RESINE有源濾波器

RESINE APC 有源濾波裝置采行模塊化結(jié)構(gòu)，其主要原理結(jié)構(gòu)如圖F3所示，包括:電源接入斷路器和高速熔斷保護;

·EMF漣波濾波模塊; ·SCM柔性啟動開關(guān);

·TPA模組;

·ICM智能反向諧波電流發(fā)生模塊;

·DCB模塊;

此外還包括信號采集電流互感器、功能操作面板和可選配的電能質(zhì)量監(jiān)測功能單元。可進行遠程控制管理，實現(xiàn)多臺有源濾波器的聯(lián)合集群控制，以及與電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)和智能配電管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

RESINE有源濾波器包括一體化結(jié)構(gòu)和標準組合模塊結(jié)構(gòu)兩類，能夠適應(yīng)不同應(yīng)用場合的需要，方便根據(jù)需要進行選擇。

對于標準模塊結(jié)構(gòu)，推薦采用標準柜體架構(gòu)，根據(jù)不同容量，單個標準柜體(高*寬*深)有950*440*500毫米,2200*600*800毫米和2200*800*1000毫米三種規(guī)格，可根據(jù)客戶特殊需要配置柜體。

表4:RESINE技術(shù)參數(shù)表

電能諧波對配電網(wǎng)絡(luò)和各類用電負荷設(shè)備的影響及危害主要表現(xiàn)在多個方面，如下圖:

今日世界，電能源是一切工商業(yè)和生活設(shè)施的第一驅(qū)動力。隨著用電設(shè)備大量采用二次電源技術(shù)，非線性負載大量增加，伴隨產(chǎn)生了大量的電能質(zhì)量問題。影響電能質(zhì)量的因素包括電壓突變和諧波畸變，比較普遍和主要的因素是電能諧波畸變。電磁設(shè)備、電力電子裝置等非線性負載和供電設(shè)備都產(chǎn)生程度不一的諧波污染。

到2012年，消除諧波影響的技術(shù)產(chǎn)品包括:傳統(tǒng)采用L-C 諧振技術(shù)的無源濾波器和采用數(shù)字電力電子技術(shù)的有源濾波器。RESINE APC 全功能有源諧波濾波器處于國際領(lǐng)先水平。適用于單相和三相三線、三相四線配電系統(tǒng)，采用OCDI技術(shù)清除用電電路中2~51 次電能諧波危害。

RESINE APC 全功能有源諧波濾波器完全遵循有關(guān)諧波的國際、國內(nèi)標準:

· IEC 1000-3-4

· IEEE 519-1992

· UK: ER G5/3

· GB/T 14549

安裝配置方式 根據(jù)諧波源設(shè)備的分布情況，RESINE的安裝可選擇集中安裝和靠近諧波源設(shè)備的分散就地安裝兩種方式。

一般集中安裝時，容量集中，選擇大容量的落地柜式結(jié)構(gòu)，可選擇與低壓配電柜并柜安裝，柜體結(jié)構(gòu)可根

據(jù)低壓柜要求選擇尺寸，如圖F6。

分散安裝一般容量較小，選擇掛墻式結(jié)構(gòu)或小型落地柜結(jié)構(gòu)，就近安裝在諧波源設(shè)備的進線開關(guān)附近。如

圖F7。

設(shè)備結(jié)構(gòu)RESINE APC有源濾波器包括一體化結(jié)構(gòu)和標準組合模塊結(jié)構(gòu)兩類，能夠根據(jù)需要進行選擇。常規(guī)情形下根據(jù)消除諧波電流容量大小分為:小型可掛墻安裝的箱體形式和標準落地柜式(2米左右高度)結(jié)構(gòu)兩種外觀類型。

