全新JDSU益平坦滤波器GFF

谐波与有源滤波装置的应用
项目背景
某企业是一家单晶硅制造企业。单晶硅建设项目具有的市场和广阔的发展空间。近年来，各种晶体材料，特别是以单晶硅为代表的高科技附加值材料及其相关高技术产业的发展，成为当代信息技术产业的支柱，并使信息产业成为经济发展中增长快的先导产业。其生产工艺多分熔融加热或直流加热，由于采用半导体可控整流方式，本身工作过程中会产生非常大量的电流谐波，对电网造成谐波污染，这些谐波使得仪器精度失准甚至误动作，破坏了系统的无功补偿，造成系统供电损耗的增加及损坏补偿电容器等，对于单晶硅复杂的生长过程以及后期的加工流程都造成非常大的影响，因此电网的品质间接决定着单晶硅成品材料的品质，几乎所有的单晶硅制造生产线都面临谐波问题
治理方案
针对电能质量状况，上海安科瑞电气股份有限公司提出了谐波治理的解决方案，并终确定在3#变压器下进行试点，采用ANAPF有源电力滤波装置，自动跟踪治理负载产生的谐波电流，整个系统安全可靠运行。
从现场测试的有源滤波器投入前后的数据可以看出，有源滤波器投入运行后，电压和电流谐波明显降低，电压谐波由原来的4.7%降到2.4%，电流谐波由原来的18.4%降到5.0%，谐波电流值从273A下降到63A，三相电压和三相电流波形均得到明显改善，从根本上消除了谐波的影响，保障了单晶硅生的质量，该企业决定在后期改建工程中全部采用ANAPF有源滤波器。
谐波治理是电能质量问题的核心内容之一，也是现代电力生产发展的迫切需要。有源电力滤波器经过二、三十年的发展已成为补偿电力系统谐波及无功功率的重要装置。目前在实际应用中，并联型APF是比较成熟的拓扑结构，是优选的方案;串联型APF电路在工作时需流过全部的正常负载电流，损耗比较大，而且投切、故障后退出及各种保护电路也比较复杂;串、并联型APF当前的主要问题是控制复杂，造。
从近年来的研究和应用中可以看出，APF具有如下的发展趋势：
(1)通过采用PWM调制和提高开关器件等效开关频率的多重化技术，实现对高次谐波的补偿;
(2)采用APF和PF组成的混合型滤波系统，以减少APF的容量，降低成本;
(3)随着半导体器件制造水平的迅速发展，混合型滤波系统低成本的优势将逐渐消失，而并联APF由于其功能强大、，将是很有发展前途的有源滤波装置;
(4)随着电力电子器件耐压水平的提高和对电能质量的日益重视，APF也将在工业系统的高压领域得到广泛应用。
随着我国电力事业的发展，电能质量的要求将不断提高，利用APF进行电能质量治理有着的市场潜力。特别是在补偿谐波、无功功率，以及中线电流、不平衡电流等方面，有源滤波技术必将拥有更加广阔的应用前景。

有源滤波与无源滤波的区别
目前，谐波治理方式主要有两种：有源滤波方式、无源滤波方式。
无源滤波器
采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流，是谐波污染的措施。通常采用由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的无源滤波装置进行滤波。
无源滤波器由电容电抗和电阻组成，根据电容电阻固有的阻抗特性，对某一特定频率的谐波呈低阻抗，为负载谐波电流提供较低的阻抗通道，与电网阻抗形成分流的关系，使大部分该频率的谐波流入滤波器，而不流入电网。
无源滤波器具有投资少、、结构简单、运行可靠及维护方便等优点，因此无源滤波器仍然是目前广泛采用的谐波及无功补偿的手段。不过，由于无源滤波器是通过在系统中为谐波提供一条并联的低阻通路，以起到滤波作用，其滤波特性由系统和滤波器的阻抗比所决定，因而存在以下缺点:
1)滤波器一旦制成，性能参数难以变动，滤波特性受系统参数的影响较大。当系统参数改变，则滤波装置有可能失效甚至会引起谐振。因此当电网谐波阻抗降低时，滤波效果将随之降低;当电网参数不变而谐波电流增加时，可能使滤波器过载。另一方面即使电网参数和谐波电流都不变，但由于温度变化，滤波器部件老化和其它因素都会影响滤波器性能而降低效率。此外滤波器的电抗电容值通常也会有容差即偏离其标准值±10%而增加了失谐度，也会降低滤波效率;
2)只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用。当电网短路容量大(即电源阻抗小)时，则要求滤波器阻抗还要更小，即要求滤波器是调谐(锐调谐)，但由于部件性能的容差和变动使滤波器的设计有很大的困难;
3)谐波电流时，滤波器负担随之加重，可能造成滤波器过载;
4)材料消耗多，体积大。
无源电力滤波器组成简单，成本也较低。但由于无源电力滤波器容受系统阻抗影响，很难达到预期要求。而且由于无源元件本身的特性，会与电网阻抗一起作用引起谐振，谐振将引起某次谐波放大数倍，这对于供电系统来说是非常危险的。电网阻抗一般较为稳定，但难免会波动，这样不但会影响滤波效果，而且可能引起谐振。另一方面，由于滤波支路表现出电容特性(对于滤波支路，容抗远远大于感抗)，所以在电压作用下，会产生的无功电流，这样就存在一个问题，在使用无源电力滤波器同时还会进行无功补偿，如果系统原有的无功含量不大(小于电容可以提供的无功)，那么就会出现无功功率过补，功率因数可能因此下降，而且会提升电网电压，这对某些设备也是不安全的。
有源滤波器
由于无源滤波器具有以上缺点，随着电力电子技术的不断发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有高度可控性和快速响应性，不仅能补偿各次谐波，还可闪变、补偿无功，有一机多能的特点，其具体特点如下：
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;
具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。
尽管有源电力滤波器有着无源滤波器所不具备的技术优势，但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤波器相比较，有源电力滤波器的成本较高，这一点是限制其推广使用的关键。
通过检测被补偿对象的电流瞬时值，经指令电流运算电路得出谐波补偿电流的指令信号，控制变流器产生所需要的补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消，终获得期望的电源电流。
电网侧的谐波电流可以写为： 只要控制有源电力滤波器的输出电流，使其满足，即可使电网侧的谐波电流。

