【文章內(nèi)容簡介】 波器的性能評價起著重要的作用。下面對,與諧波抑制的效果進行分析。(1)當時， 。此時，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)當時。此時，諧波源電流將全部流入濾波器，沒有諧波流入系統(tǒng)。這是濾波器投入網(wǎng)中最理想的狀態(tài)；(3)當時。此時，系統(tǒng)與濾波器對諧波電流分流；(4)當時。此時，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，這種情況應盡力避免。本章首先詳細分析了單調(diào)諧濾波器、二階高通濾波器的結構型式和工作原理，并給出了其頻率阻抗關系；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；并對諧波阻抗對濾波器諧波抑制性能的影響進行了分析。以上的研究為下一步濾波裝置的工程設計提供了理論基礎。3 濾波裝置工程設計方法研究濾波裝置的設計是一個較復雜的問題。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。濾波裝置設計時，常常先擬定若干種濾波器組合方案，再通過技術性、經(jīng)濟性分析進行設計。而且由于在基波下，濾波裝置呈電容性，它可兼作無功補償裝置，所以濾波裝置的設計應該與無功補償問題綜合考慮。本章中首先將介紹濾波器工程設計的基本準則、設計前所需的原始數(shù)據(jù)、設計方案的確定（裝設幾組濾波器，單調(diào)諧還是高通濾波器）；在確定濾波方案后，對無功補償容量分配法、最小電容安裝容量法、過電壓限制法等方法的單調(diào)諧濾波器、高通濾波器的設計進行了分析；最后，運算得出基于無功補償容量分配法、最小電容安裝容量法等工程方法的參數(shù)設計。濾波裝置設計的基本任務是[6]：在確定的系統(tǒng)和諧波源的條件下，以最少的投資，達到注入系統(tǒng)的各次諧波電流和母線電壓畸變率的規(guī)定指標，同時還滿足無功補償容量的要求，并保證裝置安全可靠和經(jīng)濟運行。以下簡要介紹在濾波器設計過程中，需要遵循和考慮的一些因素。諧波抑制指標根據(jù)諧波管理規(guī)定，濾波性能的下列指標都應滿足規(guī)定要求：單次諧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）若需要考慮對通信系統(tǒng)的干擾，則濾波性能還應滿足電話諧波波形系數(shù)THFF或電話干擾系數(shù)TIF指標的規(guī)定要求。對于高壓線路對通信的干擾，則通常采用等值干擾電流或采用作為指標。經(jīng)濟指標工程中，交、直流側(cè)濾波裝置所占的投資比重相當大。據(jù)某些典型工程報導，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。其結構比較復雜，因此，從滿足技術要求的角度來說，往往有多種不同的濾波裝置方案。在工程設計中，需要對這些不同方案作經(jīng)濟分析，以取得最佳方案。無功補償容量由于濾波裝置在基波下呈電容性，它可兼作無功補償裝置，所以濾波裝置的設計應該與無功補償問題結合起來考慮。濾波裝置無功補償?shù)哪繕耸菓M可能使系統(tǒng)功率因數(shù)接近于1，但是要避免過補償。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。理論計算和實際經(jīng)驗表明，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，尤其是當系統(tǒng)諧波阻抗較大而各濾波器阻抗較小時，這種相互的影響更為明顯。濾波器參數(shù)設計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)）。濾波器設計內(nèi)容可概括如下[7]：(1)考察用戶配電系統(tǒng)的結構和運行參數(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)查用戶負荷特性，如負荷性質(zhì)（尤其是諧波源負荷性質(zhì)）、負荷運行工況、實測負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和無功補償要求；(4)初步確定濾波器的型式、并聯(lián)支路個數(shù)、無功補償解決方式；(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功補償要求確定濾波器容量和濾波電容；(7)根據(jù)調(diào)諧關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，計算濾波性能指標，進行濾波元件安全性校驗，然后，根據(jù)差距反復進行調(diào)整。濾波元件安全校驗包括電阻器、電抗器和電容器。對于附加電阻器，主要校驗其包括基波和諧波在內(nèi)的功率損耗；對于電抗器，主要按其承載電流來校驗。濾波電容器的安全校驗指標包括電壓、過電流和過容量三個方面，不同標準有著不同的表達方式和要求。由于交流系統(tǒng)中可能存在其它諧波源，它們會在濾波器中流過附加的諧波電流，因此設計濾波器時應該考慮這些背景諧波的影響。如果缺乏準確的資料，則可以進行粗略的估計。例如，在某些工程中，將流經(jīng)各濾波器的諧波電流增大10％來考慮背景諧波的影響。除此之外，濾波裝置的主要設備，如電容器及電抗器，由于制造和測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功補償?shù)囊蟮取握{(diào)諧濾波器應根據(jù)諧波源大小，所產(chǎn)生的主要特征諧波電流來考慮。對于整流性諧波源，一般只裝設奇次濾波器。例如六相整流負荷可以設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)。對于非特征的3次諧波是否要設濾波器，應根據(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次諧波電壓過高)來決定(后者應待濾波裝置參數(shù)初步選定后才能確定)。礦用提升設備整流器負荷由于產(chǎn)生連續(xù)次數(shù)的特征諧波，一般需要從2次濾波器開始設單調(diào)諧濾波器。，為濾波裝置的典型結構圖。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T代表調(diào)諧濾波器(Tuned filter)。高通濾波器由組成，上標H代表高通濾波器(High passfilter)。其中，為無功補償電容器的電容量，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)，然后用仿真和計算的方法，計算投入濾波裝置后，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)濟性（投資、損耗）、無功補償、安全性（過電壓、過電流和容量平衡）等多方面對初選的各種方案進步選拔，最終確定最經(jīng)濟、最實用、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、無功補償容量法、電容器過電壓限制方法等設計電容器參數(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)諧回路中除了通過諧波電流外，還通過由引起的基波電流，為 （36）對于濾波電容器，因為有和通過，它的安裝容量應該是基波無功容量和諧波無功容量之和，即 （37）對于濾波器支路，輸出的基波無功容量為 （38）由(36)、(38)，可將(37)式改寫為 （39）取基準功率，則(39)可寫成 （310）由上式可以導出當時，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，可作為初值設計單調(diào)諧濾波器。無功補償容量法在基波頻率時，濾波器呈容性，可以補償系統(tǒng)中大量存在的感性無功負載，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，常常根據(jù)其無功補償容量，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償基波無功容量： （315）或 （316）其中——由變配電所供電的月最大有功計算負載（KW）；——月平均負載率，—；——補償前的功率因數(shù)角，可取最大負載時的值；——補償后的功率因數(shù)角，參照電力部門的要求確定，一般可取—；——電容器補償率，即每千瓦有功負載需要補償?shù)臒o功功率，=。其次，將總的無功補償容量分配到各調(diào)諧及高通濾波器上。工程上，常常按流過該次濾波器的電流大小來分配其單調(diào)諧濾波器上的無功補償容量 （317）在確定了某單調(diào)諧濾波器的無功補償容量后，根據(jù)濾波器的基波無功補償量與濾波電容器的基波無功補償容量關系為 （318）得電容值 （319）電容器過電壓限制法從保證電容器過電壓的要求出發(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，要比母線運行電壓(相電壓)高，設運行電壓上限值為，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相應濾波器；(2)濾波器處在全諧振狀態(tài)，即呈純電阻狀態(tài)；(3)電容器中僅通過基波電流和本次諧波電流。根據(jù) （322） （323）得 （324）又因為電容器電壓校驗公式 （325）在上式取等號時，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、無功補償容量法設計電容器參數(shù)，并由此求