谐波抑制的工程设计方法探讨

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1、谐波抑制的工程设计方法探讨

2、第1内容显示中图1高次谐波等效电路(a)接线系统(b)等效电路500)this.style.ouseg(this)">图2单调谐滤波器(a)结构(b)y=f(δ)特性500)this.style.ouseg(this)">图3高通滤波器(a)结构(b)阻抗频率特性整流器、逆变器等非线性负荷，因为其本身可以表示为产生高次谐波电流的恒流源，故可用图1来表示高次谐波的等效电路。流向电网的谐波电流IS和母线的谐波电压VB可表示为：IS=InZL/(ZS＋ZL）VB=ISZS(2)式中：IS为注入电网的谐波电流；In为谐波电流；VB为谐波电压；ZS为电网

3、阻抗；ZL为电网负载阻抗。该式表明，当电网阻抗(ZS)一定时，相对减小系统负载阻抗(ZL)，就可以减小流向电网的谐波电流和母线的谐波电压（电压畸变）。谐波干扰取决于流向电网的谐波电流或电压畸变的大小。抑制谐波的目的，就是要降低流向电网的谐波电流。因此，可以采取以下两种措施：（1）对于电力系统，设置谐波低阻抗的分流电路，从而减小负载阻抗ZL，降低注入电网的谐波电流IS；（2）提供逆相位的谐波，以抵消非线性负荷所产生的谐波电流In，达到消除谐波的目的。前者称为被动式滤波器，即常用的LC滤波器；后者称为能动式滤波器，即有源滤波器。4LC滤波器的设计LC滤波器是利用LC谐振原理

4、，人为地造成一条串联谐振支路，为欲滤除的主要谐波提供阻抗极低的通道，使之不注入电网。根据其电容器与电抗器的联接方式不同，主要常用的有单调谐滤波器和高通滤波器。它们的结构和阻抗特性如图2、图3所示。单调谐滤波器的谐振次数和品质因数分别为：500)this.style.ouseg(this)">Qn=XLn/Rfn(3)谐波阻抗为：Zfn=Rfn＋j(nXL1－XC1/n)≈Rfn(1＋j2δQn)(4)上二式中：XC1为电容器组的基波容抗；XL1为电抗器的基波感抗；XLn为电抗器在n次谐波时的感抗；Rfn为滤波器在n次谐波时的电阻；δ为电网角频率相对偏差。由于系统频率的波动

5、、滤波电容器及电抗器有关参数制造时的偏差、电抗器的调节偏差，以及环境温度和负荷的变化，滤波器的实际谐振频率可能与其设计值不完全相同，即在偏离设计值的一定范围内变化。一般情况下，单调谐滤波器在Qn=1/2δ时有最好的滤波效果，即注入电网的谐波电流最小。500)this.style.ouseg(this)">图4LC滤波器的典型构成由图2(b)可知，单调谐滤波器的滤波效果与δ和Qn有直接关系。Qn越大，曲线越尖锐，但越容易失谐，滤波效果下降越快；Qn过小时，滤波效果在较大范围内变化不大，但效果较低，此时损耗也较大。所以，Qn和δ的确定要经过多种方案比较，并兼顾各个指标后选取。

6、对于高通滤波器，由于其电抗器L与电阻R并联，有一个较低的阻抗频率范围。当频率低于某一截止频率f0（fO=1/2πRC）时，由于容抗增加使滤波器阻抗明显增加，低次谐波电流难于通过；当频率高于f0时，由于容抗不大，总的阻抗也变化不大，形成一个通频带。与单调谐滤波器相反，其品质因数Qn=Rfn/XLn。这是因为在高通滤波器中，电阻R与电抗器L并联，电阻越大，调谐越尖锐；而在单调谐滤波器中，电阻R与电抗器L串联，电阻越小，调谐越尖锐。但无论是单调谐滤波器还是高通滤波器，品质因数是标志调谐锐度的指标。对于高通滤波器，Qn值一般取1～5。由图3(b)可以看出，即使在调谐频率附近，频率

7、偏差也影响不大。高通滤波器截止频率应选择靠近要滤的主要谐波，否则其损耗将大大增加。对于某次谐波，要达到同样的滤波效果，采用单调谐滤波器将大大减小容量，但高通滤波器有综合滤波功能，它可以同时滤除若干次高次谐波，减少滤波电路数。因此，在滤波方案选择时，对于主要的谐波，宜用单调谐滤波器；而对若干较高次谐波，且谐波电流值不大，宜选用一组高通滤波器。当结合所需无功补偿容量考虑时，许多情况下，用几组单调谐滤波器加一组高通滤波器是比较经济可行的方案。如图4为某镀锡薄板厂用LC滤波器的典型构成。由式(2)可知，LC滤波器的滤波效果取决于电源阻抗和滤波器内部阻抗的相互关系，由于滤波器并联在

8、电路中，其本身就是阻抗因素，容易受电源已有高次谐波畸变的影响。因此，在设计时应充分考虑以下几方面因素：(1)电源的阻抗条件。根据系统接线，变压器参数或拟装设滤波器处母线电压及短路容量，计算系统的谐波阻抗；电网频率波动范围和滤波电容器及电抗器的调节偏差等因素构成的等值频率偏差；(2)在工频范围内，滤波器和电容器有着相同的功能，协调系统的超前相位容量，从而有效减小滤波器容量，降低滤波器造价；电网已有高次谐波电压对滤波器可能造成的过载影响；变流器负载所产生的高次谐波量，确定滤波器的定额；(3)高次谐波抑制指标。根据《电能质量公用电网