圖1  ANAPF有源電力濾波裝置的工作原理圖

3.2　ANAPF有源電力濾波裝置的技術(shù)參數(shù)

3.3　ANAPF有源電力濾波裝置的功能模塊
- 控制器模塊APFMC-C100
        主要由：DSP（數(shù)字信號處理器）、FPGA邏輯器件、AD信號采樣電路、DI/DO輸入輸出控制電路、PWM波形控制電路、RS485通訊電路等組成，主要用來完成電壓、電流等信號的采集和處理、指令電流的計算、開關(guān)電路的生成、PWM信號的輸出、系統(tǒng)對外通訊與系統(tǒng)保護等功能?？刂葡到y(tǒng)是有源濾波器的核心，它決定了有源電力濾波器系統(tǒng)的主要性能和指標(biāo)。
- 變流器模塊APFCOV
        其核心是儲能電容和IGBT模塊。變流器的作用主要是將電網(wǎng)的電壓經(jīng)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(wěn)定的值，在這個過程中變流器主要工作在整流狀態(tài)，當(dāng)主電路產(chǎn)生補償電流時，變流器又工作在逆變狀態(tài)?？紤]到產(chǎn)品是在電網(wǎng)中長時間運行的，因此直流支撐電容采用薄膜電容，功率模塊采用德國原裝產(chǎn)品，以確保整機質(zhì)量。變流器的選擇根據(jù)補償電流的大小而有所不同。
- 電抗器模塊APF-RE.DG、APF-RE.SDG
         APF電抗器起濾波作用，濾除APF發(fā)出的電網(wǎng)不需要的諧波。電抗器可分為單相和三相，電流從15A到200A等多種規(guī)格。
- 人機操作界面APF-HMI
        APF柜在工作時，系統(tǒng)可以監(jiān)測其網(wǎng)側(cè)電流、APF橋臂電流以及負載側(cè)電流，用戶可以通過HMI來對APF的運行模式進行設(shè)置，對于運行中出現(xiàn)的問題，可以產(chǎn)生對應(yīng)的事件記錄。HMI就是我司針對電力系統(tǒng)，工礦企業(yè)，公用設(shè)施,智能大廈的電力監(jiān)控需求而設(shè)計的一種智能儀表，它采用高亮度TFT-LCD彩屏顯示界面，通過面板按鍵來實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和控制，集成全部電力參數(shù)的測量、全面的電能計量和考核管理、多種電力質(zhì)量參數(shù)的分析。
- 配套的電流采樣互感器AKH-0.66-K

3.4　技術(shù)優(yōu)勢
- DSP+FPGA全數(shù)字控制方式，具有極快的響應(yīng)時間；
- 先進的主電路拓撲和控制算法，精度更高、運行更穩(wěn)定；
- 一機多能，既可補諧波，又可兼補無功；
- 模塊化設(shè)計，便于生產(chǎn)調(diào)試
- 便利的并聯(lián)設(shè)計，方便擴容；
- 具有完善的橋臂過流、保護功能；
- 使用方便，易于操作和維護。

3.5　有源濾波器報價及元件清單

        有源電力濾波器可廣泛應(yīng)用于工業(yè)、商業(yè)和機關(guān)團體的配電網(wǎng)中，如：電力系統(tǒng)、電解電鍍企業(yè)、水處理設(shè)備、石化企業(yè)、大型商場及辦公大樓、精密電子企業(yè)、機場/港口的供電系統(tǒng)、醫(yī)療機構(gòu)等。根據(jù)應(yīng)用對象不同，ANAPF系列有源電力濾波裝置的應(yīng)用將起到保障供電可靠性、降低干擾、提高產(chǎn)品質(zhì)量、增長設(shè)備壽命減少設(shè)備損壞等作用。

4.1　主要應(yīng)用范圍及場合
1）機場：主控室、計算機房、廣播系統(tǒng)、EIB燈光調(diào)光系統(tǒng)等。
2）醫(yī)院：ICU（重癥監(jiān)護室）、MRI（磁共振成像）、手術(shù)室、醫(yī)學(xué)成像室、放療科等。
3）劇場、體育館：解決由于諧波造成的EIB調(diào)光設(shè)備及其它控制設(shè)備的損壞。
4）學(xué)校：精密實驗室、機房、網(wǎng)絡(luò)中心等。
5）研究所：精密儀器、機房、高精密設(shè)備集中區(qū)域等。
6）大型商場：解決由于節(jié)能燈大量應(yīng)用造成的諧波問題。
7）銀行：計算機中心、營業(yè)部計算機、安防系統(tǒng)等。
8）稅務(wù)、工商：大型計算機中心等。
9）電信機房：移動基站
10）工廠：生產(chǎn)線的PLC、計算機控制設(shè)備、高精度機床、PCS系統(tǒng)、計量/稱重系統(tǒng)等。
11）電視臺：圖像設(shè)備、調(diào)光設(shè)備、計算機等。

4.2　ANAPF有源電力濾波裝置應(yīng)用實例
- 項目背景
         某企業(yè)是一家單晶硅制造企業(yè)。單晶硅建設(shè)項目具有巨大的市場和廣闊的發(fā)展空間。近年來，各種晶體材料，特別是以單晶硅為代表的高科技附加值材料及其相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成為當(dāng)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支柱，并使信息產(chǎn)業(yè)成為全球經(jīng)濟發(fā)展中增長最快的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。其生產(chǎn)工藝多分熔融加熱或直流加熱，由于采用半導(dǎo)體可控整流方式，本身工作過程中會產(chǎn)生非常大量的電流諧波，對電網(wǎng)造成諧波污染，這些諧波使得精密儀器精度失準(zhǔn)甚至誤動作，破壞了系統(tǒng)的無功補償，造成系統(tǒng)供電損耗的增加及損壞補償電容器等，對于單晶硅復(fù)雜的生長過程以及后期的精密加工流程都造成非常大的影響，因此電網(wǎng)的品質(zhì)間接決定著單晶硅成品材料的品質(zhì)，幾乎所有的單晶硅制造生產(chǎn)線都面臨諧波問題

