CN101330250A - 电力滤波的方法 - Google Patents

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Abstract

电力滤波的方法，其特征是以变比为n的变流器的一次侧串入被滤波单元的进线中，二次侧跨接LC支路，所述LC支路由串联连接的电感L和电容C构成，所述电感L和电容C的基波阻抗值分别为XL、XC，电感电容基波串联谐振，并且XL＝XC，基波阻抗Z＝XL－XC＝0，对于LC支路，其m次谐波阻抗值为ZM＝mXL－XC/m＝(m－1/m)XL；在所述变流器的一次侧，等效基波阻抗值为0，等效m次谐波阻抗值为ZM/n2，实现通基波阻谐波的电力滤波。本发明电力滤波方法达到有源滤波的效果，其方法可靠、设备简单、易于制造、运行维护简单方便、成本低。

Description

电力滤波的方法
技术领域
本发明涉及电力滤波的方法及电力滤波设备。
背景技术
谐波负荷电流是由非线性负荷所产生的。包括开关模式电源，电子荧光灯镇流，调速的传动装置，不间断电源，磁性铁心装置，变频设备，整流设备，电弧炉等。一方面，随着经济的发展，产生谐波的设备类型及数量急剧增长；另一方面，随着以计算机为代表的敏感设备的普及应用，对于公用电网的供电质量要求越来越高，许多国家和地区制定了各自的谐波标准，用以限制供电系统及用电设备的谐波污染。
交流谐波的危害性很大，主要有：(1)对邻近弱电系统和并联运行的晶闸管装置产生干扰；(2)使发电机的容许负荷降低；(3)使变压器的噪声增高、功率损失增大；(4)使接入交流系统的电容器过载；(5)引起电器的附加发热；(6)在三相四线电路中谐波可使中性线过载；(7)使感应电动机转速发生周期性变动，并使其功率损失(铁损、铜损)增加；(8)使互感器的精确度降级；(9)影响电子计算机的工作；(10)危害电缆寿命加速电缆老化。
目前对于谐波的治理包括：
1、设置动态无功补偿装置，以提高供电系统承受谐波的能力
在技术经济分析可行的条件下，可以在谐波源处设置动态无功补偿装置，包括静止无功补偿装置(SVC-Static Var Compensator)或更先进的静止同步补偿装置(STATCOM StaticSynchronous Compensator)，以获得补偿负荷快速变动的无功需求、改善功率因数、滤除系统谐波、减少向系统注入谐波电流、稳定母线电压、降低三相电压不平衡度等，提高供电系统承受谐波的能力。
2、设置无源滤波装置，以便滤除谐波
采用无源元件，包括电容器、电抗器和电阻器组成的调谐滤波装置，滤除谐波，减轻谐波对电气设备的危害。
3、采用有源滤波装置消除谐波
利用可关断电力电子器件产生与负荷电流中的谐波分量大小相等，相位相反的电流来消除谐波。
上述各类方法对于消除谐波都有一定的效果，但是所用设备造价昂贵，动辄几百万甚至几千万，一般用户难以承受。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种电力滤波方法，达到有源滤波的效果，其方法可靠、设备简单、易于制造、运行维护简单方便、成本低。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
本发明电力滤波方法的特点是以变比为n的变流器的一次侧串入被滤波单元的进线中，二次侧跨接LC支路，所述LC支路由串联连接的电感L和电容C构成，所述电感L和电容C的基波阻抗值分别为XL、XC，电感电容基波串联谐振，并且XL＝XC，基波阻抗Z＝XL-XC＝0，对于LC支路，其m次谐波阻抗值为ZM＝mXL-XC/m＝(m-1/m)XL；在所述变流器的一次侧，等效基波阻抗值为0，等效m次谐波阻抗值为ZM/n2，实现通基波阻谐波的电力滤波。
本发明电力滤波方法的特点也在于在所述LC支路上并联设置用于消耗谐波能力的电阻元件。
在理想干净的电力系统中，电流和电压都是纯粹的正弦波。实际上，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，就形成非正弦电流，开关模式电源，电子荧光灯镇流，调速的传动装置，不间断电源，磁性铁心装置，变频设备，整流设备，电弧炉等产生大量的谐波危害系统。谐波有零序谐波是基频的3整倍数(3N，N为自然数)，即：
3，6，9，12，15，18，21，24，27，30，等等。
正序谐波是基频的3整倍数加1(3N+1)，即：
4，7，10，13，16，19，22，25，28，29，等等。
负序谐波是基频的3整倍数加2(3N+1)，即：
5，8，11，14，17，20，23，26，29，32，等等。
分频谐波
1/2，1/3，1/4，1/5等
不同的设备产生不同的谐波，不影响基频三相对称的非线性设备主要产生奇次谐波，如变频设备等；影响基频三相对称的非线性设备产生偶次谐波，如电弧炉。
