电网谐波的危害及抑制技术 - 图文(8)

河南理工大学万方科技学院毕业设计（论文）

第一类组合对高次谐波滤波效果要差一些，但电能损耗低些；第二类组合对高次数滤波效果好，分工也明确，设计也简单容易些。两者组合各有优缺点，总的发展趋势是在滤波效果好的前提下减少组数，以节省占地和投资，又要尽可能优化组合以节省电能损耗。

3.1.4无源滤波器的特点

1、无源滤波器优点

(1)结构简单、成本低，在吸收谐波基础上还可以补偿无功、改善功率因数。

(2)维护方便、技术设计、制造经验成熟。因此，PPF是目前采用最为广泛的谐波抑制手段。 2、无源滤波器缺点

(1)谐振频率依赖于元件参数，因此只能对主要谐波进行滤波，L、C参数的漂移将导致滤波性能改变，使滤波性能不稳定。

(2)滤波特性依赖于电网参数，而电网的阻抗和谐振频率随着电力系统的运行工况随时改变，因而LC网络设计较困难。

(3)在特定频率下，电源阻抗和LC滤波器之间可能会发生并联谐振，使该频率的谐波电流被放大，电网供电质量下降。

(4)在特定频率下，电源阻抗和LC滤波器之间可能会发生串联谐振，使电源侧某次谐波电压向LC滤波器注入很大谐波电流。

(5)当接在电网中的其它谐波源未采取滤波措施时，其谐波电流可能流入该滤波器，造成过载。 (6)有色金属消耗多，体积大。

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3.1.5无源滤波器设计要求和步骤

1、滤波器设计的要求

滤波器的设计应满足两个基本要求：

(1)以最小的投资使谐波源注入系统的谐波减小到国家标准规定的允许水平。

(2)满足基波无功补偿的要求。

在满足上面两个基本要求的前提下，滤波装置的设计涉及到以下一些指标：

a.技术指标，包括滤波器构成、谐波电压、谐波电流、无功补偿容量； b.安全指标，包括电容器的过电压、过电流、容量平衡； c.经济指标，如投资、损耗等。 2、滤波装置设计的一般步骤 （1）准备设计的原始资料

为了设计滤波装置参数，应首先了解和掌握以下资料：

a.供电系统主接线方式及设备参数（主变压器、电缆、限流电抗器等）；

b.系统最大和最小短路容量；

c.电网运行参数（电压、频率的变化、电压的不对称程度等）； d.系统的谐波水平； e.无功功率补偿的要求； f.上级供电系统及供电线路参数。

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上述需掌握的资料中前3项可由煤矿供电部门提供。无功功率补偿的要求可根据原系统并联电容器的容量确定。了解上级供电系统及供电线路参数是为了建立系统的电路模型。

目前，我国煤矿提升机的谐波治理大多是在已运行的系统上进行的，因此，上述参数中系统的谐波水平可通过对被治理对象的供电系统进行实测得到。谐波测试数据是滤波器设计的重要依据，因此测试工作要全面、细致。需要进行：

a.提升机工作和提升机停止两种状态下的测试，以了解外部供电系统送入电能的质量和提升机变流器产生谐波的程度。

b.提升机各种工况下的测试。因为提升机是周期运行的，每提升一次要经过加速、等速、减速等阶段；同时由于每次提升的重量不同，会有轻载运行和重载运行之分，这样会导致变流器产生的谐波存在着一定的差异。为了了解并联电容器对谐波的影响,还要在并联电容器投入与退出两种状态下进行测试。

我们的做法是对变流器的电压电流用谐波分析仪测量，同时用磁带记录仪将多点的谐波情况连续记录下来，再用数据处理机分析，以保证能全面观察和了解系统的谐波情况和变化程度。

c.统计、记录24小时全矿负荷和提升机的用电情况。进行此项工作的目的是在建立系统

分析模型是计算除谐波源以外的其他负荷的等效参数。 (2)滤波装置的方案确定

确定滤波装置的方案，主要是指确定用几组单调谐滤波器，是否装设高通滤波器，选取高通滤波器的截止频率，以及用什么方式满足无功补偿的要求。

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单调谐滤波器应根据谐波源大小及其所产生的主要特征谐波电流来考虑。对于整流性谐波源，一般只设奇次滤波器。例如六相整流负荷可以设5次、7次、11次等单调谐滤波器。如要滤除更高次的谐波，可以设一组高通滤波器。对于非特征的3次谐波是否要设滤波器，应根据3次谐波电流的大小，以及装设其他滤波器后是否可能发生3次谐波谐振来决定。

使滤波装置满足无功补偿的要求，可以采用两种方法：一是根据滤波要求设计滤波装置，如果其无功容量不满足要求，不足部分加装并联电容器；二是加大滤波器容量，使其满足无功补偿的要求。 (3)滤波装置参数的初步设计

初步确定各单调谐滤波器、高通滤波器中各元器件参数、容量等。具体的方法将在后面介绍。

(4)滤波装置参数的最后确定单独设计好各个滤波器后，还需要进行以下几方面的计算和校核主要包括：

a.计算滤波器之间的相互影响。因为在滤波器参数初步设计时通常作一些假设，如滤波器处于全谐振状态、各单调谐滤波器只通过基波电流和本次谐波电流等。因此，需要考虑滤波器之间的相互影响，而且有时这种影响甚至会超过系统谐波阻抗对滤波器的影响。可通过综合频率特性分析了解影响的程度，当影响较大时，需要调整各滤波器的参数。在实际设计中可能需要几个循环才能达到要求。

b.校核滤波装置是否满足谐波抑制要求，如不满足，则需要修正滤波器参数直至达到设计要求。

c.对于满足设计要求的方案，还应对电容器进行过电压、过电流和容量平衡校验。

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在上述设计步骤中可以利用计算机进行辅助计算和设计。

3.2有源电力滤波器

3.2.1有源电力滤波器的介绍

1、有源电力滤波器的发展最早可以追溯到20世纪60年代末(1969年)B．M．Rird和J．EMarsh的论文中。文中描述了通过向交流电网注入三次谐波电流来减少电源电流中的谐波成分，从而改善电源电流波形的新方法。该文虽未出现有源电力滤波器一词，但其描述的方法是有源电力滤波器基本思想的萌芽，可以被认为是有源电力滤波器思想的诞生。 2、1971年，H．sasaki和T．Machida发表的论文中，首次完整的描述了有源电力滤波器的基本原理。但是由于当时是采用线性放大方法产生补偿电流，损耗大、成本高，因而仅在实验室中研究，未能在工业中应用。 3、1976年美国西屋电气公司的LGyugyi和E．C．Strycula提出了采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulmion，PWM)控制的有源电力滤波器确定了主电路基本拓扑结构和控制方法，从原理上阐明了有源电力滤波器是一理想的谐波电流发生器，并讨论了实现方法和相应的控制原理，奠定了有源电力滤波器的基础。但是由于电力电子技术发展水平还不高，全控型器件功率小、频率低，因而有源电力滤波器仍局限于实验研究。APF研究在70年代后半期没有得到大的发展。

4、1986年，一台900kVA的并联APF(基于BJT的电压源逆变器)和6600kVA并联PPF组成的混合APF投入使用。1988年，彭方正等人提出了串联混合APF，其有源部分容量占负载容量的比值相比于并联APF小很多。从此到90年代中期，APF研究进入了一个飞速发展时期，并且不断

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