双调谐滤波器的参数计算及仿真研究

用同样的方法可得到双电容并联型的新型双调 谐滤波器的参数为：
L2 = (
1 1 1 1 + 2 − 2) 2 ω1 ω2 ω0 C1
ω02 L2 L1 = L2C1ω12ω2 2 − ω02 C2 = 1 ω0 ( L1 + L2 )
2
L1 = 134.4835mH ， C1 = 0.2209uF ， L2 = 1461.0431mH ， C 2 = 1.9308uF 。
（b） 图 1 传统双调谐滤波器结构图和频率阻抗特性曲线
1 新型双调谐滤波器参数设计
1.1 新型双调谐滤波器结构 传统双调谐滤波器由串联谐振电路与并联谐振 电路串接而成,最简单的传统双调协滤波器结构及频 率阻抗关系特性曲线如图 1 所示。
传统双调谐滤波器的阻抗可以表示为： 1 1 −1 Z (ω ) = j (ωL1 − ) + j (ωC2 + ) ωC1 ωL2
2 2 2 4 2 2 2 (ω12 + ω 2 ) − ωF Q[ω F ω0 ω0 − ω12ω 2 ω0 ] C1 = 3 2 2 2 U 2 (ω F ω12ω 2 − ω F ω12ω 2 ω0 )
C1 = 2.1526uF ， L1 = 1311.2021mH ， C 2 = 0.1982uF ， L2 = 149.8532mH 。
0 引言
高压直流输电（HVDC）以其在远距离、大容量 输电中所独具的优越性而受到电力工程界的重视，但 随着换流器、非线性电力电子元件的引入而在系统中 产生了大量的谐波。目前电力系统中常用的滤波器包 括单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器等。近 年来双调谐滤波器越来越受到关注，不仅可以同时消 除两个不同频率的谐波，而且其中一个谐振回路承受 电压的强度较低，与完成同样功能的两个单调谐滤波 器相比，具有投资少，经济性好等优点。
图 5 滤波前 A 相中基波和主要谐波电流含量
当新型双调谐滤波器投切开关指向 ON 时，滤波 器投入使用，此时 A 相系统侧电流 ISa 如图 6 所示， 滤波支路电流 IFa 如图 7 所示，A 相负载侧电流 Ia 如 图 8 所示。
图 6 滤波后 A 相系统侧电流
图 4 滤波前 A 相电流 图 7 滤波支路的电流 -6-
1.2 新型双调谐滤波器参数计算
（a）
1.1.1 用等效法计算新型双调谐滤波器参数 首先列出传统双调谐滤波器的阻抗 Z(S)，通过连
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电网电能质量控制与监测 学术交流会论文集
2009 年 第 4 辑 （总第 129 辑）
分式法将其化简成双电感并联型滤波器的形式，如下 所示：
Z (s) = 1 + sC1 1 1 1 + s ( L1 + L2 ) ( L1 + L2 ) 2 1 + L sL2 C 2 2 2 sL1 ( L1 + L2 )
L1C2 + L2C2 + L2C1 2 2 ω1 + ω2 = L1L2C1C2 1 ω12ω2 2 = L1L2C1C2
U 为基波额定电压,于是滤波器的基波阻抗：
(6)
在基波频率 ωF 下,滤波器还应发出无功功率 Q,设
C1 = 2.1526uF ， L1 = 134.4835mH ， C 2 = 18.8350uF ， L2 = 15.3697mH 。
作者简介： 余春燕（1985-） ，女，江苏盐城人，南京理工大学自动化学院 -7-
3 小结
本文对新型结构的双调谐滤波器的参数进行了 研究分析，并用 PSCAD 进行了仿真，结果表明新型 双调谐滤波器可以有效的抑制高压直流输电系统中产 生的谐波。
参考文献： [1] 罗隆福，俞华等.高压直流输电系统中双调谐滤波器参数研 究及其仿真[J].电力自动化设备，2006,26(10):25~27. [2] 吴国沛，任震.高压直流输电系统双调谐滤波器特性研究[J]. 电网技术，1999,23(8):32~35. [3] 康明才，黄锦安.等.高压直流输电系统双调谐滤波器元件参 数分析[J].华北电力大学学报，2005,32:91~93.
