CN204230900U - 一种链式滤波器 - Google Patents

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刘学宝
肖裕
胡中奇
张巍
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Abstract

本实用新型涉及一种链式滤波器，属于电力电子技术领域，该滤波器电路结构具有滤波频谱广泛、滤波补偿效果好、不发生谐波放大、本身能耗低的特点，当系统参数受季节性温度变化而产生偏差时，如系统频率，滤波器中的电容、电感，该滤波器的滤波效果也不会受其影响，该装置在治理电力系统滤波污染方面，有重大的作用。

Description

一种链式滤波器
技术领域
本实用新型属于电力电子技术领域，具体涉及一种链式滤波器。
背景技术
目前，由于电力电子设备的应用日益普遍，工业、民用负荷产生的谐波数值大，频谱分布也很广泛，不但有常见的3、5、7、11次谐波，也有数值不小的偶次谐波和直到47次的高次谐波，导致滤波电路成本提高，耗能大；此外，现有的滤波电路，当系统参数(如系统频率，滤波器中的电容和电感)由于季节温度变化产生偏差时，会影响滤波效果。
发明内容
针对现有技术的缺点，本实用新型提出一种链式滤波器，以达到有效、经济、节能地进行滤除谐波，提高滤波补偿效果的目的。
一种链式滤波器，包括n个电容、n个电感和n-1个无感电阻，其中，所有电容的一端相连接，所有电感的一端相连接，并且每个电容的另一端对应连接一个电感的另一端，形成n条串联支路；所述的无感电阻设置于相邻两条串联支路之间，即无感电阻一端连接于一条串联支路中电容与电感的交点，无感电阻另一端连接于相邻串联支路中电容与电感的交点。
所述的n为整数，取值根据实际需求而定。
本实用新型优点：
本实用新型一种链式滤波器，该滤波器电路结构具有滤波频谱广泛、滤波补偿效果好、不发生谐波放大、本身能耗低的特点，当系统参数受季节性温度变化而产生偏差时，如系统频率，滤波器中的电容、电感，该滤波器的滤波效果也不会受其影响，该装置在治理电力系统滤波污染方面，有重大的作用。
附图说明
图1是本实用新型的链式滤波器结构框图；
图2是本实用新型实施例1的4次链式滤波器结构框图；
图3是本实用新型实施例1的接入4次链式滤波器后，供电变压器谐波放大系数与谐波次数的关系示意图；
图4是本实用新型实施例2的2组4次链式滤波器投入后效果图；
图5是本实用新型实施例3的3组2次链式滤波器，2组3次链式滤波器和6组4次链式滤波器投入后效果图；
图6是本实用新型实施例4的2组3次链式滤波器投入后效果图；
图7是本实用新型实施例4的2组3次链式滤波器的阻抗频率特性示意图，其中，曲线为滤波器的阻抗，斜线为系统阻抗；
图8是本实用新型实施例4的2组3次链式滤波器的放大系数的频率特性示意图，其中，图(a)为第一组3次链式滤波器的放大系数的频率特性，图(b)为第二组3次链式滤波器的放大系数的频率特性。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型一种实施例做进一步说明。
如图1所示，链式滤波器包括n个电容、n个电感和n-1个无感电阻，其中，所有电容的一端相连接，所有电感的一端相连接，并且每个电容的另一端对应连接一个电感的另一端，形成n条串联支路；所述的无感电阻设置于相邻两条串联支路之间，即无感电阻一端连接于一条串联支路中电容与电感的交点，无感电阻另一端连接于相邻串联支路中电容与电感的交点。根据实测得到的谐波分布，选用从2到n次的链式线路，确定C1，C2，......Cn，L1，L2，......Ln，R1，R2，......Rn-1的参数，得到最佳滤波效果。
实施例1
如图2所示，本实用新型实施例中，所述的n为整数，本实用新型实施例中n＝4，一个4次链式滤波器，接于一台400KVA的供电变压器的0.40KV侧。该变压器的短路阻抗为4％，高压侧为10KV，10KV连接点的短路容量100MVA。该变压器的负荷产生3、5、7、11、13为主的奇次谐波并有一定数量的4、6偶次谐波。本实用新型实施例中，无感电阻采用申请日为2011年8月1日，申请号为：2011102190967的“一种大功率无感线绕电阻器”。
图3为接入链式滤波器后，该系统的谐波放大系数与谐波次数的关系；放大系数是指当谐波源注入1个单位的谐波电流时，注入系统的谐波电流值。当放大系数在某个次数小于1时，表示投入该滤波系统后有滤波作用，放大系数愈小，滤波作用愈强；相反如放大系数在某个次数大于1，则表示该滤波系统在这个次数下发生放大，放大系数愈大放大愈严重。由图3可知，链式滤波器在特征频率次数3、5、7都有良好的滤波效应，而在整个频域从3次到12次，除了在3次、4次之间有谐波放大外(实际上在3次、4次之间不存在谐波源)，都呈现出良好的滤波效应，而且在主要特征谐波5、7次上，曲线十分平滑。
由上述内容可知，当系统参数如系统频率、滤波器中的电容和电感，受季节性温度变化而产生偏差时，也不会影响这种滤波器的滤波效果，这种滤波器在治理电力系统滤波污染，有重大的作用。
