動模塊和相關的外圍電路；
• 保護部分主要是檢測PWM 變流器的電流和溫度信號，必要時停止PWM 變流器。

1.6.4 電流采樣電路
      電流采樣電路主要包括輸出電流采樣電路和負載電流采樣電路（或電網電流采樣電路）；通過采樣到的負載電流（或電網電流）計算出其中的諧波電流，將這個諧波電流反相，就得到指令電流，通過指令電流和輸出電流的差值控制PWM 脈沖輸出，驅動IGBT 功率模塊輸出反相的諧波電流，與電網中的諧波電流相抵消，從而達到濾除諧波的目的。
1.7 人機界面
      液晶顯示屏的作用是檢測、控制ANAPF 的當前運行狀態以及記錄相關運行數據，便于用戶實際操作。顯示內容如表1-2 所示：

具體操作步驟及方法詳見第三章節。

1.8 型號說明

1.9 柜子外形尺寸
1.9.1 立柜式ANAPF

1.9.2 模塊化ANAPF

1.10 治理方式
1.10.1 集中治理

      集中治理適用于單臺設備諧波含量小，但數量龐大、布局分散的場合，比如辦公大樓(個人電腦、節能燈、變頻空調、電梯等)，雖然單臺設備的電流小，諧波含量低，但整棟大樓的總電流大，總諧波電流也大。
1.10.2 局部治理

      局部治理適用于諧波源集中在某一條或幾條饋出支路的配電系統，比如醫院的精密儀器、UPS 電源等，雖然單臺設備的電流小，諧波含量低，但為防止其他設備產生的諧波對其干擾，采用局部諧波治理。
1.10.3 局部治理

      就地治理適用于諧波源比較明確且單臺設備諧波含量較大的配電系統，比如大型商業區的景觀照明、影劇院的可控硅調光設備、工業區的變頻器調速設備等，單臺設備電流大、諧波含量高、諧波電流大，為防止諧波電流影響其他用電設備，采用就地治理。