理论教育 电网谐波抑制方法总结:有源滤波器与无源滤波器组合应用

电网谐波抑制方法总结:有源滤波器与无源滤波器组合应用

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:因为将多个谐波源接于同一段母线上,利用谐波的相互补偿作用可降低电网谐波含量。非调谐式无源滤波技术是抑制谐波进入电容器,避免谐振。补偿装置的多功能化 有源滤波器除能补偿谐波外,改造其控制回路后,还可补偿基波的无功,更好抑制电压闪变和不平衡电压。目前是将有源滤波器和无源滤波器组合使用。用无源滤波器滤除谐波源中的主要谐波电流,再利用有源滤波器提高总的补偿效果。

电网谐波抑制方法总结:有源滤波器与无源滤波器组合应用

(一)在设计时减小谐波影响的措施

中性线中的谐波电流:在实际的电力系统运行中,含有许多非线性负荷,当电流流过与所加正弦电压不呈线性关系的负荷时,电流要产生畸变,形成非正弦波电流。

在中性线上,虽然基波电流可互相抵消,但三次谐波整倍数的谐波电流则不能抵消,相反还要在中性线上叠加。最新研究发现,相电流为100A时,中性线电流竟达150A。有时中性线电流可轻易地接近相电流的两倍,致使中性线导线被烧坏。

随着电脑、空调、微波炉电器的大量应用,谐波问题越来越明显,所以在供电设计与安装中,应把谐波作为重要指标来考虑,采取以下措施。

1.对中性线(N)的设计要求

民用建筑低压配电设计中,尤其是对用电负荷主要为单相用电设备供电的配电干线,中性线(N)的截面积不应小于相线截面积。而对大量集中使用计算机、电视机等电子设备供电的场合,TN系统配电回路的N(PEN)线的截面积不应小于相线截面积的2倍,以增加N线载流量,避免导线过载发热而损坏。

2.中性线过流保护装置

对应用电子设备和元件较多的配电线路保护,应选用有中性线过流保护的开关电器,并且应适当加大断路器的断流容量,防止短路故障时因断流容量不足损坏开关和设备。

3.电容器的设置及容量确定

为防止电力电容器对谐波的放大,以致引起谐振过电压或过电流,对电容器的设置要注意以下几点:

1)适当调整电容器的安装位置,以改变网络参数。

2)根据可能产生谐振的谐波次数,确定电容器的容量,或调整电容器投切分组容量,以避开谐振点。

3)在电容器回路中串联适当的空心电抗器,限制电容器支路的谐波电流。例如,为限制3~5次谐波电流,可安装相当于电容器容量4%~6%的串联电抗器。

4.改善供电结构(www.daowen.com)

首先应尽量将产生大量谐波的非线性负荷与基本上不产生谐波的用电设备分在不同供电母线上。因为将多个谐波源接于同一段母线上,利用谐波的相互补偿作用可降低电网谐波含量。其次是将三相整流变压器采用Y,d(Y/Δ)或d,Y(Δ/Y)的接线,可消除3的整数倍高次谐波,从而使注入电网的谐波电流只有5、7、11等次,这是抑制谐波最基本的方法。

(二)常用的谐波的抑制方法

1.无源滤波器(FC)

无源滤波器属于被动的吸收式滤波,在谐波源比较简单的系统中,结合功率因数补偿,选用高性能的滤波电容器,串联高线性的滤波电抗器,组合成滤波补偿器,在吸收系统中主要的谐波分量时,补偿无功功率

无源滤波又分为调谐和非调谐的两种滤波技术,调谐式无源滤波技术主要为滤波,其效率可达70%,但配置的容量很大,投入时会造成电压波动,且易造成过补偿。其计算和配置复杂,存在谐振的危险,无法满足要求。目前已不使用。

非调谐式无源滤波技术是抑制谐波进入电容器,避免谐振。其配置简单,但滤波效果差。

2.有源滤波器(APF)

有源滤波器属于动态消除滤波,一般用于重要负荷场所,根据用电设备对谐波的敏感程度,为达到最佳的滤波效果,配置动态有源滤波器,有源滤波器是采用开关元件,通过数字信号处理脉宽调制技术,根据检测到的谐波分量,产生一个幅值相等、相位相反的电流,在谐波源处注入系统,使电源的总谐波为零,达到实时补偿谐波电流的目的。与无源滤波器相比,该技术对清除谐波效果大,可滤除97%以上的谐波电流,其滤波特性不受系统阻抗的影响,可清除与系统阻抗发生谐振的危险,不仅能补偿各次谐波,还可抑制闪变,补偿无功,有一机多能的特点,该技术不存在导致过补偿和引起电压波动的问题,具有自适应功能,可自动跟踪并补偿变化中的谐波。有源滤波器进一步的发展方向:

(1)控制系统的简化 目前有源滤波器控制系统大多为模拟电路,其结构复杂,随着高速数据处理芯片功能的完善,不久将实现数字化。能更准确的检测电网的谐波电流,以达到更好的补偿效果。

(2)补偿装置的多功能化 有源滤波器除能补偿谐波外,改造其控制回路后,还可补偿基波的无功,更好抑制电压闪变和不平衡电压。

(3)降低装置容量 有源滤波器中最基本的是并联型,其容量取决于交流回路电压有效值与补偿电流有效值的乘积。并联型有源滤波器装响的容量主要取决于补偿电流。因此有源滤波器的造价远高于无源滤波器。为降低补偿装置的投资,主要就应降低有源滤波器的容量。目前是将有源滤波器和无源滤波器组合使用。用无源滤波器滤除谐波源中的主要谐波电流,再利用有源滤波器提高总的补偿效果。这就是组合型有源滤波器。

3.组合型滤波器

有源滤波器补偿效果好,响应快,且不受阻抗影响,但价格相对较高,如将有源滤波器的优越性能与无源滤波器的低成本相结合,即可构成组合型滤波器,通过适当控制可使负荷的谐波电流由有源滤波器提供,负荷的基波无功功率由无源滤波器提供。这样逆变器的容量可明显减小,成本大大降低,是理想消除滤波及补偿无功的最佳方式。

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