无源电力滤波器设计
无源滤波器的设计及仿真研究
无源滤波器的设计及仿真研究无源滤波器是一种滤波器，以被动元件（电阻、电感、电容等）构成，不需要外部电源驱动。
它在许多电子电路中被广泛应用，可以对电路信号进行滤波、放大、衰减等处理。
在本篇文章中，我们将介绍无源滤波器的设计及仿真研究方法。
首先，无源滤波器的设计需要确定滤波器的类型和特性。
常见的无源滤波器类型包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
根据实际需求选择合适的滤波器类型。
其次，根据设计要求和滤波器类型选择合适的滤波器传输函数。
传输函数可以决定滤波器的频率响应特性。
常见的传输函数有巴特沃斯(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)、椭圆(Elliptic)等。
接下来，根据选择的传输函数和滤波器类型，推导滤波器的网络结构。
无源滤波器的网络结构可以通过阻抗转换、阶梯电阻网络和π型网络等方法实现。
设计完成后，使用电路仿真软件进行无源滤波器的仿真研究。
常用的电路仿真软件有Multisim、PSPICE、LTspice等。
通过仿真研究，可以验证设计的滤波器的性能是否符合要求，进一步优化设计。
在电路仿真软件中，可以设置滤波器的输入信号和理想频率响应，然后观察输出信号的频率响应特性。
根据仿真结果，可以进行一系列的分析和优化，例如：调整电路元素数值、改变滤波器阶数、改变滤波器类型等。
最后，对设计完成的滤波器进行实验验证。
通过实验测量滤波器的频率响应特性，与仿真结果进行比较，评估滤波器的性能。
若有差异，可以进一步对滤波器进行调整和优化。
总结起来，无源滤波器的设计及仿真研究可以分为确定滤波器类型、选择传输函数、推导网络结构、电路仿真研究和实验验证等步骤。
通过设计和仿真优化，可以得到性能符合要求的滤波器。
无源滤波器设计概述
关于无源滤波器设计随着电网中非线性负载（如电力电子装置、可调速电机）应用的增多，供电质量日趋下降，电网中的谐波含量严重超过国家标准，对电力用户的安全用电构成威胁。
并且，国家对电力市场管制的开放，无疑加剧电力市场的竞争，一方面电力用户对供电电源的谐波含量的要求越来越高，另一方面电力公司对电力用户注入电网的谐波水平也提出了限制。
因此，对电网的经济安全运行起到十分重要的作用的电力滤波器有大量的市场需求和市场潜力。
概述电力系统是由电感、电阻、电容组成的网络，在一定的参数配合下可能会对某些频率产生谐振，诱发出过量的电压和电流。
因此，应当尽量避免谐振。
对于正常设计的电网来说，发生工频谐振的可能性很小。
但是，却有可能在某些高次谐波下谐振，使谐波电流和电压剧增，危害设备的运行和安全。
当谐波源产生的谐波大于规定限值时，应装设滤波装置。
在谐波源处装设滤波器，就地吸收谐波电流，可以使注入系统的谐波减少到很低的程度，这是当前最主要的抑制谐波的手段。
目前大量应用于在电力系统中的是无源交流滤波装置，由电力电容器、电抗器和电阻组成，可以抑制谐波并兼有一定的无功补偿作用。
无源滤波器结构简单、运行可靠、维护方便，成本低、技术成熟。
最理想的滤波器设计是能够将注入的全部谐波都进行衰减的单个宽频带结构，但需要的电容量非常大，比较经济的做法是使用单调谐滤波器将较低次的谐波衰减掉，由高通滤波器衰减较高次数的谐波。
无源谐波滤波器包括一组对应于某几次低次谐波的单调谐滤波器组和一个用于滤除高次谐波的高通滤波器。
运行特点使用无源滤波器的特点主要有：①滤波效果受电网阻抗影响大，会因制造误差、设备老化、电网频率变化造成滤波效果下降; 对谐波频率经常变化的负载滤波效果差。
②容易与电网产生谐振，产生并联或串联谐振，造成谐波放大;③对谐波进行抑制的同时引入一定量的无功，兼有谐波补偿和无功补偿功能;④可利用现有无功补偿设备容量;⑤不具有处理复杂频谱谐波的能力。
无源电力滤波器的设计与调试_secret
4
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）……。
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。
1 段母线补偿电容器和滤波器同时运行仿真示例：
仅滤波器投入运行的仿真示例。……。
10
四、设备定货、施工和现场调试
1、拟合标准指标与产品定货 按设计参数选配、拟合标准规格电容器，考虑电抗器调节范围，提出温升、耐压、损耗 等指标。 电容器要求+误差，电抗器±5%可调，电容器质量…。 注意滤波电容器，干式、油侵电容器等问题……。 2、工程施工需要注意的问题 LC 滤波器属工程，结合用户现场条件、情况，设计单位应提供完善的工程资料，安装、 施工要求；由于滤波器现场安装，要求工程单位按设计施工、保证质量；做详细安装检查， 保证连接正确，防止相序、设备接线错误 案例施工中的问题：连接、保护…… 3、现场调试主要要求和方法 1）要求：保证系统可靠运行，避免系统与滤波器谐振造成的谐波放大；投切过电压限 制在有效范围内；保证滤波本身安全运行，不会导致电容、电感、电阻等不发生稳态过负荷， 以及投、切时的过电压、过电流不损坏本体设备。 其中，多数与设计有关……。 2）步骤：测量各种工况谐波；计算系统和滤波器频率特性，研究是否可能出现谐波放 大，决定滤波器是正调偏还是负调偏；计算调整后的过电压、过电流；分析、考虑配置的保 护，避雷器对投切、断路器重燃过电压有重要作用；编写滤波器投入方案，测量考核滤波效 果。
第5章无源电力滤波器设计及应用实例
= hω1 ）的阻抗为：
Zh
=
Rh
+
j(ωh L −
1 )
ωhC
=
Rh
+
j(hω1L −
1 )
hω1C
（5-1）
单调谐滤波器的阻抗频率特性如图5-1（b）所示, 它利用 R、L、C 串联谐振电路在谐
振点呈现低阻抗的原理，如将电路谐振点调谐到h次谐波上，此时 Z h = Rh ，Rh 为电阻R在h
次谐波下的阻值。由于R很小，h次谐波电流主要由R 分流，很少流入电网中。而对于其他 次谐波，滤波器呈现较大的阻抗，所以分流很小。因此，只要将滤波器的谐振频率设定为与 需要滤除的谐波频率一致，则该次谐波电流将大部分流入滤波器，从而起到滤除该次谐波的 目的。
5.3 滤波器设计要求和步骤
5.3.1 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： （1） 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； （2） 安全指标，包括电容器的过电压、过电流、容量平衡；
（5-3）
X T1 —基波时变压器绕组电抗。