当系统受到某一激励，如晶闸管的导通或者电弧炉弧燃烧状态的变化，因导通和弧燃烧状态改变时刻三相电压值不相等，任两相之间有电压差，由于变压器阻抗非常小，一般情况下基波阻抗＜0.01Ω，故谐波电流较大。
如果增加回路中谐波的阻抗并且消耗谐波的能量，即可降低谐波电流。如图1滤波原理图，BLQ为变流器，其变比为n，变流器的二次侧接有两条并联支路。
L、C为电感、电容，其基波阻抗值为XL、XC，L、C组成基波串联谐振支路，XL＝XC，对于基波这条支路的阻抗为0，基波电流通过这条支路流回变流器，对于变流器的一次侧基波阻抗为0。
而对m次谐波的阻抗ZM＝mXL-XC/m＝(m-1/m)XL，变流器一次侧等效m次谐波阻抗为ZM/n2，通基波阻谐波实现达到电力滤波的目的。
对于5次谐波，变流器一次侧等效阻抗为4.8XL/n2；对于7次谐波，变流器一次侧等效阻抗为6.86XL/n2；对于11次谐波，变流器一次侧等效阻抗为10.91XL/n2，可见谐波次数越高，一次侧等效阻抗越高，滤波效果越好。
同样对于分频谐波，对于1/2次谐波，变流器一次侧等效阻抗为-1.5XL/n2；对于1/3次谐波，变流器一次侧等效阻抗为-2.67XL/n2；对于1/5次谐波，变流器一次侧等效阻抗为-4.8XL/n2，可见分频谐波分频的次数越高，一次侧等效阻抗越高，滤波效果越好。如图2，变流器一次侧等效阻抗-谐波倍数关系图，同时反应了的滤波效果与谐波倍数的关系。
为了达到更好的滤波效果，可在在电感电容的两端并接阻基波能量消耗支路，或为电阻，或为含有电阻元件的阻基波电路，消耗谐波能量，进一步消除谐波的影响。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
本发明可以达到有源滤波的效果，其方法可靠、设备简单、易于制造、运行维护简单方便、成本低。
附图说明
图1为滤波原理图。
图2为变流器一次侧等效阻抗-谐波倍数关系图。
图3为实施例1的电路原理图。
图4为实施例3的电路原理图。
以下通过具体实施方式，对本发明方法及设备作进一步说明：
具体实施方式
实施例1：
如图3为滤波电路原理图，BLQ为变流器，其变比为4，变流器的二次侧接有LC基波谐振支路，XC＝XL＝20Ω。一次侧的基波阻抗＝0，3次谐波阻抗＝3.33Ω，5次谐波阻抗＝6Ω，7次谐波阻抗＝8.57Ω，11次谐波阻抗＝13.63Ω。相对于基波阻抗＜0.01Ω，对于可以将谐波电流抑制很小的范围内。
实施例2：
如图1，BLQ为变流器，其变比为4，变流器的二次侧接有LC基波谐振支路，XC＝XL＝20Ω，Z为电阻＝20Ω。一次侧的基波阻抗＝0，各次谐波阻抗≈20/42≈1.25Ω。对于变流器二次侧，3次谐波流经电阻Z的为谐波电流的3/4，5次谐波流经电阻Z的为谐波电流的5/6，7次谐波流经电阻Z的为谐波电流的7/8，11次谐波流经电阻Z的为谐波电流的11/12，谐波能量被电阻Z消耗，可降低谐波对系统的影响。相对于基波阻抗＜0.01Ω，对于可以将谐波电流抑制很小的范围内。
实施例3：
如图4为三相滤波的原理接线图，图中，FX为非线性负荷，是为谐波源的被滤波单元，BYQ为电源，电源基波阻抗＜0.01Ω，BLQ为变流器，变流器BLQ以其一次侧串接在FX的进线中，本实施例中在FX的三相进线中分别串接有变流器BLQ，各相线中的变流器BLQ滤波参数相同，其变比为4，变流器的二次侧接有LC基波谐振支路，XC＝XL＝30Ω，Z为电阻＝30Ω。一次侧的基波阻抗＝0，各次谐波阻抗≈30/42≈1.87Ω。对于变流器二次侧，3次谐波流经电阻Z的为谐波电流的3/4，5次谐波流经电阻Z的为谐波电流的5/6，7次谐波流经电阻Z的为谐波电流的7/8，11次谐波流经电阻Z的为谐波电流的11/12，谐波能量被电阻Z消耗，可降低谐波对系统的影响。对于可以将谐波电流抑制很小的范围内。
具体实施中，对于被滤波单元的三相进线，至少在两相线中分别设置变流器BLQ及其相关滤波电路。

Claims (2)

1、电力滤波的方法，其特征是以变比为n的变流器的一次侧串入被滤波单元的进线中，二次侧跨接LC支路，所述LC支路由串联连接的电感L和电容C构成，所述电感L和电容C的基波阻抗值分别为XL、XC，电感电容基波串联谐振，并且XL＝XC，基波阻抗Z＝XL-XC＝0，对于LC支路，其m次谐波阻抗值为ZM＝mXL-XC/m＝(m-1/m)XL；在所述变流器的一次侧，等效基波阻抗值为0，等效m次谐波阻抗值为ZM/n2，实现通基波阻谐波的电力滤波。
2、根据权利要求1所述的电力滤波的方法，其特征是在所述LC支路上并联设置用于消耗谐波能力的电阻元件。
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