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有源电力滤波器
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产品名称:
有源电力滤波器
产品型号:
PYY-APF
产品厂商:
恒基电气
简单介绍
有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对谐波（大小和频率都变化）和动态无功进行实时补偿，用以克服传统LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。
并联型有源电力滤波器（简称APF：Active Power Filter）
有源电力滤波器的详细介绍
有源电力滤波器
1、PYY-APF有源滤波器原理概述
有源电力滤波器是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能对谐波（大小和频率都变化）和动态无功进行实时补偿，用以克服传统LC滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点。
并联型有源电力滤波器（简称APF：Active Power Filter）工作原理如图1所示。在控制过程中，通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经指令电流运
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图1 并联型有源电力滤波器原理说明图
算电路得出谐波补偿电流的指令信号，控制变流器产生所需要的谐波补偿电流。该谐波补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流大小相等而相位相反，可以相互抵消，*终获得期望的电源电流为一**的正弦波电流。其补偿谐波的等效电路图如图2所示：
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图2 APF谐波补偿等效电路
从图中可以得到，电网侧的谐波电流可以写为：
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图3所示为*基本的有源电力滤波器系统构成的原理图。图中，eS表示交流电源，负载为谐波源，它产生谐波并消耗无功。有源电力滤波器系统由两大部分组成，即指令电流运算电路和补偿电流发生电路。其中指令电流运算电路的核心是检测出补偿对象电流中的谐波和无功等电流分量，因此有时也称之为谐波和无功电流检测电路。补偿电流发生电路的作用是根据指令电流运算电路得出的补偿电流的指令信号，产生实际的补偿电流，它由电流跟踪控制电路、驱动电路和主电路三个部分构成。主电路目前均采用PWM变流器。
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图3 并联型电力有源滤波器系统构成
谐波和无功等电流分量的检测采用基于傅立叶变换的谐波电流的检测方法，该方法可以根据用户的对特定次谐波进行补偿的要求，只作相应次数的傅立叶变换，从而简化计算。根据正余弦项初始相位的不同，可得到基波无功和基波有功分量，如采样是与输入正弦信号同步，则基波余弦的傅立叶反变换项就对应于无功补偿电流。若要对谐波进行全补偿，可用电流信号减去基波分量得到谐波电流补偿指令；若要补偿谐波和无功，可用负载电流信号减去基波有功分量得到补偿电流指令。
2、POWER有源电力滤波器产品原理说明
POWER有源电力滤波器电路包括主电路和继电回路、驱动电路、电流跟踪电路和指令运算电路、显示和操作控制电路。各部分电路原理说明如下：
2．1主电路
主电路原理如图1所示，由断路器、PWM变流器、电解电容、滤波电容和进线电感组成：
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图1 主电路原理图
主电路采用采用三相全桥电压型PWM变流器：两组完全相同的PWM变流器公用一组直流滤波电容母线，通过进线电抗器直接并联在一起。变流器控制采用二重化方式，两个变流器的输出电流跟踪同一个补偿指令信号，每个变流器使用自身不同的三角载波调制PWM驱动信号，这两个载波信号在相位上相差180度（即载波移相控制），这样一方面通过双变流器实现了整个滤波器输出功率的提高，同时，提高了系统等效开关频率，进而提高了滤波器补偿效果，而在同样补偿效果情况下，功率器件IGBT的开关频率可以大为降低。同理，该方法可推广到多重化应用，根据功率等级需要可采用三重化、四重化电路结构。电解电容用来储存直流侧能量；滤波电容的作用的滤出直流侧的毛刺；进线电感的作用在于PWM变流器的输出电压和电网电压的差值作用其上产生补偿电流。
2．2继电回路
继电回路原理如图2所示，包括继电控制、电源系统和同步信号三部分。
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图2 继电回路原理图
电源系统主要是给控制系统供电，如图2所示，它由进线变压器、交流滤波器、开关电源、电源板和防雷元件组成。
变压器为400V/220V，用来把电网电压降压使用，防止开关电源在高压环境下不能正常使用，它的另外一个作用就是隔离电源系统与电网；
滤波器主要是滤除进线电压的谐波成分，使得开关电源更好的工作，并且能够改善电源部分的EMI；
开关电源和电源板用来提供控制系统所需要的直流电压，分别由独立的开关电源和电源板上的电源模块分别提供48V、±15V和±5V供电；
防雷元件用来防止雷击，增加了装置的**性。
继电控制回路由变压器主接触器、控制开关、控制继电器、显示灯、继电板组成：
系统设有两个变压器，一个用来给继电系统供电，另外一个给冷却系统供电：变压器1有两路输出分别给主电路交流接触器供电（220V）和控制开关供电（24V）
继电板的主要作用是控制开关与控制系统的联系，它用来传递启动、故障等信号。
2．3驱动电路
驱动电路由电源部分、驱动部分、保护部分组成，电源用来提供驱动模块正常工作时电源，驱动部分包括驱动模块和相关的外围电路，保护部分主要是检测PWM变流器的电流和温度信号，必要时停止PWM变流器。
2．4控制系统
控制系统结构如图4所示，由指令运算电路和电流跟踪电路组成。电流跟踪电路包括信号调理电路、三角波发生器、PWM信号生成电路、直流侧过压保护电路。
指令运算电路主要作用是对采样数据进行计算和分析，得出指令信号。它采用了双DSP 结构，一片采用TMS320C32（32 位浮点型），用于浮点计算和数据处理；另一片采用TMS320F240，用于数据采集和大量的逻辑操作和控制。两者通过一片16k×16bit 的双口RAM 进行数交换。C32运算能力强，但片内资源和I/O 接口较少，逻辑处理能力弱，而F240 正好相反，片内资源丰富，成本低，I/O 使用方便，但其16 位的定点内核对精度和速度有一定限制，因此两者的结合可充分发挥这两种芯片的优点。
控制系统控制策略如图5所示。
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图4 控制系统结构示意图
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图5 控制系统控制策略示意图
2．5显示和操作控制面板
设备采用中文液晶显控面板，可显示电网三相电压、滤波器输出三相电流（RMS）、输出电流波形；通过面板操作，可设置谐波补偿次数；对设备运行和故障状态可实时监测记录。
为了实现以上功能，显控面板由信号调理板、控制板、按键和液晶屏组成。
传感器或互感器采样来的电压、电流信号送到调理板上进行简单的滤波等处理，然后送至控制板；控制板将测量信号经过A/D转换，分析计算送至液晶屏显示，同时，控制板单片机与设备主控DSP系统进
2．6三相三线有源电力滤波器机柜外形图
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3、设计和制造适用标准
GB/T 14549-1993《电能质量：公用电网谐波》
GB/T 15576-1995《低压无功功率静态补偿装置总技术条件》
GB 7625.1-1998《低压电气电子产品发出的谐波电流限值》
Q/SP J001-2005《有源电力滤波器技术条件》
GB50227-92《电能质量 电压允许波动和闪变》
GB/T15945-1995《电能质量 电力系统频率允许误差》
GB12325-90《电能质量 供电电压允许误差》
GB/T12326-2000《电压波动和闪变》
GB/T15543-1995《三相电压允许不平衡度》
GB/T18481-2001《暂时过电压和瞬态过电压》
GB50229-92《并联电容器装置设计规范》
SDJ25-85《并联电容器装置设计技术规定》
GB11032-89《交流无间隙金属氧化物避雷器》
GBJ232-82《电气装置安装工程施工及验收规范》
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