3．其他用电负荷
除去提升机变流器外矿上的其他负荷可采用图5-6所示的等值电路。
为了计算等效参数，需要统计未投入并联电
容器时全矿井24小时的有功电度和无功电度，从
中减去提升机的有功电度和无功电度，即为全矿其
他负荷的一天内的有功电度和无功电度，进而可以
计算出有功功率 P 和无功功率 Q 。
接线的整流变压器使二次电压移相 30 0 ，组成 12 脉动整流装置，使 5、7、17、19，…次谐
无源电力滤波器设计38页PPT文档
GN24-10D/400 LAJ-10Q
FDDC-1.7/ 6/√3
AFM4100-1W
LKDGKL－6 ―165—3.03
Y5WR-10/27 FDDC-1.7/ 6/√3 AFM4100-1W
LKDGKL－6 ―75—3.54
Y5WR-10/27
Y5WR-10/27 Y5WR-10/27
TCR
H5滤波器
实际应用中常用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。
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无源电力滤波器基础知识
单调谐滤波器
滤波器对n次谐波（n nS ）的阻抗为：
二阶高其通阻滤抗波为器：Z Z nf njn R1 fnS C j( n(R 1 SL jn n 1 1S SC L)) 1
Zfn
Zn
R
R
n S )
0
1
2
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无源电力滤波器基础知识
双调谐滤波器
有两个谐振频率，同时吸收这两个频率的谐波，其作用等效于 两个并联的单调谐滤波器。
阻抗频率特性：
阻 抗
优点：双调谐滤波器投资较小，且基波损耗较频 小率 ； 缺点：其结构相对比复杂，调谐困难，故应用还较少。
在频漂及参数漂移下的滤波效果。
Z fn
最佳Q值为 Q opt ctg(2 m m /2)2 cos m sim n 1 m
25 20
（ 一般约在30~60内）
15
AB PB
10
C
5
D
0
(% )
-6 -4 -2 0 2 4 6
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无源电力滤波器设计方法
无源RC滤波器设计
无源RC滤波器设计设计无源RC滤波器的步骤如下：1.确定所需的滤波器类型（低通、高通、带通、带阻）以及截止频率。
在本文中，我们将以低通滤波器为例进行讲解。
低通滤波器允许低于截止频率的频率通过并削弱高于截止频率的频率。
2. 计算截止频率（fc）和阻抗匹配电阻（Rf）。
截止频率决定了滤波器的截止频率，阻抗匹配电阻用于将输入和输出阻抗匹配以获得更好的性能。
- 对于低通滤波器，截止频率（fc）计算公式为：fc = 1 /(2πRfC)，其中π是圆周率。
-对于阻抗匹配电阻（Rf），一般选择与电阻（R）相等。
这样可以使输入和输出的阻抗匹配，以避免信号损失。
3.根据截止频率计算电容（C）的值。
电容值的选择需要根据所需的截止频率和电阻（R）的取值来确定。
-电容值（C）计算公式为：C=1/(2πfR)，其中f为截止频率。
-在实际设计中，可以选择与标准电容值最接近的值，并根据需要进行微调。
4.确定电阻（R）的值。
电阻的取值也需要根据所需的截止频率和电容的取值来确定。
-电阻（R）的取值一般为标准电阻值，例如1KΩ、10KΩ等。
-在实际设计中，可以选择与标准电阻值最接近的值，并根据需要进行微调。
5.确定信号输入和输出的连接方式。
一般情况下，输入信号通过电容连接到滤波器的输入端，输出信号则通过电阻连接到滤波器的输出端。
设计无源RC低通滤波器实例：假设我们需要设计一个无源RC低通滤波器，其截止频率为10kHz。
现在，我们来计算电容和电阻的值。
根据截止频率计算电容（C）的值：C=1/(2πfR)=1/(2π*10kHz*R)其中，R为电阻值，为了简化计算，我们选择R=10KΩ。
C=1/(2π*10kHz*10KΩ)=1.59nF所以，选择最接近的标准电容值为1.5nF。
选择与电容值匹配的电阻值，我们选择R=10KΩ。
所以，设计出的无源RC低通滤波器的电路图如下：```----C(1.5nF)输入信号----，------，----输出信号----R(10KΩ)```需要注意的是，这只是一个示例设计，实际的设计可能会根据具体需求进行微调。
无源RC滤波器设计
+1 ×ω0
ωCl =
1+ 4QP2 2QP
−1 ×ωP
=
1+ 4QP2 2QP
−1 × ω0
ωCh ， ωCl 分别称为上截止频率和下截止频率。
（10） （11） （12）
通频带宽度 B 为
B = ωCh − ωCl
= ωP QP
= ω0 QP
（13）
品质因数 Q 为
Q = ω0 = ωp = Qp BB
1
一．无源滤波器的简介
1.无源滤波器定义
无源滤波器，又称 LC 滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次 或多次谐波，最普通易于采用的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对主要次谐波（3、5、7）构成 低阻抗旁路；单调谐滤波器、双调谐滤波器、高通滤波器都属于无源滤波器。
带ωCl<ω<ωCh。因此它的功能是衰减ωCl 到ωCh 间的信号。通带ω>ωCh 也是有限的。
(a)低通滤波电路
(b)高通滤波电路
3
(c)带通滤波电路
(d)带阻滤波电路
图 1 各种滤波电路的幅频响应
二阶基本节低通、高通、带通和带阻滤波器的电压转移函数分别为：
H(S) =
Kω P 2
低通
S2
+
ωCh ，ωCl 分别称为上截止频率和下截止频率。
阻频带宽度 B 为
B = ωCh − ωCl
= ωP QP
= ω0 QP
（21）
品质因数 Q 为
Q = ω0 B
=
ωP B
= QP
（22）
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三．设计思路及电路仿真
1.无源低通滤波器
电力系统无源滤波器设计方法研究
电力系统无源滤波器设计方法研究近年来，随着电力系统的不断发展和扩大规模，电力质量的问题也日益严重。
其中，谐波是电力系统中一种重要的电能质量问题，它产生的原因各种各样，如电弧炉、电动机、电子设备等。
谐波会给电网带来许多不良影响，例如电网损耗增加、设备温升、谐波扰动等。
因此，为了解决电力系统中的谐波问题，设计无源滤波器成为一项重要的研究工作。
