APF产品选型指南文章

Improve power Quality, create green Energy 改善电能质量 共创绿色能源有源电力滤波器选型指南晏祥彪，孟庆振，刘淮涛（南京亚派科技实业有限公司，江苏省 南京市）摘要：本文主要介绍了南京亚派科技实业有限公司的有源电力滤波器特点，以及在不同行业内如何进行选型，在设计院如何进行上图等内容。关键词：有源电力滤波器；选型；上图符号0 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。但电力电子装置自身所具有的非线性也使得电网的电压和电流发生畸变，这些高度非线性设备数量和额定容量的日益增大使得电力系统谐波污染问题日益严重，已成为了影响电能质量的公害，对电力系统的安全、经济运行造成极大的影响；而另一方面供电方及其电力系统设备、用户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。它是利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。有源电力滤波器的应用，将会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。 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、选型等就显得日益重要。为了方便广大设计人员或者用户选型，本文对有源电力滤波器的选型方法以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iL进行实时检测，由谐波提取算法将iL中的谐波电流成份iLh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iC，这样就可以保证公用电网流入的电流为纯正波形。如图所示： 图1 APF原理图1.2 有源电力滤波器的主要技术特点 l 动态响应及时性（迅速）瞬时响应时间100s，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。l 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。l 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。l 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。l 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。l 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。l 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）。l 功率损耗小（高效）满载时小于模块总容量的3%。l 运行噪声小（环保）设备满载运行噪声55dB（距离设备一米处），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：谐波电流，单位 A ：计算负荷额定容量，单位 KVA ：补偿系数，一般在 0.0750.3之间 - 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 0.0750.12。 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 0.120.225。 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 0.2250.3。 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： 某高档写字楼，负荷计算容量为 1250KVA。负荷补偿系数按写字楼可近似选取 0.08；因此：参照APF型号系列表，可选择 A-APF/4L-100A 有源电力滤波器。 方法二：根据负载类型确定APF规格。 电气设备中常见非线性负载谐波含量如表1所示：表1 谐波含量表负载类型典型谐波含量（%）负载类型典型谐波含量（%）变频器3350客户电梯1530中频感应加热电源3035六脉冲整流器2838LED灯1520十二脉冲整流器1012节能灯1530电焊机2558电子镇流器1518变频空调634开关电源2030UPS1025计算选型示例2： 某系统主要负荷为非线性负载变频器和LED灯，其工作电流分别都为70A。则：变频器的谐波电流=70A40%=28A； LED灯的谐波电流=70A20%=14A；负荷总谐波电流=28A+14A=42A。 参照APF型号系列表，可选择 A-APF/4L-50A 有源电力滤波器。3 有源电力滤波器选型参照表为了方便进行快速选型，首先将行业进行分类，各行业所属类别如表2所示。表2 行业分类 行业、场合所属类别行业、场合所属类别行业、场合所属类别LED屏II煤矿III医院办公类I办公楼I汽车充电站III银行证券I玻璃厂III汽车制造III印刷III大型超市II商业广场II影院II电镀厂III石油化工III娱乐场所II电视演播中心II食品加工III造纸III电子加工III塑料加工III展览中心II发电厂III隧道类照明II住宅楼I纺织III体育馆II风电厂III图书馆II钢铁III污水处理III港口III舞台剧场II轨道交通III写字楼I焊接III学校I机械加工III烟草III交通类照明II药业III酒店I冶金III雷达基站III医技楼II根据行业所属类别及变压器容量即可参照表3进行选型。表3 选型表变压器容量（kVA）IIIIII有源电力滤波器型号数量有源电力滤波器型号数量有源电力滤波器型号数量200A-APF/4L-30A1台A-APF/4L-50A1台A-APF/3L-50A1台250A-APF/4L-30A1台A-APF/4L-50A1台A-APF/3L-50A1台315A-APF/4L-50A1台A-APF/4L-70A1台A-APF/3L-70A1台400A-APF/4L-50A1台A-APF/4L-70A1台A-APF/3L-100A1台500A-APF/4L-70A1台A-APF/4L-100A1台A-APF/3L-120A1台630A-APF/4L-100A1台A-APF/4L-120A1台A-APF/3L-150A1台800A-APF/4L-100A1台A-APF/4L-150A1台A-APF/3L-200A1台1000A-APF/4L-120A1台A-APF/4L-200A1台A-APF/3L-100A1台A-APF/3L-150A1台1250A-APF/4L-150A1台A-APF/4L-100A1台A-APF/3L-300A1台A-APF/4L-150A1台1600A-APF/4L-200A1台A-APF/4L-300A1台A-APF/3L-200A2台2000A-APF/4L-200A1台A-APF/4L-200A2台A-APF/3L-200A1台A-APF/3L-300A1台2500A-APF/4L-300A1台A-APF/4L-200A1台A-APF/3L-300A2台A-APF/4L-300A1台4 有源电力滤波器上图指南4.1 有源电力滤波器上图符号有源电力滤波器上图符号如下图a、b所示。 4.2 APF上图示例图c APF上图示意图图c所示为某医院的有源电力滤波器上图项目示意，该项目设计的有源电力滤波器容量为50A。5 总结本文着重介绍了APF的选型方法，且给出了快速选型的参照表。经过许多实际工程案例证明，该选型方法及选型速查表是可行的，具有实际应用价值。参考文献1 彭海燕，王宏.有源电力滤波器的原理介绍及应用.华北电力技术，2010年No.1 35372 GB/T14549-1993.电能质量 公用电网谐波3 孙树勤，林海雪.干扰性负荷的供电.中国电力出版社，19964 Sasaki H, Machida T. 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