【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 波器的性能評(píng)價(jià)起著重要的作用。下面對(duì),與諧波抑制的效果進(jìn)行分析。(1)當(dāng)時(shí)， 。此時(shí)，諧波源電流將全部流入系統(tǒng)，而未流入濾波器，濾波器完全未起濾波作用；(2)當(dāng)時(shí)。此時(shí)，諧波源電流將全部流入濾波器，沒(méi)有諧波流入系統(tǒng)。這是濾波器投入網(wǎng)中最理想的狀態(tài)；(3)當(dāng)時(shí)。此時(shí)，系統(tǒng)與濾波器對(duì)諧波電流分流；(4)當(dāng)時(shí)。此時(shí)，系統(tǒng)與濾波器之間發(fā)生并聯(lián)諧振，諧波放大，有可能造成濾波器元件損壞，這種情況應(yīng)盡力避免。本章首先詳細(xì)分析了單調(diào)諧濾波器、二階高通濾波器的結(jié)構(gòu)型式和工作原理，并給出了其頻率阻抗關(guān)系；其次分析了影響單調(diào)諧濾波器、高通濾波器工作性能的參數(shù)，其中包括等值頻偏、調(diào)諧銳度、截止頻率（高通濾波器）等；并對(duì)諧波阻抗對(duì)濾波器諧波抑制性能的影響進(jìn)行了分析。以上的研究為下一步濾波裝置的工程設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)。3 濾波裝置工程設(shè)計(jì)方法研究濾波裝置的設(shè)計(jì)是一個(gè)較復(fù)雜的問(wèn)題。電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波往往含有各次諧波分量，采用單一的濾波器不能滿足濾波的要求，因此濾波裝置通常由不同型式的濾波器組合而成。濾波裝置設(shè)計(jì)時(shí)，常常先擬定若干種濾波器組合方案，再通過(guò)技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性分析進(jìn)行設(shè)計(jì)。而且由于在基波下，濾波裝置呈電容性，它可兼作無(wú)功補(bǔ)償裝置，所以濾波裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)該與無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題綜合考慮。本章中首先將介紹濾波器工程設(shè)計(jì)的基本準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)前所需的原始數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)方案的確定（裝設(shè)幾組濾波器，單調(diào)諧還是高通濾波器）；在確定濾波方案后，對(duì)無(wú)功補(bǔ)償容量分配法、最小電容安裝容量法、過(guò)電壓限制法等方法的單調(diào)諧濾波器、高通濾波器的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析；最后，運(yùn)算得出基于無(wú)功補(bǔ)償容量分配法、最小電容安裝容量法等工程方法的參數(shù)設(shè)計(jì)。濾波裝置設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是[6]：在確定的系統(tǒng)和諧波源的條件下，以最少的投資，達(dá)到注入系統(tǒng)的各次諧波電流和母線電壓畸變率的規(guī)定指標(biāo)，同時(shí)還滿足無(wú)功補(bǔ)償容量的要求，并保證裝置安全可靠和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。以下簡(jiǎn)要介紹在濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要遵循和考慮的一些因素。諧波抑制指標(biāo)根據(jù)諧波管理規(guī)定，濾波性能的下列指標(biāo)都應(yīng)滿足規(guī)定要求：?jiǎn)未沃C波電壓正弦波形畸變率 （31）式中為交流母線基波電壓有效值；為交流母線處諧波電流注入電網(wǎng)引起的第n次諧波電壓有效值。單次諧波電流正弦波形畸變率 （32）式中為注入交流系統(tǒng)的基波電流有效值；為注入交流系統(tǒng)的第n次諧波電流有效值?？傠妷赫也ㄐ位兟蔇FU （33）總電流正弦波形畸變率DFI （34）若需要考慮對(duì)通信系統(tǒng)的干擾，則濾波性能還應(yīng)滿足電話諧波波形系數(shù)THFF或電話干擾系數(shù)TIF指標(biāo)的規(guī)定要求。對(duì)于高壓線路對(duì)通信的干擾，則通常采用等值干擾電流或采用作為指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)工程中，交、直流側(cè)濾波裝置所占的投資比重相當(dāng)大。據(jù)某些典型工程報(bào)導(dǎo)，濾波裝置約占換流站總投資的20％。由于濾波裝置由各種不向型式的濾波器組合而成。