APF 有源电力滤波器

2013 年 01 月 10 日

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谐波国家标准 [GB/T 14549]

公用电网谐波电压（电压）公用电网谐波电压（电压）

电网标称 电压 KV

电压总谐波 畸变率 %

各次谐波电压含有率： %

奇次 偶次

0.38 5.0 4.0 2.0

6 4.0 3.2 1.6

10

35 3.0 2.4 1.2

66

110 2.0 1.6 0.8

关于谐波

谐波源负载分类名 称 所属行业

变频装置商业、市政、民

用、公用事业、工矿

企业等

UPS 、开关电源、逆变电源 公用事业、商业、电子、通讯等

地铁、轻轨、充电站（桩） 交通单（多）晶硅生产设备、中频

炉 制造业电弧炉、交流弧焊机、感应加

热装置机械、能源、化

工

关于谐波

典型电流波形谐波源设备 交流调压器 六脉冲变流器 十二脉冲变流器

电流波形

总谐波畸变率 触发角决定 28% 15%

关于谐波

主要行业主要行业谐波电流畸变数据 行业类型 推荐

THDi谐波源负载

办公楼宇 15%计算机设备、中央空调、各类节能灯、办公类用电设备、大型电梯

医疗行业 20%重要医技设备、核磁共振设备、加速器、 CT 、X 光机、 UPS 等

通信机房 35% 大功率 UPS 、开关电源

公共设施 25% 可控硅调光系统、 UPS 、中央空调

银行金融 20% UPS 、电子设备、空调、电梯

生产制造 20% 变频驱动、直流调速驱动

水处理厂 25% 变频器、软启动器

谐波危害

关键参数

参数 1 ：容量 与其它三相交流电力设备的容量定义相同，有源电力滤波器装置的容量 SAPF 为：

APFAPFAPF IUS 3

式中， UAPF 和 IAPF 分别为有源电力滤波器交流侧线电压和线电流的有效值。

市 售 APF 大 多 采 用 电 流 标 称 ， 如 75A 对 应 的 容 量 为50kVA 、 150A 对应 100kVA 。

关键参数

参数 2 ：补偿次数补偿次数是可补偿的谐波次数，国外厂家一般定义 2-60 次同时可选 20 种。不是补偿次数越高性能就越好。

需注意以下问题：

1 、弄清负载的谐波电流哪些频次是必须补偿的，若负载的高次谐波电流很小就没有补偿的必要，一般而言 25 次以上的谐波电流很小。

2 、不是任何频次电流都可以达到额定值，如： 75A 的 APF 出75A 的 50 次谐波电流。

3 、 APF 输出电流的频次分配比例是按典型负载设计的。越是高次电流 (13 次 ) 以上，输出能力越差。

关键参数

参数 3 ：补偿率 在负载谐波电流处于 APF 补偿电流范围内时，单台 APF 谐波补偿率 η 的定义如下：

补偿率是针对典型负载的，不是任何负载时都能达到。起草中的 APF国标规定补偿率应 >75% 。任何厂家的补偿率都是针对典型负载的，且定义有差别，起草中的 APF 国标对补偿率的定义及测试方法有明确规定。

(1 ) 100%hh

nh

IK

I

Ih—滤波装置工作后，电网侧的第 h 次谐波电流方均根值；Inh—滤波装置工作前，电网侧的 h 次谐波电流方均根值。

关键参数

参数 4 ：响应时间响应时间是指谐波负载投入后，经过多长时间电网的谐波电流被完全滤除 ( 只有基波 ) 或达到稳定状态。

图 (a) 给出了电网电流和负载电流的波形；图 (b) 给出了电网电流和 APF 输出电流的波形。可看出，负载电流从 0 到额定电流130A 时，经过 20ms 后 APF 完全补偿了谐波电流，这证明了APF 的响应时间为 20ms 。

关键参数

参数 4 ：响应时间

1 、响应时间指的是谐波电流被完全消除所需的时间。瞬时响应时间指的是开始出谐波的时间，有的厂家给出 us 级的瞬时响应时间和响应时间没有关联。

2 、响应时间越小跟踪速度越快，可以应用于负载快速波动的场合。

3 、有的厂家给出的不是谐波电流被完全消除所需的时间，可能是消除 50-90% 谐波所需时间。超过 40ms 的响应时间不适于负载快速波动的场合。

设计选型

设计选型

选型计算

H 1I =I计算公式： × THDi%

谐波电流 基波电流 电流谐波畸变率

衍生公式：

S: 变压器视在容量K: 变压器利用率

选型计算

计算公式： 1 2

223 1

TTHD

S

S K KI

U K

K1 为负荷率：即负荷占变压器额定容量的比例，通常取 0.7-0.8 ； K2 为谐波系数，根据系统场合不同而不同；

ST 为变压器额定容量，单位 kVA ；

US 为低压系统电压，一般取 0.4 。

选型计算 [ 简化计算 ]

简化公式： 谐波含量 = 计算电流 ×THDi

总线补偿： THDi 一般取 10%~35%

负载补偿： THDi 根据负载而定，一般为 15%~100% ，典型值为 20%~30%

选型计算

行业类型 谐波源负载 推荐 THDi 治理方式

办公楼宇 计算机设备，中央空调，各类节能灯、办公类用电设备、大型电梯 15% 集中治理

医疗行业 重要医技设备：核磁共振设备、加速器、 CT 、 X 光机等 20% 集中治理

通信机房 大功率 UPS 、开关电源 35% 集中治理

部分行业总线电流谐波畸变率记录表

选型计算 [ 简化计算举例 ]

某通信机房 UPS 负载容量为 30kVA ，用户侧电压为220V ，因为负载为 UPS ，其典型推荐 ThdI 取值为35% ，根据谐波电流的简化计算公式可得：

每相负载电流可以取 50A ；

每相估算谐波电流

故选用补偿电流为 30A—50A 的有源滤波器即可满足抑制谐波的需要。

A 45.45 220)*1000/(3*30 负载电流I

A 17.5

35%*50

THDi*

负载电流THDiI

APF 有源滤波器实现功能

完美的电能质量完美的电能质量完美的电能质量完美的电能质量

并联型 APF 有源滤波器

APF 有源滤波器实现功能

1

谐波治理：

治理负载电流畸变

2

无功补偿：

补偿基波正序无功分量

3

三相电流不平衡：

补偿基波负序分量补偿零序分量

并联型 APF 有源电力滤波器的实现方法

实验数据和波形（补谐波）

型式试验数据

型式试验数据

型式试验数据

型式试验数据