新型电力滤波技术讲座

新型电力滤波技术讲座一、传统滤波技术的特点1．调谐无源滤波器特点：（1）对调谐次谐波（3、5、7）滤波效果较好，但存在着偏谐问题，当负载谐波源为变频器时，由于旁频谐波的存在，滤波效果较差。（2）对高次谐波的滤波效果较差，但能减小流向电网的谐波电流。（3）设置高通滤波后，可以改善对高次谐波的滤波效果，但高通电阻的存在，会造成大量的发热，造成电能浪费。（4）对双调谐及三调谐无源滤波器，上述问题仍然存在。2．单独有源滤波器特点：（1）由于所需APF的容量特别大，仅能用于380V、660V电压等级，10KV以上电网很难产品化（APF所承受的电压为NXiKVnsnn/)10(1，输出电流为Ninn1，N为变压器原副边变比）（2）工程化实施困难的原因在于：APF承受电压能力较低，N一般需大于10，若三次谐波电流为200A，APF仅滤除三次谐波便需输出2000A电流。3．混合型电力滤波器（类型1）特点：（1）APF不能滤除调谐次谐波，因此调谐次谐波的所有问题（偏谐、旁频谐波效果差）仍然存在。（2）APF用于滤除高次谐波时，单独使用的有源滤波器的APF大容量问题没有从根本上解决，所需APF容量仍很大。（3）所需APF的电压与电流为：（电压为NXiKVnsnn/)10(11，电流为Ninn11，设调谐次谐波为3、5、7次）4．混合型电力滤波器（类型2）特点：（1）APF承受的基波电压值减小，所需APF容量有所减小，但在高压电网中仍难产品化。（2）谐波输出变压器需采用带气隙的变压器，由于气隙变压器的漏磁通较大，相当与为调谐滤波器串联了一个空心电抗，该电抗影响调谐滤波效果，并造成所需APF容量大增。（3）不能实现较好的高次谐波滤波效果，甚至不能滤除高次谐波。（4）所需APF的容量为)(32hlhnnXXi,lhX为调谐次滤波器对高次谐波所呈感抗，hX为变压器对高次谐波所呈漏抗，ni为谐波源谐波电流）。5．混合型电力滤波器（类型3）特点（1）谐波输出变压器不在需要带气隙，APF所承受的基波电压较小，所需APF容量很小，对于一般10KV谐波源，APF容量可以做到大于100KVA。（2）虽然高次谐波电流较小，但滤除高次谐波电流所需APF容量并不小，通常采用对高次谐波不予滤除的方式。（3）基波电流走空心电抗，谐波电流走变压器。（4）谐波滤波效果仍然较差，会在电网中形成一个较小的谐波电压源。（5）对于变频器的旁频谐波的处理上需要很大的APF容量。二、新型电力滤波技术的特点1．主电路结构特点：（1）所需APF容量最小（近似为121nCnLnLnnXXXi）（2）滤波效果最好（可以通过提高开关频率滤除高次谐波，滤波器形成的谐波源压降很小）。（3）设备功率损耗最小（大大降低了APF及谐波输出变压器的容量，高次谐波经电容回路流过）。2．基波等效电路的分析分析：（1）调谐滤波器对基波呈容性，可等效为一个电容C1。（2）电容C1与电容C所在支路的基波电流在变压器铁芯中产生的基波磁通相补偿，当C1与C满足一定关系时，变压器对基波短路。（3）当C1与C磁通不能完全补偿时，可以通过改变L的值调节APF所承受的基波电压。3．谐波等效电路的分析分析：（1）调谐滤波器对高次谐波呈感性，可等效为一个电感Lh（2）在APF未投入运行或未达到稳定运行状态时，两个支路（C、Lh）谐波电流方向由L及电容C参数确定，通过改变L及C的大小可调节各次谐波电流流向。（3）电抗L可以限制两个支路谐波电流的不平衡造成谐波输出变压器承受过高的谐波电压，同时可用于减小滤波系统对暂态过程的驰豫时间。（4）APF稳态运行时，谐波电流由Lh及C两个支路分流。4．新型滤波器减小所需APF容量的措施（1）低次谐波电流由调谐次滤波支路流过，APF的作用是保证谐波输出变压器的谐波电压接近于零。（2）高次谐波电流主要由电容C支路流过，APF的作用为保证变压器上产生的谐波压降等于电容C上的谐波压降。（3）中间非调谐次谐波电流由两个支路分流，APF仅需产生稍大于两个支路谐波电流之差的谐波电流即可（因为谐波电流产生的变压器谐波磁通反向，部分补偿），APF所承受的谐波电压等于电容C上谐波电压。（4）减小所需APF容量的措施概括为：电网谐波电流被调谐支路与电容C双支路分流，两支路谐波电流在变压器中产生的谐波磁通相互补偿，APF仅需产生近似补偿两支路电流之差的磁通即可，从而减小了APF输出电流，由于电流分流，APF稳态时所承受谐波电压也降低。5．新型电力滤波器对于系统运行工况的考虑新型电力滤波器必须能够在系统的各种运行工况下稳定工作，这些运行工况及滤波器应对措施如下：（1）波前小于10μs的雷击过电压及波前小于100μs的操作过电压：采用避雷器及放电间隙加以防护。（2）滤波支路的开关投入时的过电压：在开关闭合瞬间，电容相当于短路，谐波输出变压器需瞬时承担电网电压，为此，可采用一下对策：提高谐波输出变压器对瞬时电压承受能力、滤波支路投入时刻与APF投入运行时刻设置延时、当C支路需要单独投切时将其与一个空心电抗元件串联，该空心电抗由开关控制其工作或短路。（3）滤波支路的开关断开时的过电压：由于变压器并联L的存在及APF中并联的大电解电容的吸收作用，该过电压不会对APF产生损害。（4）中性点不接地系统的单相接地后的长期运行：这可以通过设计时提高无源L、C元件及谐波变压器耐压，提高APF承受电压（此时，APF承受电压为几百伏）的方法来解决。（5）负荷改变引起的电网电压的波动：该波动的幅度并不大，波动中的过渡时刻会使电容C承受的基波电压有所降低，造成变压器承受的电压有所升高，但由于幅度小且持续时间短，对APF影响不大。（6）电力系统的功率振荡及其它灾难性事故：可通过切除APF部分或切除整个滤波器电路来加以防护。6．新型电力滤波器改善滤波性能的措施（1）由于大大地减小了APF容量，可通过增加开关器件的开关频率提高对高次谐波的滤波效果。（2）新型电力滤波器滤除高次谐波所需的APF容量非常小，滤除起来很容易且彻底。（3）新型电力滤波器减小了高次谐波流经空芯电抗所呈电阻（由于趋肤效应，该电阻远大于常态测量电阻）的谐波压降，使滤波器对电网几乎不构成谐波电压源（因为滤波电容C的正切角很小（目前可做到小于万分之三）。（4）谐波输出变压器的所需功率减小及所需APF容量减小，也使得APF所呈谐波电阻相应降低，从而减小了滤波器本身的谐波源电压。（5）综上所述：新型电力滤波器可以显著地改善滤波效果，同时减小设备的自身发热损耗。7．新型电力滤波器的其它需要考虑的问题：（1）电抗L及电容C的合理配置是保证新型滤波器所需APF小容量的关键所在，若设计不合理，APF克服过渡过程所需能量会较大。（2）保证实现滤波器谐波磁通补偿的关键问题是合理地设计谐波输出变压器，以保证其工作在线性区。（3）APF自身产生地开关频率附近地谐波应很好地滤除，否则，会对滤波效果产生影响。