供电系统谐波治理技术讲座(重要学习)

供电系统谐波治理技术讲座无源电力滤波器的设计与调试

华北电力大学电气工程学院

2004.10.20

一、无源LC滤波器基本原理和结构

LC滤波器仍是应用最多、最广的滤波器。

1、常用的两种滤波器：调谐滤波器和高通滤波器。

2、滤波器设计要求

1）使注入系统的谐波减小到国标允许的水平；

2）进行基波无功补偿，供给负荷所需的无功功率。

3、单调谐滤波器

由图主电路可求：

调谐频率：

调谐次数：

在谐振点：∣z ∣＝R 特征阻抗：

品质因数：

q 为设计滤波器的重要参数，典型值q=30～60。 4、高通滤波器

用于吸收某一次数及其以上的各次谐波。如图所示。

复数阻抗：

截止频率：

结构参数：，一般取m=0.5~2；q=0.7 ~ 1.4

依据以上三式可设计高通滤波器的参数。

二、滤波器设计内容和计算公式

1、滤波器参数选择原则

原则：最小投资；母线THDU 和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证安全、可靠运行。

参数设计、选择前必须掌握的资料：

1）系统主接线和系统设备（变压器、电缆等）资料；

2）系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；

3）谐波源特性（谐波次数、含量、波动性能等）；

4）无功补偿要求；要达到的滤波指标；

5）滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求。

以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。

案例设计问题：没有系统最终规模的谐波资料……

2、滤波器结构及接线方式选择

由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。工程接线可灵活多样，但推荐采用电抗器接电容低压侧的星形接线，主要优点是：

1）任一电容击穿短路电流小；

2）设备承受的仅为相电压；

3）便于分相调谐。

高通滤波器多采用二阶减幅型结构（基波损耗小，频率特性好，结构简单）。经济原因高通滤波器多用于高压。

1、滤波器参数选择原则

原则：最小投资；母线THDU 和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证安全、可靠运行。

参数设计、选择前必须掌握的资料：

1）系统主接线和系统设备（变压器、电缆等）资料；

2）系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；

3）谐波源特性（谐波次数、含量、波动性能等）；

4）无功补偿要求；要达到的滤波指标；

5）滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求

以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。

本案例1段母线滤波器接线（图纸拷贝）……。

3、滤波器设计参数的分析处理

参数设计必须应依据实测值或绝对可靠的谐波计算值，但根据具体情况可作一些近似处理： 1）母线短路容量较小或换算得到的系统电抗（包括变压器）XS 较大时，可忽略系统等值电阻RS ；

2）系统原有谐波水平应通过实测得到，在滤波器参数设计时，新老谐波电流源应一起考虑；

3）L 、C 制造、测量存在误差，以及f 、T 变化可能造成滤波器失谐，误差分析是参数设计必须考虑的问题；

4）参数设计涉及技术指标、安全指标和经济指标，往往需经多个方案比较后才能确定。 4、滤波器方案与参数的分析计算

1）确定滤波器方案

确定用几组单调谐滤波器，选高通滤波器截止频率，以及用什么方式满足无功补偿的要求。

例如：三相全波整流型谐波源，可设5、7、11次单调谐滤波器，高通滤波器截止频率选12次。无功补偿要求从容量需求平衡角度，通过计算综合确定。 2）滤波器基本参数的分析 电容器基本参数：额定电压UCN 、额定容量QCN 、基波容抗XC ，而XC=3 U2CN/ QCN （这里QCN 是三相值）。

为保证电容器安全运行，电压应限制在一定范围内。

3）滤波器参数的初步计算（按正常条件）

设h 次谐波电压含有率为HRUh ，通过推导可得到：

其中，q 为滤波器的最佳品质因数。以上是从保证电容器电压要求初步选择的参数。但为保证电容器的安全运行还应满足过电流和容量平衡的要求，公式如下：

4）滤波器参数的初步计算 串联电抗器参数

以上为单调谐滤波器参数的初步选择。 5）滤波器参数的最后确定

CN

h Ch

C U U

U 1.11

1≤+

∑

∑+≥Ch

C CN Q Q Q

1

滤波器最终参数需通过大量、多次频率特性仿真计算结果确定；并根据要求指标进行校验。

为保证安全运行，还要选断路器、避雷器、保护等。

自动调谐滤波器（改变电感L）能提高滤波效果。但由于技术经济的原因，目前应用不普遍。

5、滤波器参数指标的校验

1）电压平衡：校验支路滤波电容器的额定电压

2）电流平衡：校验滤波电容器的过电流水平

，IEC为1.45倍。

3）容量平衡：QCN= QC1（基波容量）+ΣQ h (谐波容量)；

对滤波支路仅考虑I1 和Ih 通过时，近似有：

6、其它分析、计算工作

1）滤波支路等值频偏（总失谐度）的计算

2）滤波支路品质因数q值的计算

其中，δs为滤波器接点看进去的系统等值阻抗角。

3）滤波器性能和二次保护等分析计算

滤波器设计的技术性很强，需有专门的程序。除参数计算外，要能对滤波器的谐波阻抗、综合阻抗、谐波放大、局部谐振（串、并联）等滤波性能进行分析。

三、案例滤波器设计方法介绍