电力有源滤波器.docx

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1、电力有源滤波器（APF）成套装置所属学校：哈尔滨理工大学所属学科：电气工程产品简介：随着近年来电力电子设备的广泛应用（如家用电器、调速电机、电气化铁道、 开关型电力负载等），就会在电力系统中产生大量的谐波分量，这些谐波分量会 造成系统电流波形发生严重的畸变，从而使得供电质量下降、用电设备运行的可 靠性降低。因此，改善电力系统的供电质量是今后电力供电部门发展的一个重要 方向。电力滤波可分为有源方式与无源方式。无源方式通常采用调谐方式，但无 源方式常常需要考虑过载问题，此外无源滤波方式的设计需要考虑负载的特性。 有源滤波的原理是采用电力电子器件产生一个与系统中的谐波成分相位相反的 同样的谐波分量注

2、入系统，从而抵消系统中的谐波成分，达到补偿非线性负载的 目的。电力有源滤波（Active Power Filter-APF）装置能够对变化的谐波及无 功进行快速的动态跟踪补偿，且补偿特性不受电网阻抗的影响，因而是替代传统 无源滤波装置的现代新型电力设备。与无源滤波补偿装置相比，其具有以下突出 优点：（1）不仅能抑制各次谐波，还可以抑制闪变，补偿无功，有一机多能的 特点，在性价比上较合理；（2）滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统 阻抗发生谐振的危险；（3）实现调节与控制自动化，替代传统的机械调控与操 作手段。可见，有源滤波装置具有巨大的技术与性能优势，随着电力电子工业的 发展，器件的性价比

3、将不断提高，有源滤波补偿装置必然会得到越来越广泛的使 用。近几年随着我国城网改造的逐步深入，电力系统的改造产品逐步从降低线 损、安全供电、在线监测以及线路、输变电站、发电自动化方面等预计将转向改 善供电质量方面。改善电力系统的供电质量不仅可以提高系统的安全运行、降低 损耗，也可以改善用电设备的工作条件、增加用电设备的使用寿命等。因而改善 电力系统的供电质量将成为今后我国电力工业发展的一个重要内容。与传统的无 功补偿及L-C串联支路滤波方式相比较，电力有源滤波成套装置具有自动化程 度高、投入或退出运行时对系统的影响小、补偿与滤波效果好、反应时间短、占 地少、使用安装方便等优点，是今后电力滤波的发

4、展方向。由于电力有源滤波成 套装置具有提供纯净电源、消除谐波发生源以及滤除系统中谐波成份等作用，因 此它的应用领域十分广阔，如各大工厂、公司、输变电所、研究所、学校、机关 部门、居民小区、电气化铁路变电站、地铁等。此外，电力有源滤波成套装置属 高新技术产品。因此，具有自动化程度高的电力有源滤波装置将是今后滤波设备 发展的方向，开发电力有源滤波成套装置将有可观的经济效益与社会效益。市场前景分析：二十一世纪中国电网面临着全面的改造和升级，国家每年将对其投入近千亿 资金。而柔性交流输电控制系统（FACTS）作为其中最关键的技术，其投资比 例将至少不低于10%,该产品已被列为“九五”国家级重点产品之一

5、、国家经 贸委三大节能重点产品之一、国家电力公司确认的二十一世纪电力革命性前沿技 术。作为柔性交流输电系统重要组成部分的电力有源滤波成套装置，其核心技术 的先进性，在性价比上具有国外同类产品无可比拟的优势，该产品市场空间巨大, 行业门槛极高，可以预见，投资者既可从该产品本身获得稳定的超额利润，同时 由于该产品的市场概念极佳，也可通过资本运作，从资本市场上获得高额资本利 得收入。我国现有许多企业的电网需增设滤波补偿装置，广阔的地域，较长的电气化 铁道变电站也有不少需增设滤波装置，但由于经济能力及落后的意识等原因，尚 未实施，不少企业宁可月月罚款，也不采取措施，仅很少数量有电网治理设备， 大多还需

6、进行治理，目前情况是积债甚多。随着改革的深入，企业追求经济效益 愿望的提高，法制和环保意识的加强，电力有源滤波装置在今后十年左右的时间 内会有较广阔的市场。在企业电网和公共电网上配置有源滤波装置能净化电网， 提高供电质量，对保证企业和社会的正常用电十分重要，我国早已公布了有关标 准，并对严重的电网污染用户处以罚款。电力有源滤波补偿装置的推广使用，将 使我国广大电网品质得以改善，实现“绿色供电”造福整个社会，具有广泛的社 会效益。近几年随着电力系统实施“厂网分开”，电厂“竞价上网”这就要求厂家（电 厂）、供应商（电网，即供电公司）采用电力有源滤波及无功补偿装置，实现节 能降耗，提高供电质量。我国

7、城网改造的逐步深入，电力系统的改造产品逐步从 降低线损、安全供电、在线监测以及线路、输变电站、发电自动化方面等预计将 转向改善供电质量方面。改善电力系统的供电质量不仅可以提高系统的安全运 行、降低损耗，也可以改善用电设备的工作条件、增加用电设备的使用寿命等。 因而改善电力系统的供电质量将成为今后我国电力工业发展的一个重要内容。作 为电力系统，随着补偿容量的需求增高，采用以电力电子高功率器件为基础的电 力有源滤波与无功补偿装置要比传统的采用电容的无功补偿装置的材料成本要 低。与传统的L-C串联支路滤波方式相比较，电力自动化有源滤波装置具有自 动化程度高、投入或退出运行时对系统的影响小、补偿与滤波

