スムーズな運転のための高精度三相不平衡補正、APF 25A

製品説明

定数容量	50–900kVA
位相方式	3p3w/3p4w
主周波数	50／60Hz ± 5％
回路トポロジー	3段階
複数の補償モード	高調波、無効電力、三相負荷不平衡の補償
フィルタ範囲	2次から50次までの奇数次高調波（次数別補償または全補償）
高調波除去率	≥98%
フィルタ性能	定格負荷時、通常THDi ≤ 5％
三相負荷バランス効果	負相および零相電流を低減するため、≤ 5％
目標力率	補償後システム力率＞0.98（定格容量時）
中性線リニアフィルタリング機能	定格フィルタ電流の3倍（4線式機器の場合）
SVGのスイッチング／制御周波数	25.6kHz
SVGの応答時間	≤5ms
コンデンサ制御インターフェース	16通り
コンデンサ応答時間	≤1秒
システムアクティブロス	≤2.5％
出力電流制限	定格容量の100％以内での自動出力制限
制御アルゴリズム	インテリジェントFFT、ADALINE、高速フーリエ変換および瞬時無効電力アルゴリズム
コントローラー	DSP＋FPGA
保護	ハードウェア保護、ソフトウェア保護
制御接続	電気接続
人間機械インターフェース	4.3インチ／7インチ／10インチタッチ式TFT LCD HMI
騒音	＜60dB（低速運転時＜45dB）
取り付け方法	モジュール内蔵（ラック式）、壁面取付け、床置き式
保護レベル	IP43（最大）
冷却方法	速度制御型インテリジェント空冷PWMファン
色	RAL 7035 工業用グレー／ブラック
周囲温度	-20~55℃
相対湿度	最大95％（結露なし）
取り付け高さ	標高≤2000mでの定格容量。標高＞2000mでは適切な負荷削減を実施
資格	CE、IEEE61000、型式試験報告書、ISO9001:2015
適合基準	IEEE 519、ERG5／4
通信プロトコル	Modbus RTUリモート通信プロトコルおよびTCP/IPプロトコルを採用；2チャンネルRS485およびCANバス対応、モバイルAPP操作対応、イーサネット対応

APF（能動形電力フィルタ）の動作原理

1. 核心概念

APFは、非線形負荷によって発生する高調波電流および無効電流と、同じ振幅で位相が逆の補償電流を生成します。この補償電流を電力網に注入することで、歪んだ負荷電流を打ち消し、電力網側には標準的な正弦波基本波電流のみが残ります。

2. システム構成

APFシステムは、以下の3つのコア部品から構成されます：

高調波検出ユニット
サンプル取得により、負荷電流および系統電圧をリアルタイムで測定し、高調波電流、無効電流、逆相電流成分を分離します。
電流追従制御ユニット
抽出された歪み成分を補償用参照信号として取り込み、PWM駆動パルスを出力します。
主電力インバータユニット
三相PWMコンバータおよびDCエネルギー蓄積用コンデンサで構成され、駆動信号に応じて逆位相補償電流を出力します。

システム論理フロー

電力系統 → 非線形負荷（整流器、インバータ、溶接機など、高調波を発生させる負荷）

↓

電流トランスフォーマーによるサンプリング → 高調波検出アルゴリズム → 補償電流参照信号

↓

PWMインバータ（電圧安定化用DCコンデンサ） → 逆位相補償電流の出力

↓

負荷端子に補償電流を注入して高調波を除去

3. 詳細なモジュール原理

(1) 高調波電流検出：ip-iq瞬時無効電力理論

これは産業用APFの主流の検出アルゴリズムです。

三相負荷電流を取得する \座標変換により信号をα-β静止座標系に変換する；
信号を直流有効成分（基本波有効電力）、直流無効成分（基本波無効電力）および交流脈動成分（すべての高調波）に分解する；
直流基本波成分をフィルタリング除去する；残った交流脈動信号が、必要な補償用参照電流である \

オプションの補償モード：

高調波のみ補償：交流高調波成分のみを除去する；
高調波および無効電力の包括的補償：高調波と無効電力を同時に補償する；
三相不平衡対策：負序電流補償参照値を追加。

(2) 電流閉ループ追従制御

PI制御、反復制御、またはモデル予測制御を採用し、インバータの実際の出力電流が参照補償電流を迅速に追従するように制御することで、高速な動的応答を確保します。

(3) 主回路インバータの原理

DCリンクコンデンサが直流電圧を安定的に維持します。PWMパルスによりIGBTをスイッチングすることで、コンバータは直流電圧を所定の波形に合致した交流補償電流に変換し、それをAC電力網へフィードバックして負荷による歪みを相殺します。

4. APFの利点

ダイナミックなリアルタイム補償で、負荷歪みの変動にも柔軟に対応可能；
高調波、無効電力、および三相不平衡を統合的に制御可能；
系統インピーダンスとの共振リスクがなく（受動型LCフィルタとは異なり）；
広範囲の補償周波数帯域を有し、複数の高調波次数に対応可能。