RESINE APC有源濾波器根據(jù)其功能要求，包括了信號檢測、分析、控制電路模塊和主回路電氣功能部件與模塊等不同部分。圖F8圖示了RESINE柜體的有關(guān)信號檢測與驅(qū)動控制電路、簡易人機界面的標準操作面及DC母線儲能電容等部件情況。

現(xiàn)場安裝方式RESINE現(xiàn)場安裝分為掛墻式和落地式兩種方式，周圍的空間距離如圖F9所示。

初始調(diào)試與開通 由于有源濾波器是精密電力電子設(shè)備，必須在合格的調(diào)試工程師指導(dǎo)下進行有源濾波設(shè)備安裝和設(shè)備初始投運設(shè)置，請使用專業(yè)電能質(zhì)量分析儀器進行電路測試和參數(shù)檢測，在進行了全面測試后開通設(shè)備。在濾波器投入運行后應(yīng)進行必要的年度檢測，確保濾波設(shè)備正常運行。濾波效果評估RESINE APC有源濾波器的諧波消除能力可采用一般諧波抑制比H.A.R.(HARMONIC ATTENUATION RATIO)表示，如圖F10所示:HAR= Ilh/ Ish對于有源濾波器的容量選擇和投運后對系統(tǒng)的改善應(yīng)參照相應(yīng)電能質(zhì)量標準進行評估。在配置了足夠量的有源濾波裝置后，有源濾波器進行初始化調(diào)試開通后實際運行的H.A.R.應(yīng)大于10，范圍可達10~30。圖F11表現(xiàn)了RESINE APC有源濾波器在接入系統(tǒng)中投入運行前后，在接入點測量的系統(tǒng)電流電壓波形和各次諧波畸變率變化情況。

RESINE APC濾波器的基本接線原理圖見下圖F5，它并聯(lián)在三相交流供配電系統(tǒng)的三個相線上，通過低壓斷路器與負載配電系統(tǒng)連接。

濾波器電流控制信號采集電流互感器一般推薦安裝在靠近負載側(cè)(即濾波器系統(tǒng)接入點的負載側(cè))，在條件不允許安裝在負載側(cè)時，也可以安裝在濾波器接入點的系統(tǒng)側(cè)，則這時需要在濾波器調(diào)試時進行相應(yīng)設(shè)置。

對三相三線系統(tǒng)配置兩相電流互感器，對三相四線系統(tǒng)配置三相電流互感器。電流互感器二次電流信號采用屏蔽雙絞線電纜傳送。

RESINE APC有源濾波設(shè)備已廣泛應(yīng)用于Satons、建筑、制造工業(yè)、軌道交通、油氣開采、電信、機場、港口、大型物流設(shè)施以及數(shù)據(jù)中心等眾多行業(yè)場合，適用主要諧波源負載設(shè)備包括變頻驅(qū)動系統(tǒng)、UPS電源系統(tǒng)、整流驅(qū)動系統(tǒng)和電源系統(tǒng)、可控硅調(diào)壓系統(tǒng)、電力電子照明系統(tǒng)、可控硅整流焊接系統(tǒng)設(shè)備以及數(shù)據(jù)設(shè)備等。包括以下典型應(yīng)用場景:

三相電路瞬時無功功率理論是APF發(fā)展的主要基礎(chǔ)理論;APF有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種，前者用的多;并聯(lián)有源濾波器主要是治理電流諧波，串聯(lián)有源濾波器主要是治理電壓諧波等引起的問題。有源濾波器同無源濾波器比較，治理效果好，主要可以同時濾除多次及高次諧波，不會引起諧振，但是價位相對高!