一、无源滤波器的工作原理无源滤波器是一种可以消除电力系统中各种谐波的电路，它不需要外加电源，并不改变电网的工作状态。
无源滤波器主要由电感和电容组成，通过合理地选择电感和电容的数值，可以使其在一定频段内具有谐波抑制的功能。
在电力系统中，谐波的波形通常为非正弦波，因此，无源滤波器的关键是选择适当的频率响应特性以适应谐波频率的变化。
常用的无源滤波器包括LC滤波器、π型滤波器和L型滤波器等。
二、LC滤波器设计方法LC滤波器是一种常见的无源滤波器，它由串联的电感和并联的电容组成。
针对电力系统中的不同谐波频率，可以通过适当选择电感和电容的数值，使得LC滤波器在不同频段内具有谐波抑制的效果。
LC滤波器的设计方法如下：1. 确定电感和电容的数值：根据电力系统中谐波频率的分布情况，可以选择合适的电感和电容数值。
通常情况下，电感与电容数值锁定于常见数值，如1mH、10μF等。
2. 验证电感和电容数值：通过仿真软件（如PSpice、Matlab等）可以对电路进行仿真验证。
根据仿真结果，可以调整电感和电容数值，以使滤波器在目标频段内具有较好的谐波抑制效果。
3. 搭建实际电路：根据设计得到的电感和电容数值，可以搭建实际的LC滤波器电路。
在搭建过程中，应注意电感和电容的连接方式和布局，以确保电路的正常工作。
4. 实际测试和调整：将搭建好的LC滤波器电路接入电力系统中，对系统中的谐波进行实测。
根据实测结果，可以对电路进行进一步的调整和优化，以达到较好的滤波效果。
通过上述设计方法，可以设计出具有良好谐波抑制效果的LC滤波器，从而改善电力系统的电能质量，保障电力系统的正常运行。
基于多目标粒子群算法的无源电力滤波器优化设计
基于多目标粒子群算法的无源电力滤波器优
化设计
本文利用多目标粒子群算法对无源电力滤波器进行优化设计。
无
源电力滤波器是一种常用于电力系统中的滤波器，主要用于减小功率
电子设备对电力系统电网的干扰，提高电力系统的稳定性和可靠性。
该滤波器的设计中需要考虑多个指标，如滤波效果、成本、体积等。
因此，多目标粒子群算法是一种有效的优化设计方式。
首先，本文介绍了无源电力滤波器的基本原理和结构，以及滤波
器设计中需要考虑的指标。
其次，本文详细介绍了多目标粒子群算法
的原理和流程，并针对无源电力滤波器的设计进行了优化。
最后，本
文通过仿真实验验证了利用多目标粒子群算法进行优化设计的有效性，并对结果进行了分析和总结。
综上所述，基于多目标粒子群算法的无源电力滤波器优化设计可
以有效提高电力系统的稳定性和可靠性，具有广泛应用前景。
新型无源滤波器的设计及应用
新型无源滤波器的设计及应用无源滤波器是一种基于电阻、电容、电感等被动元件组成的滤波电路，其特点是直流通路的可靠性和稳定性高，而且成本低。
然而，由于被动元件的数量限制了无源滤波器的滤波精度，因此在实际应用中，无源滤波器往往不能满足高精度和高要求的滤波需求。
为了解决这个问题，人们设计了一种新型的无源滤波器，提高其滤波精度，并扩大了其在实际应用中的范围。
一、新型无源滤波器的设计新型无源滤波器采用了现代模拟电路理论和技术，使其具有无源滤波器所没有的高精度和高性能特点。
其基本电路结构大致如下：该图展示的是一种通带波纹很小的新型无源滤波电路的原理图。
它包括一个低通滤波器和一个高通滤波器。
低通滤波器的核心部件是一个RC网络，可以起到降低信号的高频成分的作用，而高通滤波器的核心部件是一个R(LC)网络，可以起到降低信号的低频成分的作用。
这两个滤波器的基频分别是ω1和ω2，因此，整个滤波器的带宽为[ω2,ω1]。
当ω1>>ω2时，该滤波器的效果越来越接近理想滤波器。
该电路的设计非常精密，涉及到许多电路参数的选择与调整。
例如，要保证频率选择特性和通带波动率都满足要求，需要通过精细的电路设计和电路参数计算来实现。
不过，没有关系，现代仿真软件的普及，使得无源滤波器设计过程更加高效和精确。
二、新型无源滤波器的应用新型无源滤波器除了在一些传统领域中的应用外，还可以在一些新兴领域中得到广泛应用。
如，在通信领域中，它可以作为调制解调器和低噪声放大器的前端滤波器，用于下变频、上变频和SIF滤波等应用，从而保证整个通信系统的正常工作。
在音响系统、视频系统、汽车电子系统以及家用电器等领域中，新型无源滤波器也得到了广泛应用，用于声音和图像信号处理、电源滤波等领域。
三、新型无源滤波器的未来发展由于其独特的设计和优越的性能，新型无源滤波器将会在未来的各个领域中继续得到应用，特别是在高速通信、卫星导航、光纤通信等领域中。
而且，未来的新型无源滤波器还将不断创新和完善，从而更加适应各种复杂的环境和应用场景。
无源滤波器的设计
无源滤波器（PWPF）的设计安装容量的确定以下的例子为经过现场测量后，确定电谐士安装容量的一种设计思路，提供给各位参考：已知参数：相电压：220V线电压：380V线电流：1462A有功功率：600 kW无功功率：783 kvar功率因数：0.65次谐波电流: 198A7次谐波电流: 120A11次谐波电流: 80A电压谐波总畸变率:5.15%要求:电谐士投运后，电网的谐波分量要低于GB/T14549-1993所规定的谐波电流允许值；供电系统功率因数达到0.9以上；整套装置的电器元件运行温升符合有关技术规范要求。
设计思路:1.基波补偿容量有功功率：600kW功率因数：0.6将功率因数提高到0.9以上，需要基波补偿容量：Q C1=P(tanϕ1－tanϕ2)=600kW(1.333-0.484)=510kvar其中,cosϕ1＝0.6；cosϕ2＝0.9；tanϕ1 和tanϕ2 为相应的三角函数。
2.考虑谐波电流后安装容量从测量数据可知,线电流：1462A, 5次谐波电流: 198A; 7次谐波电流: 120A; 11次谐波电流: 80A5次谐波电流在谐波电流中所占的百分比为: 198/(198＋ 120) ×100% ＝62.3%7次谐波电流在谐波电流中所占的百分比为: 120/(198＋ 120) ×100% ＝37.7%将上面第1点确定的基波补偿容量510kvar分别分配到5次、7次、11次滤波组，则：5次滤波组的基波补偿容量为：311 kvar7次滤波组的基波补偿容量为：189kvar现在计算5次滤波组的安装容量。
依据上面的原则，分配给5次滤波组的基波补偿容量为：311kvar，又知5次谐波电流为198A。
311kvar的电容器连入380V的电网后，基波线电流为：I ＝U Q⨯3＝311400⨯＝ 448.07A容量和电流、容抗的关系式如下：XI cQ ⨯=2对于基波： X c Q I1121⨯=...............................(1) 对于5次谐波：X c Q I5525⨯= (2)其中，X c 1＝ 5×X c 5由上面的两个式子相比,可得198A 的5次谐波电流注入电容器时的谐波容量Q 5： Q 5＝ 311 × 1982／(448.92×5) ＝12kvar所以,在380V 下，5次滤波组的安装容量为: Q 1＋Q 5＝311 ＋12＝323kvar考虑到串联电抗器后，电容器的电压会升高，这里选额定电压为480V 的电容器。
