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杰棱有源滤波器介绍

1  APF简介

杰棱电力竭诚为用户解决电能质量问题，有源滤波器具备前所未有的滤波能力，能同时滤除2-50次谐波，滤波能力可高达97%以上，对阶跃变化的谐波完全补偿时间小于10ms。APF可多台同时并联运行，完全适用于工业、民用领域各种情况，是非线性负载谐波治理的最佳解决方案。

1.1 APF工作原理

 

图2-1  APF工作原理图

1.1.1 APF功能原理

◆滤波原理

APF通过外部电流互感器实时采集电流信号，通过内部检测电路分离出其中的谐波部分，通过IGBT功率变换器产生与系统中的谐波大小相等相位相反的补偿电流，实现滤除谐波的功能。

APF输出补偿电流根据系统的谐波量动态准确变化，因此不会出现过补偿的问题。另外，APF内部有过载保护功能，当系统的谐波量大于滤波器容量时，装置可以自动限制在100%额定容量输出，不会发生过载。

◆无功补偿原理

用户可以通过参数设置，使APF在滤除谐波的同时进行动态无功补偿。

APF根据系统的无功功率，通过IGBT功率变换器产生容性或感性的基波电流，实现动态无功补偿的目的，补偿目标值可以通过操作面板设定，不会出现过补偿，并且补偿平滑，不会产生对负载和电网的涌流冲击。

1.1.2 APF内部控制原理

图2-2 APF内部控制原理图

如图2-2所示，隔离开关合闸后，为防止上电后电网对直流母线电容器的瞬间冲击，APF首先通过软起电阻对直流母线的电容器充电，这个过程会持续几十秒。当母线电压Udc达到预定值后，主接触器闭合。直流电容作为储能器件，通过IGBT逆变器和内部电抗器向外输出补偿电流提供能量。APF通过外部CT实时采集电流信号送至信号调理电路，然后再送至FPGA控制器。控制器将基波成分分离，提取出所有的谐波，将采集到的谐波成分和APF已发出的补偿电流比较得到差值作为实时补偿信号输出到驱动电路，触发IGBT变换器将补偿谐波电流注入到电网中，实现滤除谐波的功能。

1.2 APF的动态与稳态特性

APF特别值得一提的是其优越的动态、稳态特性。下图显示了APF在负载发生变化时的动态特性与满载时的稳态特性。

负载突变时的动态特性：响应时间<10ms	满载时的稳态特性：THDi从>70%补偿到<3%
CH1：市电电压;CH2：市电电流;CH3：负荷电流;CH4：装置电流

 

1.3 APF产品特性

1.   可同时滤除2~50的滤波

2.   响应时间小于0.1ms,对阶跃变化的谐波完全补偿时间小于10ms

3.   采用高清晰，5.7英寸中文彩色触摸屏

4.   有消除三相不平衡的功能

5.   具有自动限流功能，不会发生过载

6.   可进行待机功能管理

7.   可以只滤波，或同时滤波和补偿无功，并可设置功能的优先次序

8.   输出滤波采用LCL滤波结构，不仅使APF补偿时IGBT高频开关产生的高次谐波不会注入电网，补偿效果更好，而且适应于任何现场电网系统阻抗，不会发生谐振，保证装置安全。

9.   采用Xilinx公司的Spartan3adsp FPGA进行集中控制。FPGA时钟频率最高可到200MHz，内部有84个硬件DSP单元，DSP并行运行，运算速率远高于单个DSP控制方式，且通信延迟小，响应速度更快，便于采用更先进的控制算法，使APF达到更加卓越的滤波补偿效果。

10.APF可以实现8台装置并联且只使用一个FPGA集中控制,克服了多个控制器之间通信存在延迟以及可能受到干扰的缺点，增强了APF的补偿性能，提高了系统的可靠性。

11.APF采用闭环控制策略，并结合独创的自适应电流平均值控制算法。由于电流平均值控制的开关频率是恒定的，因此克服了传统的滞环电流控制由于开关频率变化所带来的输出频谱范围宽、滤波较困难、高频谐波会干扰电网等缺点，使APF达到了卓越的滤波性能。

12.设计选型简单，不需要进行详细的电网分析，只需要测量谐波电流的大小。

13.     实施故障记录和事件记录，并可查询历史记录。