其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此，從滿足技術(shù)要求的角度來(lái)說(shuō)，往往有多種不同的濾波裝置方案。在工程設(shè)計(jì)中，需要對(duì)這些不同方案作經(jīng)濟(jì)分析，以取得最佳方案。無(wú)功補(bǔ)償容量由于濾波裝置在基波下呈電容性，它可兼作無(wú)功補(bǔ)償裝置，所以濾波裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)該與無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題結(jié)合起來(lái)考慮。濾波裝置無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)是應(yīng)盡可能使系統(tǒng)功率因數(shù)接近于1，但是要避免過(guò)補(bǔ)償。濾波器之間的相互影響 濾波裝置中的各濾波器之間是相互影響的。理論計(jì)算和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明，各濾波器間的影響常比交流系統(tǒng)諧波阻抗的影響大得多，尤其是當(dāng)系統(tǒng)諧波阻抗較大而各濾波器阻抗較小時(shí)，這種相互的影響更為明顯。濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)首先是由外在條件確定濾波電容器的容量，然后按照調(diào)諧條件等確定濾波電感和濾波電阻（或品質(zhì)因數(shù)）。濾波器設(shè)計(jì)內(nèi)容可概括如下[7]：(1)考察用戶配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)。譬如，電壓、頻率及其變化范圍，系統(tǒng)諧波阻抗特性，系統(tǒng)背景諧波等；(2)調(diào)查用戶負(fù)荷特性，如負(fù)荷性質(zhì)（尤其是諧波源負(fù)荷性質(zhì)）、負(fù)荷運(yùn)行工況、實(shí)測(cè)負(fù)荷諧波電流和母線電壓諧波水平；(3)協(xié)商濾波器的濾波指標(biāo)和無(wú)功補(bǔ)償要求；(4)初步確定濾波器的型式、并聯(lián)支路個(gè)數(shù)、無(wú)功補(bǔ)償解決方式；(5)建立配電系統(tǒng)諧波分析等值電路；(6)根據(jù)濾波性能要求，從濾波元件安全角度及基波無(wú)功補(bǔ)償要求確定濾波器容量和濾波電容；(7)根據(jù)調(diào)諧關(guān)系確定濾波電感和電阻（或品質(zhì)因數(shù)）；(8)依據(jù)等值電路，完成配電系統(tǒng)諧波分析和仿真，計(jì)算濾波性能指標(biāo)，進(jìn)行濾波元件安全性校驗(yàn)，然后，根據(jù)差距反復(fù)進(jìn)行調(diào)整。濾波元件安全校驗(yàn)包括電阻器、電抗器和電容器。對(duì)于附加電阻器，主要校驗(yàn)其包括基波和諧波在內(nèi)的功率損耗；對(duì)于電抗器，主要按其承載電流來(lái)校驗(yàn)。濾波電容器的安全校驗(yàn)指標(biāo)包括電壓、過(guò)電流和過(guò)容量三個(gè)方面，不同標(biāo)準(zhǔn)有著不同的表達(dá)方式和要求。由于交流系統(tǒng)中可能存在其它諧波源，它們會(huì)在濾波器中流過(guò)附加的諧波電流，因此設(shè)計(jì)濾波器時(shí)應(yīng)該考慮這些背景諧波的影響。如果缺乏準(zhǔn)確的資料，則可以進(jìn)行粗略的估計(jì)。例如，在某些工程中，將流經(jīng)各濾波器的諧波電流增大10％來(lái)考慮背景諧波的影響。除此之外，濾波裝置的主要設(shè)備，如電容器及電抗器，由于制造和測(cè)量上不可避免的誤差，以及系統(tǒng)頻率、環(huán)境溫度等的變化，都會(huì)造成濾波器失諧，這些可能出現(xiàn)的誤差是參數(shù)選擇的主要依據(jù)之一，必須預(yù)先確定。在確定濾波裝置的基本參數(shù)后，需確定濾波裝置的方案。主要是確定用幾組單調(diào)諧濾波器，選取高通濾波器的截止頻率，以及用什么方式滿足無(wú)功補(bǔ)償?shù)囊蟮取握{(diào)諧濾波器應(yīng)根據(jù)諧波源大小，所產(chǎn)生的主要特征諧波電流來(lái)考慮。對(duì)于整流性諧波源，一般只裝設(shè)奇次濾波器。例如六相整流負(fù)荷可以設(shè)5次、7次、11次等單調(diào)諧濾波器。如要濾除更高次的諧波，可以設(shè)一組高通濾波器(如果主要目的是吸收13次諧波，則截止頻率可以選為12次)。對(duì)于非特征的3次諧波是否要設(shè)濾波器，應(yīng)根據(jù)3次諧波電流的大小，以及是否可能發(fā)生3次諧波諧振(即3次諧波電壓過(guò)高)來(lái)決定(后者應(yīng)待濾波裝置參數(shù)初步選定后才能確定)。礦用提升設(shè)備整流器負(fù)荷由于產(chǎn)生連續(xù)次數(shù)的特征諧波，一般需要從2次濾波器開(kāi)始設(shè)單調(diào)諧濾波器。，為濾波裝置的典型結(jié)構(gòu)圖。