1.产品背景

一个理想的电力系统应以恒定的频率（50Hz 或60Hz）和正弦的波形，按规定的电压水平对用户供电。供电的频率、幅值和波形畸变等因素反映了供电质量或电能质量。

电网的频率和幅值很大程度由发电厂控制，而电流和电压波形的畸变则归因于用电设备或负载。传统的线性负载，如白炽灯、磁感应电动机、电阻性发热丝、电容器组等，其电流波形是和正常电网电压波形一致的正弦波，基本没有畸变。但是随着经济、技术的发展，特别是随着电力电子技术的发展， 变频调速器、半导体整流设备、不间断电源、计算机、家用音像设备、节能灯、复印机等新型用电设备的应用迅速增加。这些负载具有显著的非线性特征，从电网汲取的电流波形存在严重畸变，不再是和电网的电压波形一致的正弦波。畸变的电流在电网内阻抗上产生畸变的压降，又会导致供电电压波形畸变。

数学分析表明，畸变的波形是由与电网正常工作频率相同的基波正弦分量和它的高次谐波分量叠加构成的。工业负载所产生的畸变电流波形所包含的典型谐波分量主要有5 次、7 次、11 次和13 次谐波。图描述了由基波和谐波形成畸变波形的情况。

畸变的电流、电压波形含有大量高次谐波分量，导致电网污染，电能质量恶化，对电网和电力用户都会产生严重的危害和影响。当今电力谐波问题已成为主要的电能质量问题。

产生谐波的用电设备非常广泛，如：变频调速器、直流调速系统、整流设备、中高频感应加热设备、晶闸管温控加热设备、焊接设备、电弧炉、电力机车、不间断电源、计算机、通讯设备、音像设备、充电器、变频空调、晶闸管调光设备、电子节能灯、复印机等，工作时都会产生大量谐波。
         
                 
          

2.产品功能与服务

面临严峻的电力谐波污染问题，有源电力滤波器是提高电能质量最有效的工具。有源电力滤波器，是采用现代电力电子技术和基于高速DSP 器件的数字信号处理技术制成的新型电力谐波治理专用设备。有源电力滤波器相当于一个谐波电流发生器，它跟踪谐波源电流中的谐波分量，产生与之等幅反相的谐波电流，从而抵消谐波源产生的谐波电流。

工作原理简介

有源电力滤波器由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，得到指令电流，并通过电流跟踪控制电路和驱动电路，以脉宽调制（PWM） 信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲，驱动IGBT 或IPM 功率模块，生成与谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波，从而实现对电力谐波的动态、快速、彻底治理。

有源电力滤波器还可以根据需要提供基波无功补偿电流，实现动态无功补偿，改善电网的功率因数。

                             
                         
 

功能介绍

谐波滤除：WPQF 由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。指令电流运算电路实时监视线路中的电流，并将模拟电流信号转换为数字信号，送入高速数字信号处理器（DSP）对信号进行处理，将谐波与基波分离，并以脉宽调制（PWM）信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲， 驱动IGBT 功率模块，生成与谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网，对谐波电流进行补偿或抵消，主动消除电力谐波，从而实现对电力谐波的动态、快速、彻底治理。

动态无功补偿：WPQF 在滤波的同时，其指令运算电路可根据检测到的无功补偿需求，控制其内部的补偿电流发生电路输出容性和感性的基波电流，实时进行补偿，无功补偿的目标值可以通过操作面板设定。

WPQF 有三种工作模式可以设定，“滤除谐波与无功”、“只滤谐波”、“只补无功”，根据配电系统的具体情况可选择相应的工作模式。

三相不平衡校正：WPQF 可对不平衡的三相无功功率分别进行补偿，并可通过设备中三相共用的直流储能系统对三线电路中的有功功率进行相间调节，从而对三相不平衡负载进行平衡校正。该功能的投入也可通过操作面板来设定。

3.发展前景

谐波治理的措施主要有三种：一是主动治理，即从谐波源本身出发，通过改进用电设备，使其不产生或少产生谐波；二是受端治理，即从受到谐波影响的设备或系统出发，提高它们抗谐波干扰能力；三是被动治理，即通过安装电力滤波器，阻止谐波源产生的谐波注入电网，或者阻止电力系统的谐波流入负载端。