1.2.2 用参数法计算新型双调谐滤波器参数
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用同样的方法可求双电容并联型双调谐滤波器 的参数。
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图 3 双电感并联型新型双调பைடு நூலகம்滤波器仿真电路图
2 新型双调谐滤波器仿真分析
本文用 PSCAD 软件对新型双调谐滤波器在高压 系统中进行了仿真，谐波源选用高压直流输电工程中 的 6 脉波换流器，该换流器是典型的谐波发生装置， 变压器电气联结为 Y/△型，换流器交流侧除了基波 外， 还含有±h=6k±1(k=1,2,3,…)的奇次谐波分量， 又称 6 脉波换流器交流侧的特征谐波。 2.1 新型双调谐滤波器模型的建立 该模型采用的是双电感并联的双调谐滤波器作 为系统的滤波装置,如图 3 所示. 2.2 仿真结果及其分析 新型双调谐滤波器未投入使用时,A 相的电流波 形如图 4 所示。可以看出 A 相电流中有大量的谐波 成分,使基波电流发生了畸变。 采用 FFT 分析 A 相电 流得到基波、 5 次谐波和 7 次谐波的含量如图 5 所示， 5 次 谐波电流和 7 次 谐波电流的 百 分比分 别 为 17.01%和 10.29%，可见系统中 5 次谐波和 7 次谐波 含量较大。
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2007 级硕士研究生。主要研究方向：电力谐波分析与抑 制。 康明才（1962-） ，男，陕西合阳人，副教授，南京理工大学自 动化学院，从事理论电工与新技术教学与研究。邮编： 210094 ， 电 话 ： 84303086 。 E-mail: kmingcai@ 图 8 负载侧 A 相电流
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新型双调谐滤波器的参数计算及仿真研究
余春燕，康明才
(南京理工大学，江苏 南京 210094)
摘 要：针对高压直流系统中的换流装置产生的谐波问题，在高压直流输电（HVDC）系统中宜采用双调谐滤波器。
本文在传统双调谐滤波器的基础上，给出了两种结构的新型双调谐滤波器，即双电感并联型和双电容并联型结构的 双调谐滤波器。文中对新型双调谐滤波器的特性进行分析和参数计算：用等效设计法和参数法计算了两种新型双调 谐滤波器电容和电感的参数， 并用 PSCAD 软件对一计算实例仿真了新型结构的双调谐滤波器具有良好的滤波效果。 关键词：新型双调谐滤波器；参数设计；PSCAD
由图 2(a)得出双电感并联型双调谐滤波器的总的 阻抗为：
1 ) sC2 1 Z ( s) = + sC1 sL + ( sL + 1 ) 2 1 sC2 sL2 • ( sL1 +
当 Z ( s ) = 0 时，电路发生串联谐振，即
(3)
(2) 即双电感并联型双调谐滤波器的参数等效为：
C1 ' = C1 L1 ' =
图 9 滤波后 A 相系统侧的各次谐波电流含量
通过图 4 和图 8 对比可以看出新型双调谐滤波器 投入之后 A 相系统侧的电流 IFa 为比较标准的正弦 波， 滤波器很好地抑制了 5 次和 7 次谐波电流。 经 FFT 分析得出此时 A 相交流侧电流 IFa 中的基波、5 次谐 波和 7 次谐波的含量如图 9 所示，5 次和 7 次谐波电 流分别占基波电流的 1.62%、 0.72%， 其中基波电流的 损耗为 0.5%。 仿真结果表明，滤波器未投入之前，5 次和 7 次 谐波占较大比重，安装新型双调谐滤波器之后，得到 新型双调谐滤波器达到了较好的滤波效果。
L1 ( L1 + L2 ) ， L2
ω 4 L1 L2 C1C2 − ω 2 ( L1C2 + L2C2 + L2C1 ) + 1 = 0
(4) 当 Z ( s ) 为无穷大时，电路发生并联谐振（设频 率为ω0 ） ，即：
C2 ' =
L2 2C2 ， L2 ' = L1 + L2 。 ( L1 + L2 ) 2
ω 4 L1 L2C1C2 − ω 2 ( L1C1 + L2C2 + L2C1 ) + 1 = j ω 3 L2C1C2 − ωC1
联型和双电容并联型，如图 2 所示。
(1)
新型双调谐滤波器有两种基本的结构， 双电感并
C1
L1 L1 C2
C2
2
L2
C1 L2
（a）双电容并联型 （b）双电感并联型 图 2 新型双调谐滤波器原理图
ω0 =
同样可得到双电容并联型双调谐滤波器的参数 等效为：
1 C2 ( L1 + L2 )
(5)
式（4）由韦达定理定理可得：
C12 L1 ' = L1 , C1 ' = ， C1 + C 2 L2 (C1 + C 2 ) 2 C1C 2 ，C2 ' = 。 L2 ' = 2 C1 + C 2 C1
假设系统含有 5 次和 7 次谐波,可以设计出传统双 调协滤波器的参数为：
用上述的方法可得到双电感并联型的新型双调 谐滤波器的参数为：
Z(ωF) =−j
ω 2(LC +LC +LC )−ω 4LLCC −1 (7) U2 =−j F 1 2 3 2 2 2 1 F 1 2 1 2 Q ωF CC 1 2(L 1 +L 2) −ω FC 1
由（5） 、 （6） 、 （7）式可得：