治理方式分类与说明
电能质量监测与治理系统针对不同的场合可选择不同的治理方案，一般有集中治理、局部治理和就地治理三种技术方案。
(一)集中治理
本案例是在变电所低压电容柜中设置无功补偿，同时在配电前端设置有源电力滤波器，采用集中治理的方式治理谐波。
集中治理适用于单台设备谐波含量小，但数量庞大、布局分散的场合，比如办公大楼(个人电脑、节能灯、变频空调、电梯等)，虽然单台设备的电流小，谐波含量低，但整栋大楼的总电流大，总谐波电流也大。
(二)局部治理
本案例是在变电所低压电容柜中设置无功补偿，同时在局部谐波源前端设置有源电力滤波器，采用局部治理的方式治理谐波。
局部治理适用于谐波源集中在某一条或几条馈出支路的配电系统，比如UPS电源等，虽然单台设备的电流小，谐波含量低，但为防止其他设备产生的谐波对其干扰，采用局部谐波治理。
(三)就地治理
本案例是在变电所低压电容柜中设置无功补偿，同时在主要谐波源的前端设置有源电力滤波器，采用就地治理方式的治理谐波。
就地治理适用于谐波源比较明确且单台设备谐波含量较大的配电系统，比如大型商业区的景观照明、影剧院的可控硅调光设备、工业区的变频器调速设备等，单台设备电流大、谐波含量高、谐波电流大，为防止谐波电流影响其他用电设备，采用就地治理。

1 容量计算方法
谐波是由非线性设备产生的，而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用设备进行测量，考虑到设备的技术及经济性，设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂，况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据，可以根据下列公式估算谐波电流进行选型。
1 根据负载额定电流和行业类型选型
2 根据变压器容量和行业类型选型
3 根据快速选型表查表选型
查表步骤：
步骤1：确定变压器容量和变压器负载率(一般在0.6~0.8);
步骤2：根据变压器负载率确定表2、表3或表4;
步骤3：确定电流总谐波畸变率(THDi)(表1中THDi值为参考值，仅在估算谐波电流时使用);
步骤4：根据变压器容量及THDi参考值确定相应的谐波电流值;
步骤5：考虑到一定的裕量，选择相应容量的ANAPF有源电力滤波器。
注：表1～表4参见附录1。
2 选型示例
上海某工厂办公大楼变压器容量为250KVA，变压器负载率为0.8，主要负载为节能灯、变频空调和电梯等，属于办公楼宇。
变压器容量为250KVA;
变压器负载率为0.8;
负载类型属于办公楼宇，根据表1估算THDi为30%;
查表4可得估算谐波电流值为83A;
如果根据公式(2)计算，结果是一样的;
有源电力滤波器技术特点
专为适应高可靠性，高利用率供电系统要求设计的模块组合式有源滤波装置：
标准模块化结构，灵活的扩容配置(同一柜内，只需增加控制模块和功率模块即可扩展至300A;支持多台装置并联运行，且不限于等容量扩容);
高可靠性：属于全数字有源滤波器，冗余设计，一个模块发生故障，只是容量降低，不会影响其它模块的正常工作;
工作模式：具有全滤波、全无功补偿、滤波+无功补偿等三种工作模式;
功率因数调节能力：具备容性无功吸收和容性无功补偿两种功能;
7寸全触摸液晶显示屏：便于观察所有的参数及波形。
电能质量系列产品小结
选用电能质量设备就是为了可靠的运行，延长供电系统中其他电力设备的使用寿命及提高系统的可靠性。总的来说，解决电能质量问题重要是要有正确的理念，使整个供电系统达到一个环保的、高标准的环境运行。
电能质量问题不能理解为用某一种产品(有源滤波器或者静止无功发生器)就可以解决问题，要整体考虑，我们的优势就是和设计师、客户共同讨论，找到解决企业电能质量的问题，然后用系列的电能质量产品实施解决，实现多赢!