有源电力滤波器的作用及工作原理

· 工作原理 ·

谐波电流滤除原理

KD-APF通过外部系统电流互感器实时采集电流信号，控制器分离出其中的谐波电流部分， 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，实现滤除系统谐波电流的功能。

KD-APF输出补偿电流根据系统电流的谐波量变化而动态变化。另外，APF有先进的限流功能，当系统的需补偿的谐波量大于APF容量时，APF可以限制在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无功补偿。

KD-APF通过外部系统电流互感器实时采集电流信号，控制器分离出其中的无功电流部分， IGBT功率变换器产生与系统中的无功电流大小相等相位相反的补偿电流，实现无功补偿的功能。

补偿目标功率因数可以通过用户界面设定，KD-APF不会出现过补或者欠补，并且补偿电流平滑，不会对负载和电网产生涌流冲击。

· 功能组成 ·

根据功能原理，KD-APF主要可以分成两部分：控制部分和功率单元部分。

控制部分

KD-APF控制器根据检测的电流数据决定注入电网的谐波电流量。

KD-APF控制器通过外部电流互感器检测系统电流，外部电流互感器默认安装在负载侧，也可根据情况安装在电源侧，见下图。用户通过用户界面设置需求信息。用户界面还具有报警功能、信息查询等功能。

★强制连接是KD-APF正常运行所必须的连接。

★非强制连接是为了提高KD-APF的基本功能可选连接。

功率单元部分

KD-APF功率单元是无功和谐波电流发生器。

KD-APF功率单元模块并联接入电网，输出补偿电流。实现滤除谐波、补偿无功的目的。

KD-APF外部接口图

· 硬件布置 ·

标准KD-APF机柜主要可分为三部分：顶部母线室，断路器室，下部功率模块区。如下图所示，KD-APF主要硬件布置在机柜中部断路器室和下部功率模块区。

KD-APF机柜整体布置图

KD-APF顶部母线室

KD-APF机柜顶部母线室为预留进线区，方便上进线，同时也为并柜式提供母排走线空间。

KD-APF中部控制区

中部控制区的主要器件包括触摸屏电源、断路器、避雷器等。

KD-APF底部功率模块区

功率单元模块在KD-APF机柜内部为积木扩展式结构安装，功率单元模块后端分别通过电缆与中部断路器室的铜排连接，各个模块的CT接线端子串联，485通讯端口并联，各功率单元模块并联接入系统。

KD-APF功率单元模块根据控制器指令发出补偿电流，对配电系统进行谐波治理与无功补偿。单台功率单元模块容量为50A(此以50A模块为例)，如下图所示，通过多台模块并机可以实现KD-APF扩容。

功率单元模块前部包括：

l模块把手

l内置式风扇

模块背部装有接线端子。

功率单元模块

每个功率单元模块内部设有控制器及功率控制板，功率控制板控制功率单元模块，接收控制器指令及监控功率单元内部状态。

功率模块是KD-APF产生补偿电流的主要设备，也是KD-APF的核心组成部件。

· 用户操作部件 ·

KD-APF用户操作部件主要包括两部分：断路器开关、APF用户界面。

KD-APF断路器开关

通过闭合或断开断路器，实现APF的通电或断电。

KD-APF用户界面

对于标准APF机柜，用户界面安装在KD-APF柜操作面板（前门板）上。对于主从并机式KD-APF，主、从机共用触摸屏，仅在主机上安装。

标准KD-APF操作面板

KD-APF人机界面为触摸屏显示器，用户通过触摸屏可以进行KD-APF开/关机、参数设置、状态查询等相关操作。

APF人机界面

用户界面背部常用端口有DC电源端口，以及RS232/RS485通讯端口如下图所示：

触摸屏背视图

通过用户界面用户可对KD-APF进行相关操作。用户界面主要包括以下功能：

●装置开机/装置关机

通过用户界面显示屏上的菜单选项，可以实现APF的开机/关机操作。

●特征参数的监测、分析与记录

显示系统电压、系统电流波形及数据，功率因数，装置温度等信息。

●装置的初始设置

KD-APF的初始化包括多方面的内容，比如设定KD-APF补偿模式，外部系统CT变比，补偿谐波次数及大小等。

●监测系统电能质量、模块运行状态以及事件记录

KD-APF装置显示系统电网波形数据，监测各模块的运行情况。事件记录可以反映系统故障信息。

●关于装置的信息

可以显示装置本身的产品信息，比如装置容量、运行方式、产品序列号等信息。

· 结构设计 ·

柜体结构

KD-APF标准柜体尺寸mm(宽*深*高)为800*800*2200mm，亦可以定制机柜尺寸。

通风冷却

KD-APF运行过程中功率单元产生的热量必须及时排出。若KD-APF长期运行在高温环境中会降低使用寿命。局部温升过高也会导致电气元件的损坏。

KD-APF柜体前后门板为散热蜂窝孔均匀分布设计，前门为进风口，后门为出风口。冷却空气通过功率单元模块内部的风扇，由前至后流经每个功率单元模块内部，最后从后门排出。必须确保室内通风顺畅，无导电尘埃，无腐蚀性气体。室内空气温度不得超过45℃。如果自然条件下不能满足温度要求，须安装排气扇或空调等冷却系统。

模块尺寸

KD-APF采用功率单元模块化设计，方便操作与维护，内置风扇和散热片，通风冷却效果良好。

功率单元模块后部有接线端子，通过铜排接入配电系统，实现模块并机运行。

· 不同系统的外部电流互感器的安装 ·

下面讨论不同的电路拓扑结构及相应的外部电流互感器的安装。

●集中补偿

●就地补偿

●存在无功补偿装置系统的补偿

集中补偿

系统中一台主变压器为若干非线性负载供电，KD-APF安装在靠近系统电源侧对所有非线性负载进行集中补偿。当系统中非线性负载数量较多，而单台非线性负载谐波电流较小时，建议采用这种集中补偿方案，如图所示：

就地补偿

当系统中的非线性负载集中在某一条支路或某一台非线性负载时，建议采用就地补偿方案。如图所示，这种情况下KD-APF只补偿主要负载1所产生的谐波。

系统含有电容补偿装置时外部CT的安装

当系统中含有电容补偿装置时，KD-APF及互感器必须安装在电容器后。如图所示。

电流互感器采用此安装方式，防止电容补偿装置投切产生的冲击电流对KD-APF运行产生影响。

外部互感器的规格

外部电流互感器为KD-APF控制器提供系统电流采样，须现场安装（非出厂安装），其规格选型应结合KD-APF设备容量，下表给出了外部CT的规格：