(一)設(shè)計原理

濾波器是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制(或衰減)無用頻率信號的電子電路或裝置。在工程上，常用它來進行信號處理，數(shù)據(jù)傳送或抑制干擾等。以往濾波器主要采用無源元件R、L、和C組成，目前一般用集成運放、R、C組成，常稱為有源濾波器。

在一個實際的電子系統(tǒng)中，有時輸入信號往往受干擾等原因而含有一些不必要的成分，應(yīng)當(dāng)把它衰減到足夠小的程度。而在另一些場合，有時我們需要的信號和別的信號混在一起，應(yīng)當(dāng) 設(shè)法把我們需要的信號挑出來。要解決這些問題都需要采用有源濾波器。

用在系統(tǒng)可編程模擬器件實現(xiàn)有源濾波器的設(shè)計非常方便。通常用三個運算放大器就可以實現(xiàn)雙二階型函數(shù)的電路。而雙二階型函數(shù)能實現(xiàn)所有的濾波器函數(shù)，如低通、高通、帶通、帶阻。雙二階函數(shù)的表達式如3-17-1所示，式中m=1或0，n=1或0。

3-17-1

這種電路的靈敏度相當(dāng)?shù)?，電路容易調(diào)整。另一個顯著特點是只需增加少量的元件就能實現(xiàn)各種濾波函數(shù)。3.16節(jié)可知ispPAC10、ispPAC20器件結(jié)構(gòu)與功能，實現(xiàn)這樣的電路很容易。首先討論低通濾波器的轉(zhuǎn)移函數(shù)如3-17-2式。

3-17-2

3-17-3

3-17-4

3-17-4式可寫成3-17-5式形式

b=k1k2 3-17-5

3-17-1為雙二階有源濾波器方框圖。

不難看出方框圖中的函數(shù)可以分別用反相器電路、積分電路、有損積分電路來實現(xiàn)。把各個運算放大器電路代入3-17-1的方框圖即可得到3-17-2電路。

然而現(xiàn)在已不再需要電阻、電容、運放搭電路了，調(diào)試電路了。利用在系統(tǒng)可編程器件可以很方便的實現(xiàn)此電路。ispPAC10能夠?qū)崿F(xiàn)方框圖中的每一個功能塊。PAC塊可以對兩個信號進行求和或求差，K為可編程增益，電路中把K11、K12、K22設(shè)置成+1，把K12設(shè)置成-1。因此三運放的雙二階型函數(shù)的電路用兩PAC塊就可以實現(xiàn)。在開發(fā)軟件中使用原理圖輸入方式，把兩個PAC塊連接起來。

電路的CF是反饋電容值，Re是輸入運放的等效電阻。其值為250kΩ。兩個PAC塊是輸出分別為Vo1和Vo2?？梢苑謩e得到兩個表達式，3-17-6表達式為帶通函數(shù)、

3-17-6

3-17-7表達式為低通函數(shù)

3-17-7

實際利用ispPAC進行濾波器的設(shè)計時，一般在其開發(fā)軟件PAC-Designer中含有一個宏，專門用于濾波器的設(shè)計，設(shè)計者只要根據(jù)所要求選擇不同類型，不同性能指標的濾波器配置電路，不需要自己連接電路，只要輸入濾波器的相應(yīng)指標。如fo、Q等參數(shù)，即可自動產(chǎn)生濾波器電路。例如:用ispPAC10或ispPAC20設(shè)計時，需要在自動生產(chǎn)的濾波器電路里設(shè)置相應(yīng)的增益和電容值。然后用模擬器模擬出所設(shè)計濾波器的幅頻和相頻特性。并與現(xiàn)實進行較，是否符合技術(shù)要求。

例如:根據(jù)3-17-6和3-17-7給出的方程，輸入相應(yīng)的技術(shù)指標，便可以在PAC Designer軟件中濾波器設(shè)計的宏里自動產(chǎn)生雙二階濾波器電路，增益和相應(yīng)電容值根據(jù)需要進行設(shè)置。開發(fā)軟件中還有一個模擬器，用于模擬濾波器的幅頻和相頻特性。