なぜAPFが必要なのか

1. APFを導入しない場合の非線形負荷が引き起こす問題

周波数変換器、整流器、溶接機、UPS、充電スタンドなどの現代産業用負荷は非線形負荷であり、深刻な高調波歪みを発生させ、以下のような複数の危険を招きます。

送配電網の電圧および電流波形を歪ませ、標準正弦波から逸脱させる
トランス、ケーブル、モーターに過剰な熱損失を生じさせ、機器の寿命を短縮する
保護リレー、PLC、精密計測器の誤動作を誘発する
従来の受動型LCフィルターと共振を起こし、高調波汚染を増幅させる
力率低下を招き、電力会社による無効電力課金（罰金）を引き起こす
三相電流の不平衡を引き起こし、中性線の過熱および焼損を招く

2. 従来の受動型LCフィルターの限界

受動型フィルターは固定次数の高調波のみを抑制可能であり、以下の明確な欠点を有します：

特定の高調波周波数のみをターゲットとし、負荷変動に伴う高調波への対応ができない
系統インピーダンスとの共振が起こりやすく、高調波増幅事故を引き起こす可能性がある
大型・重量級で、設置スペースを大きく占める
動的応答性能が劣り、急激に変化する負荷ひずみに追随できない
単一機能：高調波フィルタリングまたは無効電力補償のいずれかを個別に実行するのみ

3. APFを不可欠にする独自の優位性

（1）オールインワン型の包括的電力品質対策

APFは、高調波抑制、無効電力補償、三相不平衡調整という3つの主要機能を同時に実現できます。1台の装置で複数の電力品質問題を同時に解決します。

（2）優れた動的リアルタイム応答性能

負荷ひずみ電流をマイクロ秒レベルで検出し、相殺補償電流を即時に出力します。負荷電力や高調波成分が頻繁に変化しても、即座に適応可能であり、これは受動型フィルタでは達成できません。

(3) 電力系統との共振リスクなし

APFは制御された電流源として補償電流を能動的に出力するため、系統のインダクタンスやキャパシタンスと共振回路を形成せず、高調波増幅事故を完全に回避します。

(4) 広帯域補償周波数範囲

2次～50次までの高調波を同時に抑制可能であり、複数の高調波次数が混在する複雑な運用条件にも対応します。

(5) 変動する電力系統下でも安定した補償効果

系統電圧の変動や負荷電流の大幅な変化が生じても、補償性能が劣化しません。手動によるパラメータ調整を必要とせず、自動で最適化されます。

(6) 小型設計・柔軟な設置性

モジュール設計により並列拡張が可能で、従来の大型LCフィルターキャビネットと比較してコンパクトなサイズにより、キャビネット内スペースを節約できます。

4. APF設置による経済的メリット

電力会社から課される力率低下による罰金（力率ペナルティ）を解消します。
配電設備の余分な電力消費および熱損失を削減し、電気料金を低減
トランスフォーマー、モーターおよび高精度制御機器の寿命を延長し、保守および交換コストを削減
電力品質の劣化による機器の誤動作または焼損に起因する生産停止による損失を回避

APFの適用事例

事例1：自動車溶接・塗装生産ライン

荷重発生源

大規模自動車製造工場では、組立ライン上で数百台のDC溶接機、サイリスタ加熱炉およびインバータ駆動装置（VFD）が使用されている。

当初の課題

第5次、第7次、第11次高調波ひずみが著しく、THDiは70％に達していた
三相電流の著しい不平衡および中性線の過熱
PLCやリレー保護装置の頻繁なトリップ、およびコンデンサバンクの焼損
力率が最低で0.72まで低下し、毎月大きな力率罰金が課されていた

APFソリューション

主低圧母線に600A三相4線式モジュラーAPFを2セット設置

運用後の効果

総高調波歪率（THDi）が70％から4.4％に低下し、IEEE 519規格を完全に満たす
三相不平衡率が102％から6.1％に低減
力率が0.99以上で安定化し、力率罰金が発生しなくなった
電力品質干渉による予期せぬ生産ラインの停止が発生しなくなった

自動溶接工場

電流波形（設置前後）

高調波スペクトル比較

ケース2：大手通信事業者のデータセンター

荷重発生源

数千台の6パルスUPS、サーバー用スイッチング電源、液体冷却用周波数変換器

当初の課題

中性線に大量の3次高調波が蓄積し、隠れた火災リスク
コンデンサバンクと系統間の高調波共振による電圧ひずみ
ストレージサーバーおよび通信機器の頻繁なクラッシュ

APFソリューション

合計補償容量4000Aのモジュラー型APF装置10台を、電力分配室に集中設置

運用後の効果

中性線の3次高調波電流が90％以上低減
フィルター応答時間≤5ms、2次～51次高調波を抑制
リモートクラウド監視に対応し、無人運用データセンターに適合
改修後、サーバーの異常再起動故障がゼロ