8、效果好、响应时间 短、占地少、使用安装方便等优点，是今后电力补偿与滤波的发展方向。由于电 力有源滤波装置具有提供纯净电源、消除谐波发生源以及滤除系统中谐波成份等 作用，因此它的应用领域十分广阔，如各大工厂、公司、输变电所、研究所、学 校、机关部门、居民小区、电气化铁路变电站、地铁等。此外，电力有源自动化 波装置属高新技术产品，因此开发生产电力有源自动化无功补偿及滤波装置将有 可观的经济效益。该装置可应用于35kV及以下电网中，滤除电网中有害的谐波，避免谐波对 高压电力产品的破坏，延长高压电器的使用寿命，净化电网，抑制电网谐波”污 染”；同时可以补偿电网中的无功，以节约能源。随着电力电子工业的发

9、展，器 件的性价比不断提高，该产品必然会在电气化铁路、冶金、矿山、油田等高用电 负荷、高谐波污染的工业领域得到广泛的使用。此外，该产品从技术上也完全可 以应用于380/220V低压电网，提高城乡电网的供电质量。原理结构:高压有源滤波成套装置由滤波APF控制器、多个模块化滤波单元以及冷却 系统、保护装置等一些附属设备组成，原理结构如下图所示。APF控制器负责 根据采集到的谐波电流、系统电压计算需补偿谐波电流，随后传至各个滤波单元, 各滤波单元根据各自分配的滤波容量，调制出补偿电流，经由变压器高压边逐级 串连接入高压，将产生的补偿电流注入电网，实现有源滤波。图中所示的控制电 路硬件结构原理以DSP

10、 （数字信号处理器）芯片为核心，所用的DSP芯片为美 国德州仪器公司的TMS320VC33,其指令周期为10ns,该处理器具有便于数字 信号处理的特殊指令系统，保证了控制电路工作的实时性。滤波装置中央控制器负责采集高压侧谐波电流、系统电压，分别送至A、B、 C各相DSP运算，得出所需补偿谐波电流；计算结果经由光纤发送模块传至各 滤波单元模块，提供各滤波单元模块电流跟踪的参考电流；同时，各滤波单元的 监测量，如IGBT模块温度、水冷流量监测等信息，经由串行通讯传送至中央控 制器；用户初始设定值，如并联支路数等也由串行通讯传送之各滤波单元。该成套装置在布置方案上，可以分为主控制柜（包括控制器、手动

11、操纵部分、 电源）、隔离开关柜（包括避雷器等保护装置系统）、滤波单元柜（每个滤波单 元柜包括IGBT模块、直流电容器、平波电感、中频变压器）。装置参照标准为GB/T 14549-93电能质量 公用电网谐波；结构设计 执行GB3906-913-35kV交流金属封闭开关设备标准。产品关键技术：该装置核心部分为滤波装置中央控制器与各滤波单元控制器硬件平台，该硬 件平台应具有便于控制模块化、主回路单元化的特点。由高速DSP芯片来完成 滤波算法，而由通用P89c51芯片完成键盘、显示与上位机通讯功能。滤波补 偿电流检测算法的软件实现是整个控制器的核心之一，其原理框图如图所示，软 件程序编制采用TI公司为

12、其DSP系列产品提供的开发软件平台Code ComposerTM实现。具体编程可以采用C与汇编混合编程的方法实现。正是由 于采用了专门的浮点DSP芯片，才能实现滤波补偿电流的实时计算，计算所得 的补偿电流经串行编码后，由光纤通讯下传至各滤波单元控制器中，用于进行电 流跟踪比较，输出各滤波单元的补偿电流。主电路直流电容充电电压的控制也是保证滤波装置正常工作的关键技术，作 为滤波成套装置在补偿谐波电流的同时，要求在直流电容充电的过程中不能产生 新的谐波，因此需要对充电电流加以控制。这样在控制各滤波单元回路时，同时 采集直流电容端电压U+、U-,将充电电流正弦化的控制加入IGBT开关的控制 中。该产

13、品主要具有完善的滤波主控制器与滤波单元控制器设计，滤波主控制器 与滤波单元控制器经由光纤连接，完全无电气上的联系，故抗电磁干扰能力强； 此外，该装置既可以补偿谐波电流，也可以兼有无功补偿的功能；同时可以提供 电压、电流、有功、无功等电参数，以及投切记录、故障记录等信息。产品其余 技术主要参照相关国家标准完成。主要技术指标：额定电压：W35kV额定容量：W30MVA滤波效果：符合GB/T 14549-93 滤波次数：19次功率因数：0.9触发方式：光电触发PWM电源：0500V 可调工作方式：手动、自动两种方式。冷 却：水冷/风冷响应速度：0.02s 环境温度：-40。0+55。（2海拔高度：1000 m保 护：过流，速断，过电压, 谐波超限应用环境：户内（特殊要求可户外）应用领域：电力有源滤波及无功补偿装置具有3个主要功能：吸收电网谐波, 改善功率因数，抑制电压波动。主要用于电力系统变电站的滤波及无功补偿，可 以根据负荷进行自动投切。此外还可以广泛应用于电弧炉，轧钢机，提升机等冲 击性负荷及机场、地铁、钻井平台、体育场、港口、程控交换机站、写字楼、住 宅小区等对电能要求高的场所。