无源滤波器的优化设计
无源滤波器的优化设计随着信息技术的迅速发展，电力系统中各种干扰以及设备工作异常现象日益突出。
因此，需要采取有效措施降低以上畸变对生活产生的影响。
无源滤波器是电力系统中最普遍的抑制谐波设备，为了达到最佳的滤波效果，设计了基于遗传算法的无源滤波器。
标签：无源滤波器；抑制谐波；遗传算法1 无源滤波器的分类无源滤波器，利用电感、电容和电阻的组合设计构成滤波电路，可以滤波一次或多次谐波。
它的种类繁多，主要有单调谐滤波器、双调谐滤波器以及高通滤波器。
1.1 单调谐滤波器吸收单一次数谐波的滤波器，RLC串联电路，它主要针对系统中的某一个特定的谐波频率而设计。
在谐振角频率？棕0处，z出现最小值，此时电流I为最大值。
在？棕偏离？棕0时，z的模值逐渐增大，I也逐渐减小。
工频状态下，定义电感和电容的工频阻抗比为K，则K=■=？棕02LC，则在n次谐波情况下，发生谐振时n？棕0L=■，n=■=■。
（见图1）1.2 双调谐滤波器同时滤除两次数谐波的滤波器为双调谐滤波器，主要应用在高压直流系统的换流装置产生谐波的问题中。
（见图2）图1 RLC串联滤波电路的特性图图2 双调谐滤波电路的特性图1.3 高通滤波器高通滤波器是高频率比较容易通过而阻止低频率通过的系统。
它去掉信号中不必要的低频成分或者干扰。
（见图3）综合分析以上几种滤波器，单调谐滤波器对固有频率的谐波有较好的补偿效果，而高通滤波器在高于某个频率后很高的频率范围内呈低阻抗特性，用以吸收若干次高次谐波，阻抗频率特性较好，结构简单。
2 谐波的来源与危害2.1 谐波的产生谐波的产生形式主要有两种，它们分别是谐波电压和谐波电流。
谐波电流主要是叠加在主电源上的元器件导入的非正弦电流；谐波电压则是电力系统中在谐波电流基础上产生的电压降[2]。
当谐波电流分量很大时，会给电网造成十分严重的污染。
生产中由非线性元件组成的电力电子装置是谐波的主要来源，尤其是由晶闸管或二极管组成的单相桥式或三相桥式整流电路产生谐波比例最大，造成功率因数很低。
电力系统中无源滤波器的设计与应用研究
电力系统中无源滤波器的设计与应用研究随着现代电力系统的快速发展，电力质量日益成为人们关注的焦点。
在电力质量研究中，滤波器的使用越来越广泛。
其中，无源滤波器作为一种非常重要的滤波器，在电力系统中也有着广泛的应用。
本文将介绍无源滤波器的基本概念、设计方法和应用研究，以期对电力系统中无源滤波器的理解和应用有所帮助。
无源滤波器的基本概念无源滤波器是一种不需要外部电源就能实现滤波功能的电路。
它的原理基于电路元件的内部电性质，通过合理地设计电路结构和元件参数，将信号中的某些频率分量从电路中滤除或者衰减。
无源滤波器种类繁多，其中比较常用的包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
在电力系统中，无源滤波器的应用主要针对电源电压或电流中的高次谐波成分。
高次谐波是指频率高于基波频率的整数倍的谐波成分。
它们主要是由非线性负载（如电子电器等）的工作方式所产生的，会导致电力系统中电压失真和谐波污染问题。
因此，通过采用适当的无源滤波器可以有效地减少高次谐波并降低谐波污染。
无源滤波器的设计方法无源滤波器的设计方法包括两个方面：设计电路结构和选择元件参数。
其中，设计电路结构主要是指选择基本电路框图，包括所要实现的滤波器类型、级数和基本电路单元等。
选择元件参数则需要根据所要实现的滤波器特性和工作条件，如电源电压和负载电阻等，来确定电容、电感和电阻等元件的数值和阻抗。
对于无源滤波器的设计，目前主要有两种方法：一种是传统的频率响应法，另一种是基于网络函数的多带通滤波器设计。
传统的频率响应法是指根据滤波器的时间响应和频率响应之间的关系，利用傅里叶变换和拉普拉斯变换等工具，将滤波器的特性转化为一组频响特性曲线，然后通过对这些曲线的分析和合成，得到所要实现的滤波器电路结构和元件参数。
而基于网络函数的多带通滤波器设计则是指利用网络函数的性质和设计算法，通过网络函数的分解和组合，将滤波器设计转化为线性代数系统问题，并通过求解矩阵方程组，得到所要实现的滤波器电路结构和元件参数。
无源电力滤波器设计及PSCAD仿真
无源电力滤波器设计及PSCAD仿真(2013届) 无源电力滤波器设计及PSCAD仿真学生姓名学号院系专业自动化指导老师完成日期 2013-5-15无源电力滤波器设计及仿真摘要本文对电力电子设备中谐波的产生的原因及危害进行了简单的阐述，以此来引出治理谐波的方法和意义的重要性。
为了达到滤除谐波的目的，得到一个洁净理想的电网系统，本文简述了滤除电网中谐波的常见一些方法和原则。
本文将具体详细的描述如何设计一个无源电力滤波器来滤除谐波。
通过对一个特定的系统以400V,50Hz电压做为一个6脉冲转换器负载的电压源进行滤除谐波的例子。
生动形象的对设计一个无源电力滤波器过程中需要涉及计算到的各个参数进行详细的计算，如滤波电抗器基波电抗、滤波电抗器电感值、电容器基波电抗值、电容器电容值、品质因数等参数。
并且在PSCAD仿真系统中进行滤波的仿真，通过仿真最后确定无源电力滤波器的各个参数。
关键词:无源滤波器;谐波;PSCADI毕业设计(论文)PASSIVE POWER FILTER DESIGN ANDSIMULATIANABSTRACTThis article describes the causes and hazards of harmonics in the electrical and electronic equipment, as well as governance harmonic and significance. In order to achieve the purpose of the harmonic filter, a clean and ideal grid system, this paper outlines the the grid harmonic filter some of the common methods and principles. This article will be specific and detailed description of how to design a passive powerfilter to