由于谐波源的广泛性和复杂性，主动治理方法受设备结构、效率、成本、可靠性等因素影响，只能解决部分问题，受端治理方法和被动治理方法仍是目前治理电力谐波问题的主要方法。例如通过串联失谐电抗器抑制无功补偿电容器导致的谐波共振放大，通过在系统中安装无源电力滤波器和有源电力滤波器进行滤波等等。

本产品采用更先进的饱和切换控制策略，能够比普通的有源电力滤波器以更快的速度运行，补偿谐波次数更高，能耗更小，可靠性更高。鉴于有源滤波装置在工业生产中的应用越来越广泛，本产品具有很好的发展前景。

该产品经过了长达7年的理论研究和实验室开发，并参照了市场上现有的产品，技术优势明显，预计在1年内能够成熟推广，年销售额超过500万元。

4.产品优势

更高效率，更低损耗

● 12 脉波变流技术，电流跟踪速度高、纹波低、损耗低

● DSP 与FPGA 协同控制，响应时间在80uS 以内

● 谐波滤除率高，对目标谐波，有效滤除能力可达97% 

● 同时滤除多达20 种谐波，最高可滤除至64 次谐波

● 精心设计的LCL 输出滤波器，保证效率更高，损耗更低

更先进的技术，更强适应能力

● 先进的切换控制算法，不需现场整定参数，保证系统在各种复杂现场的快速性和稳定性

● 先进的谐波电流检测算法，能够同时适用于三相三线APF 和三相四线APF，在电压畸变和三相电流 

不平衡的情况下仍能有效工作

● 自动识别检测电网容性电流，可与电容补偿柜并联运行，不会产生谐振

更多功能、更多模式

● 可设定的谐波分次补偿功能

● 谐波无功综合补偿，具有“滤除谐波与无功”、“只滤谐波”、“只补无功”三种工作模式，满足各种配电系统补偿需求

● 平衡补偿功能，可平衡各相之间的负载电流

● RS485 接口，标准MODBUS.RTU 通讯协议，计算机远程监控功能

更加稳定，更高可靠

● 光纤驱动，安全、可靠、抗干扰能力强

● 严格热设计，确保系统运行安全可靠

● FPGA 硬件逻辑保护，响应速度快，配合软件保护，实现多重保护功能

● 输出容量满载后自动限流，无过载之忧

● 故障自诊断功能

● 历史事件纪录功能

更高功率密度，更易安装维护

● 变流器模块化设计，功率密度高、安装维护方便

● 输出容量大，单机输出容量可达600A 

● 可以多机并联运行，满足各种补偿容量需求

● 可选择的源电流或负载电流检测方式，便于现场安装

5.现有成果附录

专利：

1 一种单相并联型有源电力滤波器的非线性切换控制方法，发明专利，授权号201010260615.X

2 并联型有源电力滤波器交流侧电感值的确定方法，发明专利，申请号201010260626.8

奖励：

1 快速谐波抑制与无功功率补偿装置关键技术研究及应用，山东高等学校优秀科研成果奖，一等奖奖

2 快速有源滤波与动态无功补偿装置关键技术研究及应用，山东省科技进步奖，三等奖

3 快速有源滤波与动态无功补偿装置关键技术研究及应用，济南市科技进步奖，三等奖

4 有源电力滤波器直流侧电压控制与优化，山东省优秀学位论文（指导毕业生）

5 基于电流电压预测的三相不平衡配电网STATCOM装置，山东省研究生优秀科技创新成果奖，三等奖（指导研究生）

6 非线性动力学在电力电子技术中的应用，山东省研究生优秀科技创新成果奖，三等奖（指导研究生）

论文：

1 ZONG, Xiju；CHENG, Xingong，WANG Zhonghua and HAN Zhenlai. Initial boundary value problem and 
asymptotic stabilization of the two-component Camassa-Holm equation on an interval. Abstract and Applied
 Analysis, ISSN 1085-3375. （SCI收录）2011年IF=1.442.

2 张永峰, 程新功, 宗西举, 郭宝珠, 陈静, 侯广松. 单相有源电力滤波器的非线性切换控制. 电力系统保护与控制, 2011, 39(18): 139-144(EI)

3 张永峰, 程新功, 宗西举, 张奉军, 郭宝珠, 陈晓红, 徐 刚. 基于切换系统理论的有源电力滤波器交流侧电感值设计. 电力系统保护与控制, 2011, 39(15): 110-116(EI)