(二).ispPAC器件設(shè)計有源濾波器舉例

ispPAC80是lattice公司繼ispPAC10和ispPAC20后推出的一種專門用來實現(xiàn)高性能連續(xù)時間低通濾波器的模擬可編程器件。該器件內(nèi)部包含了儀表放大器增益級，內(nèi)核是一個五階濾波器，其軟件設(shè)計方法與ispPAC10、ispPAC20稍有不同。

每一片ispPAC80器件可以同時存儲兩組不同參數(shù)的五階濾波器配置(cfgA和cfgB),在進行設(shè)計前其默認值是空的(cfgA.unknown,cfgB.unknown)。ispPAC80軟件庫中含有八千多種不同類型和參數(shù)的五階濾波器庫，設(shè)計者可以調(diào)用該庫從而方便地完成設(shè)計。例如:先設(shè)計第一個配置(cfgA):雙擊cfA unkown所在的矩形框，產(chǎn)生如圖3-17-7所示的五階濾波器庫。

該庫中含有各種不同類型的濾波器，如薩頓斯濾波器(Satons)、巴塞爾濾波器(Bessel)、線性濾波器、高斯濾波器(Gaussian)，巴特沃斯濾波器(Butterworth)、橢圓濾波器等，每種類型的濾波器根據(jù)其參數(shù)值的不同，又分為不同的具體型號，共8244種。設(shè)計者只需要具備關(guān)于濾波器技術(shù)指標等知識，如通帶頻率、止帶頻率、止帶衰減，相位線性度，群延時等。設(shè)計者根據(jù)所需要的設(shè)計的目標濾波器的各項指標的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫里挑選出與目標技術(shù)指標比較接近(相差不會超過3.0﹪)的組構(gòu)方案。比如根據(jù)設(shè)計設(shè)計要求選定一種濾波器，如第4001種(ID號為4000)的橢圓濾波器，雙擊該ID號，將該種濾波器拷貝進ispPAC80的第一組配置ConfigurationA中。

雙擊輸入使用運放IA圖形，可以調(diào)整輸入增益倍數(shù)(1.2.5或10)。同樣，雙擊wakeup=cfgA的梯形圖標，可以設(shè)置激活配置cfgA或cfgB。在上述設(shè)計輸入完畢后，軟件就可自動完成對濾波器的電路進行連接與參數(shù)配置。設(shè)計輸入完畢后，按Tool=Run Simulator菜單，可對設(shè)計進行仿真，方法與3.16節(jié)相同。若仿真結(jié)果仍與設(shè)計要求有所偏差，則還可以調(diào)整3-17-8中濾波器的參數(shù)C1、C2、C3、C4、L2、L4和C5(雙擊該處即可進入?yún)?shù)調(diào)整狀態(tài))。

(二)spPAC80的特性曲線如3-17-10所示，供設(shè)計參考

1. 低通五階濾波器增益為1，轉(zhuǎn)折頻率為10kHz，通帶內(nèi)允許最大波動為±1dB。

2. 設(shè)計一雙二階有源濾波器，要求實現(xiàn)低通、帶通、高通輸出。帶通中心頻率fo為10kHz，低通、高通轉(zhuǎn)折頻率均為10kHz，增益為2。

1.畫出所設(shè)計有源濾波器原理圖

2.用PAC-Designer軟件根據(jù)設(shè)計要求設(shè)計出濾波器，打印出仿真曲線，并把設(shè)計好的濾波器下載到相應(yīng)的芯片里。

3. 在實驗儀器對芯片進行測試，芯片里的濾波器性能指標是否符合要求。

五.實驗儀器及器件

所用儀器同3.16

ispPAC20、ispPAC10、ispPAC80適配板各一塊。

有源濾波器

70年代初期，日本學(xué)者就提出了有源濾波器APF(Active Power Filter)的概念，即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達到實時補償諧波電流的目的。

與無源濾波器相比，AFP具有高度可控性和快速響應(yīng)性，能補償各次諧波，可抑制閃變、補償無功，有一機多能的特點;濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險;具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。