無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)概述

關(guān)于無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)隨著電網(wǎng)中非線性負(fù)載（如電力電子裝置、可調(diào)速電機(jī)）應(yīng)用的增多，供電質(zhì)量日趨下降，電網(wǎng)中的諧波含量嚴(yán)峻超過我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電力用戶的平安用電構(gòu)成威逼。并且，我國(guó)對(duì)電力市場(chǎng)管制的開放，無(wú)疑加劇電力市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，一方面電力用戶對(duì)供電電源的諧波含量的要求越來(lái)越高，另一方面電力公司對(duì)電力用戶注入電網(wǎng)的諧波水平也提出了限制。因此，對(duì)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)平安運(yùn)行起到特別重要的作用的電力濾波器有大量的市場(chǎng)需求和市場(chǎng)潛力。概述電力系統(tǒng)是由電感、電阻、電容組成的網(wǎng)絡(luò)，在肯定的參數(shù)協(xié)作下可能會(huì)對(duì)某些頻率產(chǎn)生諧振,誘發(fā)出過度的電壓和電流。因此，應(yīng)盡量避開諧振。對(duì)于正常設(shè)計(jì)的電網(wǎng)來(lái)說,發(fā)生工頻諧振的可能性很小。但是，卻有可能在某些高次諧波下諧振，使諧波電流和電壓劇增，危害設(shè)施的運(yùn)行和平安。當(dāng)諧波源產(chǎn)生的諧波大于規(guī)定限值時(shí)，應(yīng)裝設(shè)濾波裝置。在諧波源處裝設(shè)濾波器，就地汲取諧波電流，可以使注入系統(tǒng)的諧波削減到很低的程度，這是當(dāng)前最主要的抑制諧波的手段。目前大量應(yīng)用于在電力系統(tǒng)中的是無(wú)源溝通濾波裝置，由電力電容器、電抗器和電阻組成，可以抑制諧波并兼有肯定的無(wú)功補(bǔ)償作用。無(wú)源濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、運(yùn)行牢靠、維護(hù)便利，成本低、技術(shù)成熟。最抱負(fù)的濾波器設(shè)計(jì)是能夠?qū)⒆⑷氲娜恐C波都進(jìn)行衰減的單個(gè)寬頻帶結(jié)構(gòu)，但需要的電容量特別大，比較經(jīng)濟(jì)的做法是使用單調(diào)諧濾波器將較低次的諧波衰減掉，由高通濾波器衰減較高次數(shù)的諧波。無(wú)源諧波濾波器包括一組對(duì)應(yīng)于某幾次低次諧波的單調(diào)諧濾波器組和一個(gè)用于濾除高次諧波的高通濾波器。運(yùn)行特點(diǎn)使用無(wú)源濾波器的特點(diǎn)主要有：①濾波效果受電網(wǎng)阻抗影響大，會(huì)因制造誤差、設(shè)施老化、電網(wǎng)頻率變化造成濾波效果下降；對(duì)諧波頻率常常變化的負(fù)載濾波效果差。②簡(jiǎn)潔與電網(wǎng)產(chǎn)生諧振,產(chǎn)生并聯(lián)或串聯(lián)諧振，造成諧波放大；③對(duì)諧波進(jìn)行抑制的同時(shí)引入肯定量的無(wú)功，兼有諧波補(bǔ)償和無(wú)功補(bǔ)償功能；④可采用現(xiàn)有無(wú)功補(bǔ)償設(shè)施容量；⑤不具有處理簡(jiǎn)單頻譜諧波的力量。⑥簡(jiǎn)潔過載而產(chǎn)生危急無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)需要輸入的數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)完成給出的參數(shù)需要輸入的數(shù)據(jù)：諧波電壓電流母線線電壓系統(tǒng)基波電抗用戶要求的綜合電壓諧波畸變率指標(biāo)奇次及偶次電壓諧波畸變率指標(biāo)負(fù)荷視在功率用戶要求的基波無(wú)功補(bǔ)償容量系統(tǒng)等值頻率失諧度設(shè)定值：綜合諧波電壓畸變率指標(biāo)的裕度單調(diào)諧濾波器組對(duì)應(yīng)的諧波次數(shù)、品質(zhì)因數(shù)高通濾波器的截止頻率次數(shù)高通濾波器品質(zhì)因數(shù)設(shè)計(jì)給出裝有濾波器后的參數(shù):各諧波次數(shù)及其正負(fù)等值頻率失諧度處的電壓畸變率綜合電壓畸變率各次諧波可能的諧波電流放大倍數(shù)諧波電流源的系統(tǒng)綜合阻抗頻率特性曲線諧波電壓源的阻抗分壓比頻率特性曲線濾波器中電容器、電抗器、電阻器的參數(shù)電容容量采用率有功損耗率無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則設(shè)計(jì)濾波器的抱負(fù)目標(biāo)是將波形畸變完全消退，但是因犯難以預(yù)先估量整個(gè)電網(wǎng)的諧波分布，實(shí)際中濾波器的設(shè)計(jì)的任務(wù)是在確定的系統(tǒng)和諧波源的條件下，使母線電壓畸變率和注入系統(tǒng)的各次諧波電流符合規(guī)定指標(biāo),并保證裝置平安牢靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。