filter out the harmonics.By the example of the harmonic filter for a particular system as a six-pulse converter load voltage source voltage of 400V, 50Hz. Vivid design a passive power filter process involving the various parameters of the calculation to perform the detailed calculations, such as filter reactor fundamental reactance, the filter reactor inductance value, capacitor fundamental reactance capacitor capacitance value, quality factor and other parameters. And PSCAD simulation system for filtering simulation, by the end of the simulation to determine the various parameters of the passive power filter.KEY WORDS: Passive filter; Harmonic; PSCADII目录摘要 (I)ABSTRACT ............................................................... .... II 目录 ......................................................................1 引言 ..................................................................... ... 3 1.绪论 ......................................................................41.1 研究本课题的背景和意义 (4)1.1.1 谐波产生的原因及危害 (4)1.1.2 谐波的治理方法 (4)1.1.3 治理谐波的意义 (5)1.2 本课题国内外的研究情况 (5)1.2.1 国外发展历程 (5)1.2.2 国内行业现状及发展情况 (5)1.3 本课题的主要工作 (6)1.3.1 本课题要研究的主要问题 (6)1.3.2 本课题研究的思路和方法 ......................................... 6 2.滤波器的设计要求及步骤 (7)2.1 设计滤波器的要求 (7)2.2 设计滤波装置的一般步骤 .............................................. 7 3.设计方案的确定 (8)3.1 无源滤波器的分类 (8)3.1.1调谐滤波器 .....................................................83.1.2 高通滤波器 (8)3.2 几种常见无源电力滤波器原理电路图 (9)3.3 滤波方案的确定 ...................................................... 9 4.各元器件选择的算法部分 (10)4.1 说明 (10)4.2 几个概念 (10)4.3 算法 (11)4.3.1算法一 ........................................................111毕业设计(论文)4.3.1算法二 ........................................................12 5.在PSCAD上对特定的系统仿真 (13)5.1 PSCAD的简介 (13)5.1.1 PSCAD的功能 ..................................................135.1.2 PSCAD的目前引用情况 ..........................................135.2 对一个以6脉冲转换器为负载的系统进行滤波仿真 (14)5.2.1 对该系统不加滤波器进行仿真 ....................................155.2.2 对系统加入滤波器进行仿真 ......................................17 6.总结和体会 ............................................................... 21 参考文献 ...................................................................22 附录 ..................................................................... .. 22 致谢 ..................................................................... .. 242引言由于我国的工业与民用建筑的电力负荷快速增加和电力电子设备被各个行业的大范[1]围的使用，这些设备都会产生大量的谐波电流和谐波电压。
无源滤波器的设计和优化
无源滤波器的设计和优化无源滤波器是一种能够将频率范围内的信号进行滤波处理的电路。
它主要由电容、电感和电阻等无源元件组成，无需外部电源供电。
本文将就无源滤波器的设计原理、设计步骤以及优化方法等方面进行探讨。
一、无源滤波器的设计原理无源滤波器设计的基本原理可以归结为电容、电感和电阻等元件的串并联组合，通过调整元件的数值和连接方式，以实现对不同频率信号的滤波效果。
1. RC滤波器：RC滤波器由电阻和电容组成，根据RC电路的特性，可以实现对低频信号的滤波。
当输入信号的频率增加时，电容的阻抗减小，导致输入信号更容易通过电容而绕过电阻，从而被滤除。
2. LC滤波器：LC滤波器由电感和电容组成，通过电感和电容之间的交互作用，实现对特定频率的信号滤波。
当输入信号的频率与电感和电容的共振频率相匹配时，电感和电容之间会形成一个高阻抗，从而将该频率的信号滤除。
二、无源滤波器的设计步骤无源滤波器的设计是一个较为复杂的过程，需要根据滤波要求和元件的特性进行合理的搭配和计算。
