【正文】 單獨(dú)設(shè)計(jì)好各個(gè)濾波器之后，還需要進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算和校核。 () () 式中， U —母線額定線電壓， hQ —高通濾波器所補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率 電容量 C 確定之后，根據(jù)式（ ）和（ ）可確定濾波器的電阻值 R、電感量 L 的值。而在高通濾波器中，電阻是與電感并聯(lián)連接的，因此，電阻值越大，調(diào)諧曲線越尖銳。將在第三章中進(jìn)行介紹。 LC 濾波器參數(shù)的確定 通過(guò)對(duì)諧波源的諧波特性進(jìn)行分析，可以確定其諧波成分，諧波含量以及總的無(wú)功補(bǔ)償容量，從而制定濾波方案。高通濾波器由 HC 、 HL 、 HR 、 Hr 組成，下標(biāo) H 代表高通濾波器。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。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 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 得最佳方案。 2）．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。 1）．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： (1)單次諧波電壓正弦波形畸變率 ? ?nDFU ? ? ? ?? ? 001 100?? UUD F U nn () 式中 ??nU ——交流母線基波電壓有效值； ??1U ——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。 本章小結(jié) 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、無(wú)功補(bǔ)償容量、截止頻率（高通濾波器）等；并對(duì)電力系統(tǒng)中諧波阻抗的確定方法，諧波阻抗對(duì)濾波器諧波抑制性能的影響進(jìn)行了分析。就其結(jié)構(gòu)而言，這兩種電路與變頻器、靜止無(wú)功發(fā)生器（ SVG）等的主電路結(jié)構(gòu)基本相同，只是因應(yīng)用場(chǎng)合不同，要求不同，控制方法也不同。 （ 4）用一臺(tái)裝置就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各次諧波和基波無(wú)功功率的補(bǔ)償。根據(jù)同樣的原理，有源濾波器還可對(duì)不對(duì)稱三相電路的負(fù)序電流等進(jìn)行補(bǔ)償。這樣就達(dá)到了抑制電源電流中諧波的目的。其中，指令電流運(yùn)算電路的核心是檢測(cè)出補(bǔ)償對(duì)象電流中的諧波和無(wú)功等電流分量，因此有時(shí)也稱之為諧波和~ 負(fù) 載指 令 電 流運(yùn) 算 電 路電 流 跟 蹤控 制 電 路驅(qū) 動(dòng)電 路主 電 路i si Li cA P Fe s 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 無(wú)功電流檢測(cè)電路。 有源電力濾波器 有源電力濾波器的基本原理 有源電力濾波器是一種用于動(dòng)態(tài)抑制諧波、補(bǔ)償無(wú)功的新型電力電子裝置，它能對(duì)大小和頻率都變化的諧波以及變化的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。高通濾波器電容器的無(wú)功補(bǔ)償容量包括基波無(wú)功補(bǔ)償容量 ??1Q 及諧波無(wú)功容量 ??nQ 。與此同時(shí)，我們還可以看出，對(duì)于一定的 nI 值，若取低了，將使 RnP 大大增加。 3．阻抗對(duì)濾波器性能的影響分析 由諧波次數(shù) n 、截止諧波次數(shù) 0n 、 m 得 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁(yè) 高通濾波器的阻抗表達(dá)式，得： ? ??????? ?????? ?????3220220202222 1nm nnnmmnnjnnm RnmZ f () 可知當(dāng) ??n 時(shí) ， RZf ? ，即可說(shuō)明，高通濾波器在 0f 至無(wú)限大的頻率范圍內(nèi)，它的阻抗是與它的電阻 R 同數(shù)量級(jí)的；當(dāng)高通濾波器電路中電阻很大時(shí)，其特性與單調(diào)諧濾波器相似。所以這樣定義的高通濾波器的 Q 值，也是用來(lái)表示濾波器的調(diào)諧銳度 ??15 。在上式中， Q 值和 n 有關(guān)。當(dāng)頻率 0ff? 時(shí)，濾波器阻抗明顯增加，使低次諧波電流難以通過(guò)，此頻率稱為截止頻 率 0f 。因而，在濾波器設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果最大頻偏率下，某一 Q 值不能達(dá)到濾波的要求，則應(yīng)減小 0X ，來(lái)降低 Q 值，使濾波器的阻抗特性曲線平坦些，以滿足頻偏情況下的濾波要求 ,當(dāng) Q ? 0 時(shí)， 0 0X ? ，或 R?? ，此時(shí)，濾波器阻抗完全呈阻性，對(duì)于頻率不敏感，無(wú)法起到對(duì)于特定次諧波濾除的作用?？芍?， Q 值越大，在理想諧振點(diǎn)處，濾波器阻抗 fZ 越小 。在工程中，常取 L?? ? 、 ? ?? ,則 ? ?? 。1%，所以 ??? ? （即 ）。這樣，當(dāng)取濾波器的諧振頻率為系統(tǒng)額定頻率下的某次諧波頻率時(shí)，一旦系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移，該次諧波的實(shí)際頻率值將不再與理想諧振角頻率 r? 相等，這時(shí)濾波器所呈現(xiàn)的阻抗將偏 離其極小值，從而使濾波器抑制諧波的效果變壞，這種情況稱為濾波器的失諧。因此，高通濾波器可使中高頻的諧波電流通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)高通濾波的功能 ??12 。二階高通濾波器頻率 —阻抗特性如圖 所示。在極端情況 R=0 時(shí)，濾波器對(duì)于該次諧波的阻抗為零，相應(yīng)的諧波被完全抑制。此時(shí)，濾波器的阻抗 RZf ? ,呈純阻性，且阻抗值最小。 下面分別將對(duì)兩種典型的濾波器 ——單調(diào)諧濾波器與高通濾波器的阻頻特性、工作原理進(jìn)行分析 ??10 。所以本文也用有源濾波器建立了仿真模型，并簡(jiǎn)單的進(jìn)行了仿真分析。首先對(duì)無(wú)源濾波器的結(jié)構(gòu)型式和工作原理進(jìn)行深入的分析，然后對(duì)濾波器的等值頻偏、品質(zhì)因數(shù)、濾波器的無(wú)功補(bǔ)償容量以及系統(tǒng)諧波阻抗等參數(shù)對(duì)濾波器性能的影響進(jìn)行總結(jié)和分析。 1996 年 7 月，哈爾濱工業(yè)大學(xué)和黑龍江省電力局聯(lián)合開(kāi)發(fā)的 100kVA 廣義電力有源濾波器投入電網(wǎng)試運(yùn)行并通過(guò)電力部組織的部級(jí)鑒定。