56 《 质量与认证》2018·10
[摘要] 有源电力滤波器（APF）作为一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置，它能够对不同大小和频率的谐波进行快速跟踪补偿，本文主要对有源电力滤波器的能效评价方法进行了研究，为界定APF能效水平提供了方法和依据。 [关键词]
APF 谐波 能效评价
文／倪卫洁 刘旸
一、S V G、A P F及M E C等设备节能研究
目前，国内外普遍采用谐波抑制、无功补偿等技术手段处理供电电压偏差、电力系统频率偏差、三相电压不平衡、谐波抑制等典型电能质量问题。普遍认为，电能质量问题只能以电力电子技术为核心手段来加以解决[1]，随着电力电子技术和微处理器的迅速发展，S V C（静止无功力补偿装置） 、S V G（静止无功力发生器）、A P F（有源电力滤波器）、M E C（多功能电气控制器及优化器）等装置在无功补偿、滤除谐波等提升电能质量方面发挥出了良好效果。然而，随着电力电子器件开关频率的提高和开关容量的增加[2]，S V G、A P F、M E C等电能质量类提升设备中使 用的可关断大功率电子器件（如I G B T）工作时产生的电能损耗也急剧升高[3]。高电能损耗产生的热量既降低了设备整体电能利用效率，又可能由于散热能力的限制而降低设备性能，严重时可危及设备安全，大量的研究对此类损耗给予了高度关注 [4]。 IGBT模块损耗主要包括3种状态，即通态损耗、开通损耗、关断损耗。实际上，除此之外还存在断态损耗（漏电流引起，对应断开状态），但其值很小一般予以忽略[5]。并且，通态稳定时，通态损耗也 基本维持在恒定水平，因此，重点研究和考虑的是开通损耗和关断损耗的变化影响[5]。影响I G B T开通损耗和关断损耗的原因很多，除与I G B T芯片自身外，还受到包括驱动电路的
电压上升时间、负载电流、负载电压以及控制开关的频率等因素影响[6]。
考虑到现阶段我国I G B T的自主生产水平及使用现状，应重点探讨除I G B T本体结构以外的负载电压、负载电流、开关频率等工作状态参数对其损耗的影响规律，以求通过优化控制等手段，从使用层面降低其损耗，并从上述角度出发研究此类设备的能效指标，建立其能效水平评价技术规范。
二、A P F能效评价特征参数选取及测试装置
1. APF典型结构
有源电力滤波器实质上是一个与负荷谐波电流及基波无功电流反相位的特殊补偿电流源，由4
专题
【DOI】10.ki.10-1214/t.2018.10.003
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图1 APF典型结构
部分组成，如图1所示：
（1）逆变主电路。（2）输出滤波器。（3）控制系统。（4）辅助电路。
司令图其中逆变主电路为三相电压源型P W M 逆变器（V S I ），一般采用绝缘栅双极型晶体管（I G B T）作为开关器件，使用电解电容作为储能元件，常见的拓扑结构可以为半桥两电平、半桥三电平或全桥结
构，详细结构及工作原理可见相关参考文献，这里不再赘述。
输出滤波器一般为单滤波电感结构或T型结构（L C L，两个滤波电感和一个滤波电容），电感和电容均有高频（10~30k H z）工作要求，一般滤波电感的材料可以为矽钢片、铁氧体、铁硅铝、铁硅等。
控制系统为A P F的大脑，一般以高速数字控制芯片为核心，并配以先进的谐波检测、P W M 调制、指令电流跟踪算法，更先进的控制系统还有智能接口和图形化界面。
光触媒滤网辅助电路包括辅助电源、强迫
风冷系统、I G B T 驱动电路、检测电路等。
2. 能效评价特征参数选取
3. 试验平台及测试方案
测试电路如图2所示。
（1）谐波负载应为三相四线制
负载，一般可为
二极管不控整流后接L C R组合的方式，谐波负载中的谐波电流含量应接近于待测A P F的额定电流（可为
80%以上），谐波负载在测试过程中的电流和电压应比较稳定，A P F 投入前，谐波负载至少应已投入运行30mim。
（2）除“全响应时间”测试项之外，其他几项的测试必须在APF已稳定运行1h后进行。
（3）所有测试项必须在相同条件（A P F和负载的硬件、软件均不能改变，电网环境、空气温度等也
必须相同）下进行测试，如果某一项没有通过，经过程序修改后需要重新测试，则所有测试项必须全部重新测试，之前测试结果不做参考。
表1 选定的APF能效评价特征参数
图2 试验平台电路图
（4）所有直接得到的测试数据应至少记录10个值，并在去掉最大和最小值后将其余数值进行平均得到的值作为最终的测试数据。
三、A P F能效评价特征参数测试方法
水塔控制器1.总谐波滤除率
测试方法
使用电能质量分析仪分别测量A P F投入前和投入后的电网电流的畸变率和基波电流有效值，并由此计算出投入前后的电网电流谐波电流有效值，A P F投入后的电网电流谐波电流有效值除以投入前的电网电流谐波电流有效值就得到总谐波滤除率。A P F投入前谐波负载至少应已稳定运行30m i m，A P F投入稳定运行1h后方可记录投入后的测试数据。
该指标越高，对配电网带来的节能效果越显著。
2. 额定功率损耗率
测试方法
在A P F额定电流（输出电流不小于额定电流的90%）输出情况下，使用电能质量分析仪测量A P F输出侧的有功功率，得到的值除以设备的额定功率就是额定功率损耗率，A P F投入前谐波负载至少应已稳定运行30分钟，A P F投入稳定运行1h后方可记录测试数据。
该指标越低，说明APF的工作效率越高。
3. 空载损耗率
测试方法
在APF空载（负载不投入）输
出情况下，使用电能质量分析仪测
量A P F输出侧的有功功率，得到的
值除以设备的额定功率就是额定功
率损耗率，A P F投入稳定运行1h后
方可记录测试数据。
该指标越低，说明APF的工作
效率越高。
4. 全响应时间
测试方法
先不投入负载，投入APF稳定
空载运行至少1h后，突然投入谐波
负载，通过示波器观察设备输出
电流从稳定补偿电流的10%上升到
90%所需的时间，这个时间就是全蜂巢发动机
响应时间。
该指标越小，对配电网带来的
节能效果越显著。
5. 纹波电流含量
柴油燃烧器
测试方法
投入APF满载（额定负载）稳
定运行至少1h后，使用电能质量分
析仪测量设备输出电流中的纹波电
流（频率为开关频率）的有效值大
小。然后用这个值除以设备额定电
流就得到纹波电流含量。
该指标越小，对配电网带来的
节能效果越显著。
四、结论
本文运用能效水平评价思路对
有源电力滤波器（A P F）进行了研
究，建立了A P F设备的能效评价技
术规范。并在探索建立能效评价技
术规范的过程中，通过建立科学
合理的研究路线，研究了A P F的
能耗规律，并识别出影响其能效
水平的关键参数。所得成果可为
电力系统建立相关产品企业标准
提供参考，并为配电网无功补偿
改造项目的节能效果提供评价依
据。
[参考文献]
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[5] 曾江，叶小军，刘艳, 欧
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[6] 衣鹏，王心坚，孙泽昌.
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