下面是一般的设计步骤：1. 确定滤波要求：首先需要明确需要滤除的信号频率范围以及滤波器的通频带和阻频带的要求。
2. 选择滤波器类型：根据滤波要求和元件的特性，选择合适的滤波器类型，如低通、高通、带通或带阻滤波器。
3. 计算元件数值：根据滤波器类型和设计要求，通过计算或仿真软件确定电容、电感和电阻的数值。
4. 搭建电路并测试：根据计算得到的电路参数，搭建相应的电路，并进行测试和性能评估。
根据测试结果，可以对电路进行调整和优化。
5. 优化电路性能：根据测试结果，对电路进行优化，比如调整元件数值、改变连接方式等，以提高滤波器的性能。
三、无源滤波器的优化方法无源滤波器的性能优化是一个持续不断的过程，可以通过以下几种方法来实现：1. 参数调整：通过调整电容、电感和电阻等元件的数值，可以改变滤波器的通频带和阻频带范围，以满足不同的滤波需求。
2. 反馈电路：引入反馈电路可以增加滤波器的增益和稳定性，改善滤波器的性能。
无源电力滤波器设计
按照电容器满足过电压、过电流要求和容量平衡选择电容器参数 电容器电压校验公式为： 电容器过电流校验公式为： 电容器容量平衡关系为： 为电容器的额定电压、额定电流、额定容量。 按上述三个原则可确定三个电容器额定容量，取其中最大容量 作为h次单调谐滤波电容器安装容量下限，从而可确定C、L、R。
设计思路及步骤
淮北项目无源部分设计及仿真
设计思路及步骤 1.给定各次谐波电流、电压标准和系统参考短路容量，由短路 容量修改国标中各次谐波电流限值； 2.进行系统谐波分析，确定滤波方案，并根据上述设计原则确 定各滤波支路需要补偿无功； 3. n=1,第1个调谐滤波器； 4.根据第2步的基波无功量确定该支路滤波器的基波容抗； 5.求取满足过电流和过电压要求和容量平衡的电容器额定电 压UcN、基波最小无功量Qch及其安装容量Sch； 6.由第4和5步两者中较小者作为该单调谐滤波器的基波容抗， 再确定其电感与电阻 7.如果n不等于m，则 n<= n+1,转入第2步，否则进行输出结果
6
控制系统及保护装置
7
其中无源电力滤波器设置5次、7次、（11次支路）。
8
项目简介
项目简介
淮北项目原理接线图
01
新型并联混合型有源电力滤波器系统构成和原理
02
单相示意图
项目简介
单调谐滤波器； (b) 双调谐滤波器；
双调谐带高通特性的滤波器；(d)一阶高通滤波器
二阶高通滤波器；(f) 三阶高通滤波器； (g) C型高通滤波器 几种常见无源电力滤波器原理电路图 实际应用中常用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。
其中，δs为滤波器接点看进去的系统等值阻抗角。
滤波器性能和二次保护等分析计算
无源电力滤波装置设计方法
无源电力滤波装置设计方法无源电力滤波装置（Passive Power Filter）是电力电子设备的一种重要附属装置，主要用于对电力负载中的高频噪声进行去除或衰减，以使其输出能够达到预期的电压波形和稳定性。
本文将讨论无源电力滤波装置设计的方法，包括其基本结构、设计流程、参数选择和优化方法，旨在为电力电子工程师提供有关无源电力滤波器的设计和应用方面的参考。
一、无源电力滤波器基本结构无源电力滤波器主要由两种元件组成：电感（Inductor）和电容（Capacitor）。
它们被称为无源元件，因为它们不需要外部电源就可以进行工作。
无源电力滤波器可以分为四类：低通（Low Pass）、高通（High Pass）、带通（Band Pass）和带阻（Band Stop）滤波器。
低通滤波器允许低频信号通过，而高频信号被滤除；高通滤波器允许高频信号通过，而低频信号被滤除；带通滤波器允许一个中心频率左右的信号通过，而高低频信号被滤除；带阻滤波器则是只允许一个中心频率左右的信号被滤除，而高低频信号得以通过。
二、设计流程无源电力滤波器设计流程包括：测量需要过滤的负载特性、计算无源元件参数、制作电感和电容、调整参数进行实验和优化。
设计流程中需要注意以下几点：1. 测量负载特性在进行滤波器设计时，需要测量负载的特性，包括其功率、电流、电压和相角等。
这些参数对于计算滤波器参数至关重要，因此需要进行精确的测量。
2. 计算无源元件参数电感和电容的值取决于负载的电路参数和滤波器的类型。
计算无源元件参数需要考虑到滤波器的频率响应、阻抗匹配和损耗等因素。
具体的计算公式可以参考电工手册或者相关文献。
3. 制作电感和电容电感和电容可以使用现成的元件，也可以根据计算得到的参数进行制作。
对于较大的电感和电容，可以考虑使用线圈和铝箔等材料进行制作。
对于电感的制作，需要注意绕制的方向、线材选用和绝缘性能等问题。
4. 调整参数进行实验和优化进行实验和优化是无源电力滤波器设计过程中最重要的一环。
无源电力滤波装置设计方法
无源电力滤波装置设计方法说明摘要：国家电力部门越来越重视电网谐波造成的电网污染，其使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障。
为此，我公司结合高校资源等研究无源电力滤波装置。
关键词：电网污染电力滤波供电国家电力部门越来越重视电网谐波造成的电网污染，其使电力系统的发供用电设备出现许多异常现象和故障。
为此，我公司结合高校资源等研究无源电力滤波装置。
一、设计目标a) 使得负载注入电网的谐波电流满足国家标准要求；b) 补偿负载所需无功，提高功率因数；二、设计准则a) 谐波性能指标达到国家要求i. 谐波电压要求ii. 谐波电流要求表2 注入公共连接点的谐波电流允许值b) 在满足滤波要求的情况下，装置经济价格最低；c) 保证在正常失谐的情况下滤波器仍能满足各项技术要求；d) 电网阻抗变化会对滤波装置尤其是单调谐滤波器的滤波效果有较大影响，同时电网阻抗与滤波装置有发生并联谐振的可能，设计时应予以考虑。
三、设计方法a) 需测量参数i. 各次谐波电流电压幅值，；ii. 系统短路容量S k；iii. 电压等级U；iv. 系统功率因数；v. 变压器容量S；b) 补偿无功功率计算设目标功率因数为，一般为0.9以上，则需补偿的无功功率Q可由下式算出，得到需要补偿的无功功率后，一般原则是将其平均分配至各滤波支路，以保证各支路基波损耗接近；若需补偿无功功率较大，可以选择在无源滤波支路外并联一条无功补偿支路；c) 无源滤波支路参数计算常用的无源滤波支路接线方式如图3所示，其中单调谐滤波器，二阶高通滤波器以及C型阻尼高通滤波器较常用。
其中单调谐滤波器主要针对谐波电流较大的低次谐波，二阶及C型阻尼高通滤波器主要应用于滤除高次谐波。
本计算程序主要针对上述三种滤波器进行参数计算。
