【正文】 抑制設(shè)備，是一種用于動態(tài)抑制諧波、補償無功的新型電力電子裝置，它能對大小變化的諧波以及變化的無功進行補償。其應(yīng)用可克服LC無源濾波器等傳統(tǒng)諧波抑制和無功補償方法的缺點，與傳統(tǒng)無源濾波器相比，具有突出的優(yōu)點，概括起來主要有[3]：(1)實現(xiàn)了動態(tài)補償，可對頻率和大小都變化的諧波以及變化的無功功率進行補償，對補償對象的變化有極快的響應(yīng)。(3)即使補償電流過大，有源電力濾波器也不會發(fā)生過載，并能正常發(fā)揮補償用。(5)能跟蹤電網(wǎng)頻率的變化，故補償性能不受電網(wǎng)頻率變化的影響?；谟性礊V波器的上述優(yōu)點，采用有源電力濾波器是對諧波進行抑制的一個發(fā)展趨勢，因而受到廣泛的重視，對于保證電力系統(tǒng)運行的安全性、可靠性和經(jīng)濟性具有重要意義，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此在這里選用無源濾波裝置。一類為有源濾波器，即該濾波器本身為一諧波源，其發(fā)生的諧波與負(fù)荷產(chǎn)生的諧波大小相等，但方向相反，正好抵消了負(fù)荷產(chǎn)生的諧波，從而達到消除諧波的目的。另外一類是無源濾波器，它是采用電容、電感諧振的原理來達到“吸收”諧波的目的。通過研究，收集整理數(shù)據(jù)，了解配電網(wǎng)電能質(zhì)量的特點。研究并分析各種既能補償無功功率又能抑制諧波的裝置，分析不同裝置的特點，選擇一種適用于配電網(wǎng)的裝置建立仿真模型。針對無源單調(diào)諧濾波器失諧問題進行改進并建立仿真。2 交流無源濾波器原理及性能研究無源電力濾波器由電力電容器、電抗器和電阻器適當(dāng)組合而成。濾波器投入電網(wǎng)中工作時，往往與諧波源并聯(lián)濾除特定次諧波電流。在設(shè)計濾波器時，需明確無源電力濾波器的基本類型與工作原理；明確哪些參數(shù)會對濾波器的濾波特性、無功補償特性造成影響；在系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移時，濾波器的性能會隨之受到怎樣的影響；在不同的品質(zhì)因數(shù)下，單調(diào)諧濾波器、高通濾波器工作性能將發(fā)生什么樣的變化；單調(diào)諧濾波器與高通濾波器的基波無功補償占總安裝容量的比例孰大孰小，哪個無功補償效率更高。本章首先對單調(diào)諧波濾波器、高通濾波器的結(jié)構(gòu)型式和工作原理進行分析；并對影響單調(diào)諧濾波器、高通濾波器性能的參數(shù)展開詳細(xì)研究，其中包括單調(diào)諧濾波器的品質(zhì)因數(shù)、頻率偏移、無功補償容量對工作性能的影響，及高通濾波器的品質(zhì)因數(shù)、頻率偏移、截止頻率、功率損耗、無功補償容量等指標(biāo)對其性能的影響；最后，對系統(tǒng)諧波阻抗的確定及系統(tǒng)諧波阻抗與濾波器性能的關(guān)系做出分析。目前常用的無源電力濾波器電路結(jié)構(gòu)有單調(diào)諧濾波器(Single tuned filter,簡稱為STF)、高通濾波器(High pass filter,簡稱為HPF)等；其中，常見的高通濾波器又有二階、三階和C型幾種，[4]。下面分別將對兩種典型的濾波器——單調(diào)諧濾波器與高通濾波器的阻頻特性、工作原理進行分析。易知，其阻抗與角頻率之間的關(guān)系為 （21） 單調(diào)諧濾波器結(jié)構(gòu)及其阻抗頻率曲線單調(diào)諧濾波器頻率—，其中n為諧振次數(shù)。此時，濾波器的阻抗=R，呈純阻性，且阻抗值最小。單調(diào)諧濾波器的工作原理是：在理想情況下，如果濾波器的諧振頻率正好等于某一次諧波電流頻率，則對于該次諧波電流，濾波器所呈現(xiàn)的阻抗為極小值=R。在極端情況R=0時，濾波器對于該次諧波的阻抗為零，相應(yīng)的諧波被完全抑制。二階高通濾波器頻率—。二階高通濾波器的工作原理是：將其電路結(jié)構(gòu)等效看作是一階高通濾波器與調(diào)諧濾波器并聯(lián)。因此，高通濾波器可使中高頻的諧波電流通過，從而實現(xiàn)高通濾波的功能。其中包括單調(diào)諧濾波器調(diào)諧銳度、頻偏特性等；高通濾波器頻率響應(yīng)特性、品質(zhì)因數(shù)特性、頻偏特性等對濾波器的性能等；系統(tǒng)等效阻抗特性對濾波性能的影響。這樣，當(dāng)取濾波器的諧振頻率為額定頻率下的某次諧波頻率時，一旦系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移，該次諧波的實際頻率值將不再與理想諧振角頻率相等，這時濾波器所呈現(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。為此，令實際諧振頻率 （23）對理想諧振頻率偏差的相對值(亦稱頻偏或失諧度)： （24）另外，電容器和電感線圈的參數(shù)，在運行過程中將因周圍溫度的變化、自身發(fā)熱和電容器絕緣老化的影響而發(fā)生變化，而且安裝和調(diào)試過程中可能存在誤差，從而使實際參數(shù)和相應(yīng)的諧振頻率偏離其設(shè)計值，這也造成濾波器的失諧。1%，所以（）。電容值的偏差與電容器制造誤差、成組的配合精度、電容的溫度系數(shù)及運行溫度變化等因素有關(guān)。在工程中，常取，則。工程中的單調(diào)諧濾波器的Q值常常達到100及以上，以減少能量損耗?？芍琎值越大，在理想諧振點處，濾波器阻抗越小。在諧振頻率點，濾波器阻抗為零。因而，在濾波器設(shè)計過程中，如果最大頻偏率下，某一Q值不能達到濾波的要求，則應(yīng)減小，來降低值，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。實際上，電感線圈總是具有一定的電阻，即Q值為有限值。截止頻率對濾波器性能的影響分析對于高通濾波器，由于電感L被電阻R旁路，其并聯(lián)合成阻抗不可能超過電阻值，因此，它不像單調(diào)諧濾波器那樣，只對某一頻率呈現(xiàn)低阻抗，而是有一較低的阻抗頻率范圍。反之時，阻抗較小，變化也不大，稱為通頻帶。