- 治理方案
        針對電能質(zhì)量狀況，上海安科瑞電氣股份有限公司提出了諧波治理的解決方案，并最終確定在3#變壓器下進行試點，采用ANAPF有源電力濾波裝置，自動跟蹤治理負載產(chǎn)生的諧波電流，保證整個系統(tǒng)安全可靠運行。

以下是ANAPF有源濾波器投入前后的現(xiàn)場對比數(shù)據(jù)：
1）三相電壓波形前后對比，見圖2、圖3。
2）三相電壓諧波含量前后對比，見圖4、圖5。
3）三相電流波形前后對比，見圖6、圖7。
4）三相電流諧波含量前后對比，見圖8、圖9

 圖2 有源濾波器投入前相電壓波形                     圖3 有源濾波器投入后相電壓波   

圖4 有源濾波器投入前相電壓諧波含量           圖5 有源濾波器投入后相電壓諧波含量

圖6 有源濾波器投入前相電流波形                      圖7 有源濾波器投入后相電流波形

圖8 有源濾波器投入前相電流諧波含量             圖9 有源濾波器投入后相電流諧波含量

        從現(xiàn)場測試的有源濾波器投入前后的數(shù)據(jù)可以看出，有源濾波器投入運行后，電壓和電流諧波明顯降低，電壓諧波由原來的4.7%降到2.4%，電流諧波由原來的18.4%降到5.0%，諧波電流有效值從273A下降到63A，三相電壓和三相電流波形均得到明顯改善，從根本上消除了諧波的影響，保障了單晶硅生產(chǎn)的質(zhì)量，該企業(yè)決定在后期改建工程中全部采用ANAPF有源濾波器。

5、結(jié)束語
        諧波治理是電能質(zhì)量問題的核心內(nèi)容之一，也是現(xiàn)代電力生產(chǎn)發(fā)展的迫切需要。有源電力濾波器經(jīng)過二、三十年的發(fā)展已成為補償電力系統(tǒng)諧波及無功功率的重要裝置[ 4 – 5 ]。目前在實際應(yīng)用中，并聯(lián)型APF是比較成熟的拓撲結(jié)構(gòu)，是優(yōu)選的方案；串聯(lián)型APF電路在工作時需流過全部的正常負載電流，損耗比較大，而且投切、故障后退出及各種保護電路也比較復(fù)雜；串、并聯(lián)型APF當(dāng)前的主要問題是控制復(fù)雜，造價高。

        從近年來的研究和應(yīng)用中可以看出，APF具有如下的發(fā)展趨勢：
(1)通過采用PWM調(diào)制和提高開關(guān)器件等效開關(guān)頻率的多重化技術(shù)，實現(xiàn)對高次諧波的有效補償；
(2)采用APF和PF組成的混合型濾波系統(tǒng)，以減少APF的容量，降低成本，提高效率；
(3)隨著半導(dǎo)體器件制造水平的迅速發(fā)展，混合型濾波系統(tǒng)低成本的優(yōu)勢將逐漸消失，而并聯(lián)APF由于其功能強大、性價比高，將是很有發(fā)展前途的有源濾波裝置；
(4)隨著電力電子器件耐壓水平的提高和對電能質(zhì)量的日益重視，APF也將在工業(yè)系統(tǒng)的高壓領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，電能質(zhì)量的要求將不斷提高，利用APF進行電能質(zhì)量治理有著巨大的市場潛力。特別是在補償諧波、無功功率，以及中線電流、不平衡電流等方面，有源濾波技術(shù)必將擁有更加廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻
[1]王兆安,楊軍,劉建軍. 諧波抑制和無功功率補償[M ]. 機械工業(yè)出版社, 1993.
[2]電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB /T14549 - 93 [ S]. 1993.
[3]電力工業(yè)部,供電營業(yè)規(guī)則[ S]. 1996.
[4]尹宏程,賀彪. 混合有源電力濾波器分析及應(yīng)用探討[J]. 集成電路通訊, 2007, 25(1)：16-19.
[5]胡學(xué)芝,皮大能. 有源電力濾波器及其應(yīng)用技術(shù)綜述[J]. 船電技術(shù), 2005, (1)：39-42.

作者簡介：

吳海英，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網(wǎng)供配電。Email: acrelwhy@163.com手機：15000539641 QQ:2880157856 

《ANAPF有源電力濾波裝置設(shè)計與應(yīng)用圖集》（圖集號：ACR13CDX701）由安科瑞電氣股份有限公司主編，本圖集結(jié)合ANAPF有源電力濾波裝置產(chǎn)品的特點，依據(jù)電氣設(shè)計規(guī)范，研究消除供配電系統(tǒng)中的高次諧波問題，達到改善供電質(zhì)量和確保電力系統(tǒng)安全運行的目的。圖集適用于新建、改建、擴建和技改項目中工業(yè)與民用及公共建筑內(nèi)電氣設(shè)備的諧波抑制及綜合治理的設(shè)計與改造。凡需要圖集的請?zhí)峁┵F單位名稱、部門、地址、郵編、聯(lián)系人、聯(lián)系電話、郵箱等信息，傳真:021-69155331、郵件：acrelwhy@163.com或QQ:2880157856至安科瑞吳海英工程師收，安科瑞電氣免費贈送。