图3 滤波器常用接线方式i. 单调谐支路参数计算方法单调谐支路参数计算主要包括确定C、L、R的大小，额定电流，额定电压等部分。
1．根据系统谐波电流情况确定单调谐支路的谐振频率f；2．根据谐波电流的大小计算所需电容器C的容量，计算公式为其中为电容器容量，为相电压有效值，为该次电流谐波有效值。
无源电力滤波器设计-38页精品文档
i1
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为极值问题求解。从而确定，并进一步求得C、L、R。
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无源电力滤波器设计方法
二阶高通滤波器设计
确定高通滤波器支路的基波无功容量为：Q hc1Q c1Q hc1
其中，Q c 1 为系统需要补偿的总的无功功率； Q hc1 为单调谐支路的无功功率
Q h1 p Q hc1 / 3
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其它分析、计算工作
1）滤波支路等值频偏（总失谐度）的计算
ff1112(LLCCr)
2）滤波支路品质因数q值的计算
qct(gs/2)1coss 2 2sins
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
实际应用中常用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。
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无源电力滤波器基础知识
单调谐滤波器
滤波器对n次谐波（n nS ）的阻抗为：
二阶高其通阻滤抗波为器：Z Z nf njn R1 fnS C j( n(R 1 SL jn n 1 1S SC L)) 1
传统设计方法
该设计方法仅对部分指标基于工程经验的近似求解，无法实现优化； 即其LC参数的求取是通过反复计算和比较来实现的，以满足分组的无 功补偿和谐波标准的要求，很难实现全局优化。
最小容量优化设计 多目标优化设计
优化设计方法 自适应进化设计
遗传算法设计 改进的遗传算法设计 、、、、、、
根据具体应用条件和要求，依某一个或两个指标为目标，用非线性规 划或遗传算法等进行优化设计，这些设计方法能实现一定程度的优化。
2020024109课程设计无源滤波器的设计word格式可编辑
长沙学院课程设计说明书题目无源滤波器电路设计系(部) 电子与通信工程系专业(班级) 电气工程及其自动化一班姓名龙程学号09指导教师龙英、刘亮、陈希、马凌云起止日期模拟电子技术课程设计任务书(3)系（部）：电子与通信工程系专业：电气工程及其自动化指导教师：刘亮长沙学院课程设计鉴定表目录一．无源滤波器的简介______________________________________________________________________ 5二．无源滤波器原理与电路分析______________________________________________________________ 5__________________________________________________________ 8___________________________________________________________ 8三．电路仿真__________________________________________________________________________ 8无源低通滤波器________________________________________________________________________ 8无源高通滤波器_______________________________________________________________________ 10无源带通滤波器_______________________________________________________________________ 12无源带阻滤波器_______________________________________________________________________ 16四. 设计心得与体会 _______________________________________________________________________ 18参考文献：1．彭介华，《电子技术课程设计指导》，北京：高等教育出版社，1997；2．高吉祥，《电子技术基础实验与课程设计》，北京：电子工业出版社，2005；1．童诗白，《模拟电子技术基础》，北京：高等教育出版社，1988；2．康华光，《电子技术基础——模拟部份》，北京：高等教育出版社，20063．本课程教材一．无源滤波器的简介无源滤波器，又称，是利用电感、电容和电阻的组合设计组成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，最一般易于采纳的无源滤波器结构是将电感与电容串联，可对要紧次谐波（3、五、7）组成低阻抗旁路；、、都属于无源滤波器。
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优化设计方法 自适应进化设计
遗传算法设计 改进的遗传算法设计 、、、、、、
根据具体应用条件和要求，依某一个或两个指标为目标，用非线性规 划或遗传算法等进行优化设计，这些设计方法能实现一定程度的优化。
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无源电力滤波器设计方法
传统设计方法
参数选择合理应满足： 技术要求（谐波电压、谐波电流、无功补偿容量） 安全要求（电容器的过电压、过电流和容量平衡）
n2 n2
U 1
2 (1)
一旦该支路需要出的基波无功确定，则滤波器的相关参数C、L、R就可以确 定出来了。
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无源电力滤波器设计方法
➢ 按照电容器满足过电压、过电流要求和容量平衡选择电容器参数
✓ 电容器电压校验公式为：UC1 UCh 1.1UCN
✓ 电容器过电流校验公式为： IC21 IC2h 1.3ICN
无源电力滤波器的优缺点
优点: 具有结构简单、设备投资较少、运行可靠性较高、 运行费用较低等。
缺点: 易与电网阻抗发生谐振，不能实现动态补偿无功。