ケース3：商業ショッピングモールおよび複合施設

荷重発生源

大規模LEDスクリーン、LED照明、エレベータ用インバータ、中央空調用VFD、充電スタンド

当初の課題

分散配置された非線形負荷から発生する混合多次数高調波
変圧器の過剰な発熱、高電力消費
エレベータ制御システムの誤動作、照明のちらつき

APFソリューション

各階の分電盤に壁掛け型モジュール式APFを設置し、分散補償

運用後の効果

THDiを5％以下に抑制、電圧波形は滑らかな正弦波
変圧器温度が8–12℃低下、年間電力損失が7％削減
照明のちらつきおよびエレベータ制御の故障を解消

壁掛け型APFキャビネット

ケース4：EV急速充電ステーションクラスター

荷重発生源

大容量整流モジュールを搭載した高電力DC急速充電器

当初の課題

車両の充電／離脱時に発生する高調波電流および無効電流の瞬時急激な変動
系統電圧の低下、近隣住宅への高調波干渉
電力会社からの電力品質是正通知

APFソリューション

充電ステーションの受電盤に並列設置されたAPF（能動形電力フィルタ）による、高調波＋無効電力＋不平衡電流の統合補償

運用後の効果

マイクロ秒単位で高速変動する充電負荷へのダイナミック追従
系統側の力率が常に0.98以上を維持
周辺住民からの電力品質に関する苦情ゼロ

ケース5：太陽光発電（PV）およびLNGを活用した産業向け新エネルギー発電所

荷重発生源

グリッド連系型太陽光インバータ、コンプレッサ用VFD、LNG生産ラインの整流負荷

当初の課題

PVインバータが高周波高調波を工場内の内部グリッドに注入
従来の受動型LCフィルタはPVシステムとの共振を起こしやすい
系統連系時の電力品質が、電力網接続基準を満たさない

APFソリューション

並列型APFを、太陽光パネル集合箱の400V低圧側に設置

運用後の効果

フィルタと新エネルギー系グリッド間の共振リスクを完全に回避
電力網の高調波接続要件を満たし、電力局の検収を通過
PV出力の変動時に工場内の電圧を安定化

事例6：病院および医療用精密機器室

荷重発生源

MRI、CT、X線装置などの高電力整流設備、医療用UPS、生命維持装置

当初の課題

高調波ノイズが医療画像データを歪める
生命維持装置への干渉、患者に対する潜在的な安全上の危険

APFソリューション

医療機器の電源回路専用に設置された小容量壁掛型APF

運用後の効果

電気的ノイズのないクリーンな電源供給
安定した医療画像信号、機器異常アラームゼロ

事例7：製鋼・電気アーク炉工場

荷重発生源

電気アーク炉、圧延機などの高電力整流負荷による激しくランダムな電流変動

当初の課題

深刻な電圧フリッカ、大きな逆相電流
変圧器の劣化加速、高額な保守コスト

APFソリューション

SVGと組み合わせた高電流キャビネット型APFによるハイブリッド補償

運用後の効果

フリッカーおよび負相電流を同期して抑制
トランスフォーマーの寿命を5年以上延長

Hisolar（浙江京勝電気有限公司）は、電力インバータ、ハイブリッド太陽光インバータ、カスタマイズ型インバータ用PCB基板、その他のクリーンエネルギー製品の製造に特化しています。

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アクティブハーモニックフィルター / AHF APF

製品

スムーズな運用のための高精度三相不平衡補正

製品説明

APF（能動形電力フィルタ）の動作原理

1. 核心概念

2. システム構成

システム論理フロー

3. 詳細なモジュール原理

(1) 高調波電流検出：ip-iq瞬時無効電力理論

(2) 電流閉ループ追従制御

(3) 主回路インバータの原理

4. APFの利点

なぜAPFが必要なのか

1. APFを導入しない場合の非線形負荷が引き起こす問題

2. 従来の受動型LCフィルターの限界

3. APFを不可欠にする独自の優位性

（1）オールインワン型の包括的電力品質対策

（2）優れた動的リアルタイム応答性能

(3) 電力系統との共振リスクなし

(4) 広帯域補償周波数範囲

(5) 変動する電力系統下でも安定した補償効果

(6) 小型設計・柔軟な設置性

4. APF設置による経済的メリット

APFの適用事例

事例1：自動車溶接・塗装生産ライン

荷重発生源

当初の課題

APFソリューション

運用後の効果

ケース2：大手通信事業者のデータセンター

荷重発生源

当初の課題

APFソリューション

運用後の効果

ケース3：商業ショッピングモールおよび複合施設

荷重発生源

当初の課題

APFソリューション

運用後の効果

ケース4：EV急速充電ステーションクラスター

荷重発生源

当初の課題

APFソリューション

運用後の効果

ケース5：太陽光発電（PV）およびLNGを活用した産業向け新エネルギー発電所

荷重発生源

当初の課題

APFソリューション

運用後の効果

事例6：病院および医療用精密機器室

荷重発生源

当初の課題

APFソリューション

運用後の効果

事例7：製鋼・電気アーク炉工場

荷重発生源

当初の課題

APFソリューション

運用後の効果

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