有源电力滤波器APF应用行业分析

有源电力滤波器应用场合：

(1) 城市轨道交通牵引系统（地铁）：a、电动机车运行所需要的牵引负荷；b、车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如:通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、 FAS、BAS、通信系统、信号系统等。

城市轨道交通的供电系统中谐波源主要为：a、牵引整流逆变装置产生的高次谐波(11次、13次等)；b、其次是站用变电站中的大量非线性负荷(3次、5次、7次等)；由于牵引负荷安装在35KV侧，一般采用12脉波的整流装置，谐波含量会降低（由于变压器的特殊接线方法，5次，7次谐波电流将在变压器内部相互抵消，从而使对电网的谐波干扰大幅度降低）；如果谐波含量不超标，可考虑只在低压0.4KV侧治理第二大用电群产生的谐波。

(2) 城市公交充电站:城市公交很多城市已经向电动公交发展，在电动公交集体充电的充电站，大量充电机同时工作的时候产生的谐波会对周围电网和设备造成很大影响。

汽车制造行业：车身车间大量使用电焊机、激光焊机和大容量感性负荷(以电动机为主)等非线性负荷，导致了该车间所有变压器负荷电流都存在严重的谐波电流3次、5次、7次、9次和11次为主，400V低压母线的电压总畸变率达到5%以上，电流总畸变率(THD)达到了40%左右，造成400V低压供配电系统电压总谐波畸变率严重超标，并导致了用电设备和变压器存在严重的谐波功率损耗。同时，该车间所有变压器负荷电流都存在严重的无功功率需求，部分变压器平均功率因数仅为0.6左右，存在严重的功率损耗问题，并导致变压器输有功容量严重不足。

联通、电信、网通的办公大楼：电信建筑中通信设备、数据中心机房设备、专用机房空调设备对供电连续性要求非常高，对电压波动各种非常敏感，电磁干扰会数据交换设备造成影响。电力谐波会对通信网络产生干扰，降低通信质量甚至导致通信故障。

电信建筑和数据中心中存在大容量的谐波源负载，大部分为单相非线性负荷，包括：a、UPS电源，单机容量大，大部分为6脉波的UPS不间断电源设备(3次、5次、7次等)；b、开关电源，主要用于计算机等办公设备供电电源，数量多(3次、5次、7次等)；c、变频空调、电梯、水泵等，大量使用，变频驱动设备为主要谐波源(5次、7次等）。

现代商业建筑更加注重智能化、现代化的同时，却使得谐波、电压波动、闪变、三相不平衡等电能质量问题变得尤为严重。尤其对于商建等现代建筑，大量荧光灯、LED屏、变频电梯、空调、风机、充电设备、UPS及电力电子设备等大量的使用现代化用电设备，绝大部分都属于非线性负荷,大大加重了谐波危害，对电网兼容性提出更高的要求。

商建行业平均功率因数在0.78-0.85之间，功率因数处于偏低的状态。荧光照明类设备和LED灯产生的谐波主要以3次谐波为主，电流畸变率为16.5%-46.8%；整流类负载，如变频器，目前大多数以6脉为主，产生5、7、11、13次谐波，5次电流较严重，畸变率为21.8%-28.5%；谐波电流通过叠加汇聚在系统0.4kV主母线，总谐波电流畸变率较低，一般商建配电中心0.4kV母线谐波电流畸变率为10.3%-17.9%。谐波主要以3N次谐波为主，叠加在N线上，使N线电流表现的异常大。

现代化医疗机构为提高医疗服务水平。不断引入新型、复杂的各种先进医疗设备如核磁共振、 CT机、 X光机、血透机等，同时各种节能照明设备、变频空调、电梯设备等大量投入使用。医院有大量的一级负荷，例如：手术室系统、急救设备等。在医院建筑中安装有大量的单相非线性谐波源负载，如:大型医疗设备(CT机、B超机、X光机、核磁共振)的调压设备、现代照明设备、变频空调电梯等。大部分医疗设备对供电质量要求非常高，对电压波动和谐波非常敏感。谐波源负荷分布分散，设备运行时谐波变化大。

随着科学技术的发展，体育馆、展览中心等作为大型的公共建筑，各种新型、高效、多功能的用电设备不断更新，使得这类公共建筑中基于电力电子装置的非线性负荷的应用越来越广泛，例如变频设备、LED灯照明、大型中央空调、冷冻机、冷却泵、水塔等，引起的电能质量问题的因素也逐渐增多，对同样复杂的、对电能质量敏感的用电设备安全可靠运行带来严重的威胁。

目前在公用建筑中使用的暖通、给排水系统均使用了大量变频控制设备，而且内部照明设备的使用量较大，大量照明设备都会产生谐波。受到谐波影响的电网出现了较大的安全隐患。公共建筑中使用的变频设备为6波头变频器，出现的谐波以6、8次为主，也会出现12、14次，而部分会出现高次谐波电流。常见的照明设备是单相整流设备，单向整流设备在运行过程中会产生4次谐波，在中性线周围比较集中，在聚集一段时间后，谐波含量可能超过相线谐波的4倍左右。