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在生產(chǎn)出的 355 臺(tái)設(shè)備中，僅有 4 臺(tái)與負(fù)載的連接為串聯(lián)型或串聯(lián)混合型，而且大部分中小容量的有源濾波器中，主回路采用的器件基本為 IGBT，只有容量達(dá)到 MW 級(jí)的大容量裝置才使用 GTO。 目前，世界上有源濾波器的主要生產(chǎn)廠家有日本三菱電機(jī)公司、美國(guó)西屋電氣公司、德國(guó)西門(mén)子公司等。 1982 年第一臺(tái)有源濾波器在日本投入實(shí)際運(yùn)行 [5]。但由于當(dāng)時(shí)是采用線性放大的方法產(chǎn)生補(bǔ)償電流，其損耗大、成本高，因而僅在實(shí)驗(yàn)室中研究，未能在工業(yè)中實(shí)用。但就目前的情況看，有源濾波器還存在很多不足，主要表現(xiàn)為設(shè)備的初期投資大、所需容量大、開(kāi)關(guān)損耗和運(yùn)行成本高，在無(wú)功和諧波電流的時(shí)實(shí)檢測(cè)和控制策略上，還有很多不成熟、值得探討的地方。在滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的前提下，盡可能減小投資，并將諧波公害抑制到最低程度。 無(wú)源濾波器存在的問(wèn)題 盡管無(wú)源濾波器有著廣泛的應(yīng)用，但隨著諧波網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜化和諧波源的多變性，實(shí)際運(yùn)行中暴露出如下的一些問(wèn)題： (1)如果電源系統(tǒng)中諧波電流超量時(shí)，濾波器將過(guò)載； (2)由于高次諧波的范圍較大，需設(shè)置多個(gè)無(wú)源濾波支路，當(dāng)有基波電流流過(guò)濾波器各支路時(shí)，使整個(gè)裝置容量大， 損耗增加，致使裝置體積龐大； (3)無(wú)源濾波器的濾波效果將隨系統(tǒng)運(yùn)行情況而變化，特別是對(duì)交流電源的阻抗 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁(yè) 和頻率的變化極其敏感，在這種情況下難以保證濾波效果。 再次，無(wú)源電力濾波器由于其既可兼顧無(wú)功補(bǔ)償和電網(wǎng)調(diào)壓的需要，也是較為先進(jìn)的混合有源濾波器的重要組成部分。同時(shí)，應(yīng)用于高壓直流輸電工程的無(wú)源電力濾波器，常常屬于大型濾波器。 無(wú)源濾波器的應(yīng)用現(xiàn)狀 首先，在高壓直流輸電工程中，在換流變壓器的兩側(cè)，常常安裝無(wú)源直流濾波器和無(wú)源交流濾波器，分別安裝在高壓直流輸電換流器的直流側(cè)和交流側(cè)。因此，研究無(wú)源濾波器，并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義 ??2 。 無(wú)源電力濾波器既可以補(bǔ)償諧波，又可以補(bǔ)償無(wú)功功率，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)低廉，是當(dāng)前補(bǔ)償諧波的主要手段。 關(guān)鍵詞：諧波； LC 濾波器； 仿真； 有源濾波器 ABSTRACT Widerange application of nonlinear load has brought serious harmonic pollution to power grid,as well as a series of power quality ,some sensitive load has tougher and tougher requirement on power ,Passive power filter(PPF)is most widely used as harmoniceliminating device in power system,because of simple configuration,low investment,high reliability,and low operation paper perates on a profound and detailed study on the parameter design of PPF. First,this paper analyses the configuration and working principle of ,a thorough analysis is conducted on the factors which are related to the filter’s characteristics,including the effects of equivalent frequency offset,quality factor,reactive power capacity of the single tuned filter(STF)and high pass filter(HPF),the system equivalent harmonic impedance the foundation of designing filter,this step would supply the design principles for the ing engineering design methods and multiobjective optimization. With the researching background of a certain DC mining hoist system, the characteristics of the harmonic source are ana lyzed theoretica lly, which are also analyzed by mea ns of simulation based on MATLAB. Then according to different distribution scheme of pensation capacity, the thesis designs LC filter and makes parisons through simulation. This thesis designs the parameters of the merely using shunt active power filter and makes simulation. Keywords: Harmonic； LC filter； simulation； active power filter 目 錄 1 緒論 .................................................................................................................................1 課題背景及研究目的 ............................................................................................1 無(wú)源濾波器 ............................................................................................................1 無(wú)源濾波器的應(yīng)用現(xiàn)狀 ............