調(diào)諧銳度對濾波器性能的影響分析對于高通濾波器，調(diào)諧銳度Q值的定義可以效仿單調(diào)諧濾波器的定義： （212）其中，為諧波頻率下，濾波器上電感的阻抗值。我們規(guī)定當(dāng)n滿足時的Q值為高通濾波器的品質(zhì)因數(shù)。正如前述，在單調(diào)諧濾波器電路中，串聯(lián)電阻越小，則其調(diào)諧曲線越尖銳，而在高通濾波器中，由于電阻是與電感并聯(lián)連接的，因此電阻越大，曲線就越尖銳。通常記 （213）。通常，高通濾波器的運行特性對頻率和元件參數(shù)偏差是不敏感的，所以可不考慮頻偏對其的影響。當(dāng)計及交流系統(tǒng)阻抗時，濾波的效果就應(yīng)由濾波器和交流系統(tǒng)的綜合阻抗來確定?？梢郧蟮媚妇€n次諧波電壓為 （214） 流入系統(tǒng)的n次諧波電流為 （215）流入濾波器的n次諧波電流為 （216）濾波效益對濾波器性能的影響分析將流入系統(tǒng)的n次諧波電流與總諧波電流之比稱之為流入系統(tǒng)的n次諧波系數(shù)： （217）越小，流入系統(tǒng)的n次諧波電流比例就越小，n次諧波電流引起系統(tǒng)的諧波電壓也就越小，也就是濾波器的濾波效益越好。必須指出，的大小不僅取決于，也決定于，因為是相量和，不是簡單的算術(shù)和，最小時，不一定使最小。下面對,與諧波抑制的效果進行分析。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(dāng)時。這是濾波器投入網(wǎng)中最理想的狀態(tài)；(3)當(dāng)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(yīng)盡力避免。以上的研究為下一步濾波裝置的工程設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。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。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(shè)計應(yīng)該與無功補償問題綜合考慮。濾波裝置設(shè)計的基本任務(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。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：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。總電壓正弦波形畸變率DFU （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(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。經(jīng)濟指標(biāo)工程中，交、直流側(cè)濾波裝置所占的投資比重相當(dāng)大。由于濾波裝置由各種不向型式的濾波器組合而成。在工程設(shè)計中，需要對這些不同方案作經(jīng)濟分析，以取得最佳方案。濾波裝置無功補償?shù)哪繕?biāo)是應(yīng)盡可能使系統(tǒng)功率因數(shù)接近于1，但是要避免過補償。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(dāng)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。濾波器設(shè)計內(nèi)容可概括如下[7]：(1)考察用戶配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)。濾波元件安全校驗包括電阻器、電抗器和電容器。濾波電容器的安全校驗指標(biāo)包括電壓、過電流和過容量三個方面，不同標(biāo)準(zhǔn)有著不同的表達方式和要求。如果缺乏準(zhǔn)確的資料，則可以進行粗略的估計。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(yù)先確定。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τ谡餍灾C波源，一般只裝設(shè)奇次濾波器。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)。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次濾波器開始設(shè)單調(diào)諧濾波器。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。高通濾波器由組成，上標(biāo)H代表高通濾波器(High passfilter)。母線電壓為，n次諧波電流源為。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(shè)計電容器參數(shù)，再確定電抗器，電阻的參數(shù)。因此可以近似地認(rèn)為交流母線側(cè)電壓只含基波分量。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(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。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(fù)載（KW）；——月平均負(fù)載率，—；——補償前的功率因數(shù)角，可取最大負(fù)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(fù)載需要補償?shù)臒o功功率，=。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(guān)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)。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。 （330） （331）下面主要介紹幾種二階高通濾波器確定參數(shù)的方