濾波器參數(shù)的選擇應(yīng)滿意下列要求：(1)不與諧波源產(chǎn)生并聯(lián)諧振;(2)不與系統(tǒng)發(fā)生串聯(lián)諧振；(3)當(dāng)電源頻率在肯定范圍內(nèi)變化時(shí)，濾波器能連續(xù)正常工作；(4)濾波器組能供應(yīng)正確的無(wú)功補(bǔ)償容量。設(shè)計(jì)時(shí)通常是先計(jì)算出各濾波器支路應(yīng)輸出的無(wú)功量，然后得到各支路的R、L、C參數(shù)值。設(shè)計(jì)單調(diào)諧濾波器時(shí)，作如下假設(shè)：(1)要消退的第〃次諧波電流不被放大，并全部通過該次單調(diào)諧濾波器；(2)濾波器工作在完全調(diào)諧狀態(tài)，即呈純電阻性質(zhì)；(3)濾波器只流過基波電流以及要濾除的諧波電流。高通濾波器不像單調(diào)諧濾波器那樣只對(duì)某一頻率呈現(xiàn)低阻抗，而是有一個(gè)較低的阻抗頻率范圍。當(dāng)頻率低于截止頻率人時(shí)，容抗將起主要作用，其阻抗將隨頻率的降低而明顯增加，使低次的諧波電流難以通過。當(dāng)頻率大于/。時(shí)，其阻抗小而且隨頻率的變化平坦，稱為通頻帶。對(duì)濾波器設(shè)計(jì)來(lái)說，通常的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是將公共連接點(diǎn)的諧波含量減弱到其它用戶可接受的程度,由于溝通電網(wǎng)阻抗的變化，按諧波電壓準(zhǔn)則制定準(zhǔn)則比較便利。無(wú)源濾波器設(shè)計(jì)目標(biāo)電容器最省由于在濾波裝置中，電容器的投資費(fèi)用占總投資的80%以上，可以以單調(diào)諧濾波器組的電容器總?cè)萘孔钚榻?jīng)濟(jì)優(yōu)化目標(biāo)，使各次諧波電壓畸變率和綜合諧波電壓畸變率減小到用戶容許的水平,并滿意用戶的無(wú)功補(bǔ)償要求。高通濾波器的電容容量需要考慮兩個(gè)方面，對(duì)于某次諧波要達(dá)到同樣的濾波效果，高通濾波器的容量是單調(diào)諧濾波器的數(shù)倍，但高通濾波器有綜合濾波的功能，可濾掉一些高次諧波，并削減了濾波回路數(shù)。通常用幾組單調(diào)諧濾波器加一組高通濾波器構(gòu)成的方案是一種比較經(jīng)濟(jì)合理的方案。濾波效果最優(yōu)對(duì)于相當(dāng)多的應(yīng)用場(chǎng)合，要求盡可能濾除某些諧波。又可分為以綜合諧波電壓畸變率最低和泄漏到電網(wǎng)中的諧波電流最小等優(yōu)化目標(biāo)。但是綜合諧波電壓畸變率最低時(shí)并不能保證系統(tǒng)對(duì)各次諧波都不發(fā)生嚴(yán)峻放大。目前很多設(shè)計(jì)中多考慮特征諧波或特地用濾波器濾除含量較高的諧波。但在實(shí)際運(yùn)行中，一些不很顯著的非特征次諧波可能將被放大。電容容量采用率最高容量利用率=濾波器組輸出的基波無(wú)功y

電容器的總安裝容量''容量利用率=以電容容量采用率作為優(yōu)化目標(biāo)，可以使得濾波器供應(yīng)的無(wú)功補(bǔ)償容量最多，但很多時(shí)候此時(shí)損耗率并不是最低的。損耗率最低有功損耗率=濾波器組總有功損耗0/有功損耗率=濾波器組輸出的基波無(wú)功,0有功損耗率反映了濾波器的運(yùn)行成本，這個(gè)指標(biāo)通常狀況下都是要考慮的。特殊是對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)用戶，需要關(guān)懷這個(gè)指標(biāo)，由于直接關(guān)系到長(zhǎng)期的運(yùn)行費(fèi)用。設(shè)計(jì)上存在的困難僅投入無(wú)源裝置時(shí)，只對(duì)裝設(shè)PPF（PPF,PassiveFilter）的有限個(gè)固定頻率，如5次、7次的諧波有較大的抑制作用,而對(duì)電網(wǎng)中的某些頻率則起放大作用（發(fā)生諧振），這是由于PPF儲(chǔ)能元件的加入使系統(tǒng)傳遞函數(shù)會(huì)產(chǎn)生多個(gè)極值點(diǎn)，它們與電網(wǎng)參數(shù)（阻抗）親密有關(guān)，因此無(wú)源裝置的設(shè)計(jì)特別困難。由于電網(wǎng)中負(fù)荷容量的增減以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)的諧振特性變化、諧振點(diǎn)接近于某些次數(shù)的諧波，造成設(shè)施過負(fù)荷等后果。無(wú)源濾波器諧振頻率的阻抗為最小。但實(shí)際運(yùn)行中頻率有偏差，同時(shí)由于溫度等緣由，電容電感元件也將偏離精確值而造成失諧。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到元件參數(shù)在生產(chǎn)和運(yùn)行時(shí)可能消失的偏差并實(shí)行措施掌握帶來(lái)的誤差削減不利影響。濾波裝置的設(shè)計(jì)要求是以最少的投資達(dá)到母線電壓畸變率及注入系統(tǒng)的各次諧波電流符合規(guī)定指標(biāo),并滿意無(wú)功補(bǔ)償容量的要求和保證裝置的平安經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。濾波裝置方案，主要是確定用幾組單調(diào)諧濾波器、選擇高通濾波器的截止頻率以及用哪種方式滿意無(wú)功補(bǔ)償要求。目前很