在此濾波裝置中，含有兩組單調(diào)諧濾波器，一組高通濾波器。第一組單調(diào)諧濾波器由組成，第二組單調(diào)諧濾波器由組成，上標(biāo)T代表調(diào)諧濾波器(Tuned filter)。高通濾波器由組成，上標(biāo)H代表高通濾波器(High passfilter)。其中，為無(wú)功補(bǔ)償電容器的電容量，而為系統(tǒng)諧波等值阻抗。母線電壓為，n次諧波電流源為。在工程實(shí)踐中，常常先初選若干種濾波裝置的方案，接著確定濾波裝置參數(shù)，然后用仿真和計(jì)算的方法，計(jì)算投入濾波裝置后，從濾波特性（母線的諧波電壓含量、總畸變率和注入系統(tǒng)的諧波電流）、經(jīng)濟(jì)性（投資、損耗）、無(wú)功補(bǔ)償、安全性（過(guò)電壓、過(guò)電流和容量平衡）等多方面對(duì)初選的各種方案進(jìn)步選拔，最終確定最經(jīng)濟(jì)、最實(shí)用、最合理的濾波方案。下面主要介紹幾種單調(diào)諧濾波器初步確定參數(shù)的方法——最小濾波電容安裝容量法、無(wú)功補(bǔ)償容量法、電容器過(guò)電壓限制方法等設(shè)計(jì)電容器參數(shù)，再確定電抗器，電阻的參數(shù)。最小電容器安裝容量法已知諧振次數(shù)為n的單調(diào)諧濾波器具有下列關(guān)系： （35）由于系統(tǒng)的諧波電壓最終將限制在很小的數(shù)值。因此可以近似地認(rèn)為交流母線側(cè)電壓只含基波分量。在調(diào)諧回路中除了通過(guò)諧波電流外，還通過(guò)由引起的基波電流，為 （36）對(duì)于濾波電容器，因?yàn)橛泻屯ㄟ^(guò)，它的安裝容量應(yīng)該是基波無(wú)功容量和諧波無(wú)功容量之和，即 （37）對(duì)于濾波器支路，輸出的基波無(wú)功容量為 （38）由(36)、(38)，可將(37)式改寫為 （39）取基準(zhǔn)功率，則(39)可寫成 （310）由上式可以導(dǎo)出當(dāng)時(shí)，電容器的安裝容量最小，其值為 （311）根據(jù)式(311)和(38)，可以得出 （312）得 （313）取交流系統(tǒng)的統(tǒng)一基準(zhǔn)值，則 （314）便是按最小濾波電容器容量要求決定的電容量，可作為初值設(shè)計(jì)單調(diào)諧濾波器。無(wú)功補(bǔ)償容量法在基波頻率時(shí)，濾波器呈容性，可以補(bǔ)償系統(tǒng)中大量存在的感性無(wú)功負(fù)載，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，降低能耗，改善電網(wǎng)質(zhì)量。因此，在確定濾波電容器參數(shù)時(shí)，常常根據(jù)其無(wú)功補(bǔ)償容量，初步確定電容值，從而確定濾波器參數(shù)。首先，確定濾波裝置總的待補(bǔ)償基波無(wú)功容量： （315）或 （316）其中——由變配電所供電的月最大有功計(jì)算負(fù)載（KW）；——月平均負(fù)載率，—；——補(bǔ)償前的功率因數(shù)角，可取最大負(fù)載時(shí)的值；——補(bǔ)償后的功率因數(shù)角，參照電力部門的要求確定，一般可取—；——電容器補(bǔ)償率，即每千瓦有功負(fù)載需要補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率，=。其次，將總的無(wú)功補(bǔ)償容量分配到各調(diào)諧及高通濾波器上。工程上，常常按流過(guò)該次濾波器的電流大小來(lái)分配其單調(diào)諧濾波器上的無(wú)功補(bǔ)償容量 （317）在確定了某單調(diào)諧濾波器的無(wú)功補(bǔ)償容量后，根據(jù)濾波器的基波無(wú)功補(bǔ)償量與濾波電容器的基波無(wú)功補(bǔ)償容量關(guān)系為 （318）得電容值 （319）電容器過(guò)電壓限制法從保證電容器過(guò)電壓的要求出發(fā)，初步選擇的電容器參數(shù)，從而確定單調(diào)諧濾波器電抗器、電阻參數(shù)。單調(diào)諧濾波器中，由于有串聯(lián)電抗器，電容器承受的基波電壓，要比母線運(yùn)行電壓(相電壓)高，設(shè)運(yùn)行電壓上限值為，則 （320）考慮到得 （321）為了初步選擇電容器參數(shù)，可作如下假定：(1)諧波源電流不放大且全部通過(guò)相應(yīng)濾波器；(2)濾波器處在全諧振狀態(tài)，即呈純電阻狀態(tài)；(3)電容器中僅通過(guò)基波電流和本次諧波電流。根據(jù) （322） （323）得 （324）又因?yàn)殡娙萜麟妷盒ｒ?yàn)公式 （325）在上式取等號(hào)時(shí)，可得 （326）值按規(guī)定原則選取，這樣就初步選了。而 （327）得 （328） （329）初步確定電容參數(shù)后，可根據(jù)式(330)及(331)確定濾波器電抗器、濾波器電阻的參數(shù)。 （330） （331）下面主要介紹幾種二階高通濾波器確定參數(shù)的方法——最小濾波電容安裝容量法、無(wú)功補(bǔ)償容量法設(shè)計(jì)電容器參數(shù)，并由此求