无源电力滤波器是传统的补偿无功和抑制谐波的 主要手段
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无源电力滤波器设计方法
无源电力滤波器设计方法分为：
传统设计方法
该设计方法仅对部分指标基于工程经验的近似求解，无法实现优化； 即其LC参数的求取是通过反复计算和比较来实现的，以满足分组的无 功补偿和谐波标准的要求，很难实现全局优化。
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无源电力滤波器基础知识
双调谐滤波器
有两个谐振频率，同时吸收这两个频率的谐波，其作用等效于 两个并联的单调谐滤波器。
阻抗频率特性：
阻 抗
优点：双调谐滤波器投资较小，且基波损耗较频小率； 缺点：其结构相对比复杂，调谐困难，故应用还较少。
，
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无源电力滤波器基础知识
实际应用中常用几组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成滤波装置。
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无源电力滤波器基础知识
单调谐滤波器
滤波器对n次谐波（n n S ）的阻抗为：
二阶高通滤波器 Z 其阻抗为：Zn
fn
Rfn 1
jn
j(n S
1 ( SC R
1 L
n1 S
jn S
C L
) ) 1
Zfn
Zn
R
R
nS)
反之，不但不能抑制还可能放大谐波，产生谐振。
设计步骤
o 准备设计的原始数据 o 确定滤波装置的构成 o 滤波装置中各滤波器的初步设计 o 滤波装置的最后确定
常见滤波支路的设计
o 单调谐滤波器的设计 o 二阶高通滤波器设计
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无源电力滤波器设计方法
单调谐滤波器设计
失谐 总的等值频率偏差或总失谐度 eq
系统构成：
晶闸管控制电抗器（TCR） 6kV动补SVC装置 无源滤波器（PF）、有源滤波器（APF）
控制系统及保护装置 其中无源电力滤波器设置5次、7次、（11次支路）。
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项目简介
淮北项目原理接线图
35kV母线
6kV
APF
GN24-10D/400 LAJ-10Q
La
耦合 变压器
C1
C1
C
L1
CH
C1
C1
L
R1
L1
C
R
L2 C2
C2
R2
L2 R
R
LH
RH L2
R2 C2 C2 L2
R
(a)单(a调) 谐滤波(b器) ； (b)(c)双调谐滤波(d器) ； (e)
(f)
(g)
(c) 双调谐带高通特性的滤波器；(d)一阶高通滤波器
(e) 二阶高通滤波器；(f) 三阶高通滤波器； (g) C型高通滤波器
S( n )
Q(1)
Q( n )
1
sC
I2 f (1)
1
n sC
I2 f (n)
该支路输出的基波无功容量可为求得：
Q1 U(1) I f (1)
sC
n2 n2
1
U2 (1)
在安装容量最小时，该支路输出的最小基波无功通过求极值得到为：
Q1min
1 n
U (1) I f (n)
Cs min
10
C
5
D
0
(%)
-6 -4 -2 0 2 4 6
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无源电力滤波器设计方法
初步确定电容器参数
➢ 按照无功补偿容量进行计算
首先根据需要确定出系统所需要补偿的总基波无功Qc，按照一定 的原则把总的无功分配的各个滤波支路，常见的分配原则有：
1）按照谐波电流的大小进行分配
2）按照无功平衡时电容器总安装容量最小的原则进行分配
无源电力滤波器设计
谭东旭 2006年2月·珠海
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目录
1.项目简介 2.无源电力滤波器基础知识 3.无源电力滤波器常见设计方法 4.淮北项目无源部分设计及仿真 5.无源电力滤波器软件包的设计构思
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项目简介
淮北供电公司SVC工程
采用 TCR+PF+APF 方式，实现动态的无功补偿,兼对谐波 进行治理；
确定出各个滤波支路需要补偿的基波无功
C
U
Q1
2 (1) s
gn2 1 n2
Q1
sC
n
n2 2
U 1
2 (1)
L
1
n
2
C2
s min
R fn
X0 Qopt
n s L Qopt
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无源电力滤波器设计方法
➢ 按照滤波电容器安装容量进行计算
单调谐滤波器安装容量S（n）为电容器的基波和谐波无功容量之和：
GN24-10D/400 LAJ-10Q
FDDC-1.7/ 6/√3
AFM4100-1W
LKDGKL－6 ―165—3.03
Y5WR-10/27 FDDC-1.7/ 6/√3 AFM4100-1W
LKDGKL－6 ―75—3.54
Y5WR-10/27
Y5WR-10/27 Y5WR-10/27
TCR
H5滤波器
H7滤波器
H11滤波器
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3000kVar
2100kVar
900kVar 4800kVar
1800kVar
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项目简介
新型并联混合型有源电力滤波器系统构成和原理
Ls
AC
零频偏滤波器
C5
C7
...
Zfh
L5
L7
La
APF
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单相示意图
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无源电力滤波器基础知识
几种常见无源电力滤波器原理电路图
f fn
1 ( L 2L
C ) C
式中，f=f-fn。
最佳调谐锐度值
需要选择最佳的品质因数，以保证滤波器对频率的选择性和滤波器
在频漂及参数漂移下的滤波效果。
Zfn
最佳Q值为
Qopt
ctg( m / 2 m
2)
cos m 1 2 m sin m
25 20
（ 一般约在30~60内）
15
AB PB