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APF在海上平台电能质量改善中的应用效果.pdfPracticalapplication实践应用
平台电能质量改善中的应
摘要：本文首先阐述了有源滤波器（ActivePowerFilter，APF）的基本工作原理，并与无源滤波器（PassivePower Filter，PF）的特性进行了比较，进一步分析了APF的优势与作用，接着以某海上油田平台为例进行实例仿真，分别验 证了APF与PF对海上平台电能质量改善的效果，然后进行APF与PF应用效果比较分析，结果表明，与PF相比，APF 在谐波抑制方面的效果无为显著，同时还具有提高功率因数、降低损耗等功能。 关键词：海上平台；电能质量；APF；应用效果
1有源滤波器的基本工作原理
APF是一种能实时动态补偿无功、 皆波的新型电 能质量调节装置，弥补了无源电力滤波器等传统的无功补 尝和谐波抑制装置的局限。APF的基本原理主要通过外部 电流互感器CT，实时检测改善对象的电压和电流SJG 37-2017 深圳市建筑废弃物再生产品应用工程技术规程.pdf，经内部 的运算电路计算得到一个与谐波源大小相等、相位相反的 补偿电流，然后与改善对象中待补偿的谐波及无功等电流 抵消，最终得到期望的电源电流和电压
图1有源电力滤波器的基本原理
图2有源滤波器的谐波抑制应用效果对比分析 如图1所示，通过谐波电流检测电路模块采集负载电
图2有源滤波器的谐波抑制应用效果对比分析 图1所示，通过谐波电流检测电路模块采集
流信号，并将谐波成分分离，然后谐波成分被传输到控制 电路的运算电路中，运算电路将采集到的谐波电流成分与 APF输出补偿电流进行比较，得到的差值作为实时补偿信 号输出到PWM逆变电路中，触发逆变电路中的逆变器将 补偿谐波电流注入到电网中，从而实现滤除谐波的效果。
2有源滤波器的特点与作用
目前广泛应用的电能质量调节装置是LC谐振型PF， 该类PF具有成本低廉、容量大、运行效率高等优点，通 常由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成，其原理 主要是根据电阻、电容固有的阻抗特性，对某一特定频率 的谐波呈低阻抗性，使该频率下的谐波流人滤波器，不注 人电网达到滤波效果，因此无源滤波器只能消除特定频次 皆波。其性能参数与阻抗特性相关，容易受系统阻抗特性 影响，对抑制谐波次数多变的负载谐波效果不好，严重可 能会发生谐振现象，使LC滤波器过载甚至烧毁。 随着大功率可关断器件（GTR，GTO，IGBT等）的技 术不断进步，作为抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装 置APF得到迅速发展，与PF比较，APF的特点与作用主 要体现在以下几个方面： ①实时抑制谐波，APF能快速响应负荷的变化整体变 化及谐波含量变化，迅速实现完全跟踪补偿，可以高效地 滤除负载中2~25次等高次电流谐波； ②动态补偿无功，抑制电压波动与闪变，无功补偿时 可实现连续调节无功的大小； ③改善三相负载不平衡，在设备容量充裕的情况下， 可自定义设定谐波补偿与无功补偿容量分配比例，达到改 善电力系统三相负载不平衡的目的； ④不受电网阻抗影响的影响，可在容量允许范围内， 有效抑制电网谐振； ③补偿过程中，应用储能元件的容量需求较小； ③能适用于电流过大的补偿对象； ②既适用单个补偿对象，也能进行多个补偿对象集中 补偿； ③具备过流、过压、欠压、高温、测量电路故障、雷 击等多种保护功能，以确保装置和电力系统安全运行； 负载较轻时能自动退出运行，具有良好的经济运行 件
以渤海海域某油田群的电力系统为例，在该海上油田 平台电网上分别进行安装无源滤波器以及有源滤波器GB／T51404-2019 有色金属堆浸场浸出液收集系统技术标准及条文说明，通 过电能质量测试仪对相关指标的结果进行（下转第143页）
（上接第141负）检测，分别得到接入调节装置前、接入 无源滤波器后以及接人有源滤波器后的测试数据如下表1 所示
表1数据可发现：切率层面，AF。 切翠上升 14kW，主要是由APF自身功耗及功率因数调节后系统功 率波动造成，由于消除了谐波电流所耗功率，因此视在功 率下降了44kW，功率因数由0.93提高到0.97；PF有功功 签下降14kW， 主要是由PF自身功耗及功率因数调节后系 统功率波动造成，由于消除了谐波电流所耗功率，因此视 在功率下降了87kW，功率因数由0.93提高到0.98；比较 两者功率和功率因数变化，可发现APF自身功耗相较PF 会稍高，两者均有无功补偿的作用。 电流层面，APF电流畸变率由26.30%改善后为7.2%， 畸变率降低了19.10%；PF电流畸变率由26.30%改善后为 13.9%，畸变率降低了12.4%。APF改善电流畸变的效果是 PF的1.54倍。 电压层面，APF电压畸变率由原来10.7%改善为2.5%， 降低了6.9%；PF电流畸变率由10.7%改善后为8.5%，畸 变率降低了2.2%；APF改善电压畸变的效果是PF的3.14倍。 由图2可看出，经过APF调节后5、7、11、13次谐 波分别降低了355.7A、108.9A、49.0A、40.8A，7、11、13 饮谐波电流已经趋于0；而经过PF调节后5，7，11，13 饮谐波分别降低了269.0A、18.4A、18.4A、30.1A。由图中 可看出，PF对于7次谐波电流改善程度较差，由此可见， PF存在着某特定频次谐波无法消除的弊端，而APF对各 次谐波电流都有较大程度的消除效果。综上，无源滤波 器与有源滤波器都对谐波产生了抑制作用，但有源滤波器
中国化工贸易 万方数据
Practical application
负载的电流波形日 原来未投运APF时的锯齿状改善为正常的正弦波
图4APF投运后电流波形
通过阐述有源滤波器的基本工作原理，并与无源滤波 器的特性进行比较，分析得到APF具备实时抑制谐波、动 态补偿无功、改善三相负载不平衡等功能，接着以某海上 油田平台为例进行实例仿真实施性总体施工组织设计，通过APF与PF对海上平台 电能质量改善效果的验证与比较分析，结果表明，PF与 APF同时具有提高功率因数、补偿无功、降低损耗等功能， 但PF存在着某特定频次谐波无法消除的弊端，不及APF 皆波抑制效果明显。而海上油由平台最显著的电能质量问 题是谐波污染严重，因此，安装APF更有利于改善海上油 田平台的电能质量。