炼钢企业：大量采用的是中频炉加热设备，变频驱动设备。电弧炉、中频炉在正常生产时会对电网造成高次谐波、电压闪变、电压波动、电压及电流不平衡。

轧钢企业：轧钢机、打磨机、电机拖动设备，都是采用变频驱动的来实现的，在设备运行过程中会产生5、7、11、13次特征谐波。

石化企业低压配电系统主要谐波源:

（1）机泵的变频调速装置(VVVF)

工艺装置或水系统使用变频调速装置主要目的是：a、节约能源某些机泵实际工作点(流量、压力)可能偏离设计值，在一个较大的范围内变化，用调节原动机(电动机)转速的方法可以带来显著的节能效果；b、用调节原动机速率实现控制功能，取代工艺控制阀，避免控制阀的严重磨损；大多数变频调速装置整流环节为三相桥式可控整流，注入电源系统主要是5次谐波。

（2）不间断电源装置(UPS)

用于对一级负荷中特别重要的负荷供电，这些负荷包括：工艺过程控制DCS系统，配电系统的微机监控系统，火灾报警系统以及工厂智能化信息管理系统等。

UPS产生的谐波主要为次谐波，按照容量不同可能注入系统的谐波电流分为：a、变电所用直流电源成套设备；b、电动机的软起动设备；c、新型照明灯具(节能灯、采用电子镇流器的日灯)；d、其它电子设备。

卷烟厂的负荷种类多，包括：a、生产设备：制丝生产线、卷机包生产线、装封箱等生产线上的生产设备；这些生产设备均为变频驱动设备，谐波污染严重；b、动力中心负载:包括风机、水泵等。有大量的变设备，谐波污染严重。

宝石、单晶硅、玻璃在合成的时候采用的加热设备都是中频炉。在中频炉的整流设备产生的谐波会对电网造成危害。整流部分的作用是把我们生活中用的50HZ的交流电变成一个脉动的直流电的过程。根据整流脉冲数的不同可以分成6脉整流，12脉整流，24脉整流等。

通常的三相6脉冲桥式整流线路在工作时会对电网产生5次，7次，11次，13次和更高次的谐波干扰电流，。如果采用三相6脉冲可控硅桥式整流线路，它们工作时产生的谐波干扰有可能造成当地电网谐波超标（取决于当地电网的短路容量，短路容量应大于400MVA），或导致某些精密设备和仪器不能正常工作；若采用六相12脉冲桥式整流线路，由于变压器的特殊接线方法，5次，7次谐波电流将在变压器内部相互抵消，从而使对电网的谐波干扰大幅度降低。12脉冲可控硅桥式整流线路的低次谐波是11次，不含5、7次谐波分量。

中频炉造成的谐波畸变严重，但是功率因数高达0.9以上，滤波治理困难，容易造成过补偿。

海上石油平台钻井设备的电动机配置如下:2组泥浆泵组的电机、绞车电机、转盘电机、顶驱电机。每一段母线上有4台由全交流变频驱动系统控制的大型电动机。交流变频驱动系统会产生大量的高次谐波，6脉波交流变频驱动系统，将会产生5次，7次，11次，13次等次谐波。

由于变频器功率因数较高，一般在0.9以上，同时产生大量的谐波，电流谐波畸变率THDI达30%以上，因在治理谐波的同时，必须保证系统会过补偿。

变频器作为设备传动的核心部件在造纸行业应用广泛，变频器大量应用运行时，存在其输入侧的功率因数较低的问题，同时又存在谐波干扰的问题，必将产生大量的5、7、11、13次谐波，谐波主要以6N±1次谐波为主，解决方案是根据负荷特性设计调谐式滤波器或采用无源和有源混合滤波装置。而变频器输入侧功率因数较低的原因,不是电流波形滞后于电压，而是高次谐波电流造成的，所以不能通过并联补偿电容器来提高功率因数，而应设法减小高次谐波电流，具体措施就是接入电抗器。 

塑料纸薄膜和芯片生产行业中生产自动控制系统对电能质量的要求很高，供电电源的任何“扰动”都能影响到设备的正常运行，导致产品的次品率增加。可以这样说，电能质量的好坏关系到产品质量的好坏。

港口机械上电子变频装置和晶闸管整流装置的使用越来越广，所占的容量比例也越来越大。非线性的用电负载设备产生的谐波大量地注入电网使系统电压电流波形发生畸变，严重影响了港区的电气质量，威胁着港口、港区用电设备的经济运行，能量浪费大，直至影响通讯设施的工作信息的传输、继电保护系统的的误动和拒动。