现以三个工程实例来证明本实用新型的实际应用效果：
实施例2
在该工程实例，针对于一个容量为400KVA，变比为10KV/0.4KV，短路阻抗UK＝0.04的变压器，该变压器接在短路容量为100MVA的10KV网络，其0.4KV为6脉动的整流负荷，正常工作时有功功率p＝320KW，无功功率q＝310KVAR，产生3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13次谐波，谐波电流分别为：26A、10.5A、107A、8A、72.2A、7.5A、14A、4.2A、52.5A、9A、45A，致使0.4KV母线的电压总畸变率达到8.556％，功率因数＝0.7182；
在该工程实例中，为了提高功率因数和消除谐波，投入了2组4次链式滤波器，无感电阻采用申请日为2011年8月1日，申请号为：2011102190967的“一种大功率无感线绕电阻器”。
如图4所示，方直图表示原来谐波电流，3号线条为国标允许值，2号线条为投入上述2组链式滤波器后的谐波电流，1号线条为流入链式滤波器的谐波电流；由图4可知，该链式滤波器具有良好的滤波效果，未投入链式滤波器前，3、7、11、13次谐波都严重超标，投入链式滤波器后，均已小于国标GB/T14549-93的允许值，此谐波大部分被滤波器吸收。
该实施例中，将这2组链式滤波器投入运行后效果如下：
●0.4KV母线的电压畸变率从8.556％降低到2.1266％；
●功率因数由0.7182上升到接近于1.0；
●0.4KV进线的总电流由660.46A下降到464.12A，下降了29.72％；
总谐波电流由150.48A下降到45.43A，下降了69.8％；
●阻尼电阻参数中损耗值小，说明链式滤波器自身损耗小；
实施例3
本实施例中，某供电变压器具参数为：容量为1200KVA，变比为10KV/0.4KV，短路阻抗UK＝0.046，接在短路容量为100MVA的10KV网络，其0.4KV为综合负荷，正常工作时有功功率p＝816KW，无功功率q＝612KVAR，产生从2到25次谐波，谐波电流分别为：4.3303A、95.2656A、6.0624A、280.6005A、2.5982A、19.9769A、1.7321A、4.3303A、3.4642A、116.0508A、2.5982A、85.9122A、3.4642A、6.0624A、1.7321A、60.6236A、3.4642A、30.8314A、3.4642A、17.7540A、1.7321A、18.4122A、1.7321A、4.8499A；致使0.4KV母线的电压总畸变率达到9.0386％，功率因数＝0.80。
为了提高功率因数和消除谐波，本实施例中，投入了3组2次链式滤波器、2组3次链式滤波器和6组4次链式滤波器，总补偿容量为607.77KVAR，使功率因数达到1.0，0.4KV母线的电压总畸变率降到3.1972％，总电流由1526.49A下降到1188.05A，其总谐波电流由403.16A，下降到155.47A，减少了61.43％。
如图5所示，方直图显示原来谐波电流，3号线条为国标允许值，2号线条为投入上述滤波器后的谐波电流，1号线条为流入滤波器的谐波电流；由图5可知，上述滤波器有良好的滤波效果，投入滤波器前，5、7、11、13、17次谐波都严重超标，投入滤波器后，3、5、7、11、13、17、19、21、23次谐波大部分被滤波器吸收，所有谐波均已小于国标GB/T14549-93的允许值。本实施例中，阻尼电总损耗(每相)＝1.6046[KW]
实施例4
本实施例为35KV的滤波系统，某用电弧炉炼钢的冶炼厂，其供电变压器的参数为：容量为20000KVA，变比为110KV/35KV，短路阻抗UK＝0.05，接在短路容量为750MVA的110KV网络，其35KV母线的负荷，有功功率P＝12000KW，无功功率Q＝9000KVAR，功率因数＝0.80，35KV注入的谐波为：2、3、4、5、7次，其分别为18A、31A、12A、16A、12.5A，致使35KV母线的谐波电流全都超过国标GB限值，35KV母线的谐总畸变率达3.78％也超过国标GB/T14549-93的限值3％；
为了提高功率因数和消除谐波，本实施例中投入了2组3次链式滤波器，无感电阻采用申请日为2011年8月1日，申请号为：2011102190967的“一种大功率无感线绕电阻器”；总补偿容量为8956.96KVAR，如图6所示，使功率因数达到1.0，35KV母线的电压总畸变率降为1.6875％，其总谐波电流减少了50％，使所有2、3、4、5、7次注入系统的谐波都小于GB所规定的限值；图6中，方直图显示原来谐波电流，3号线条为国标充许值，2号线条为投入上述2组滤波器后的谐波电流，1号线条为流入滤波器的谐波电流，投入滤波器前2、3、4、5、7次谐波电流都超标，2组3次链式滤波器投入后，所有谐波都小于国标GB/T14549-93的限值。
如图7和图8中图(a)和图(b)所示，链式滤波器在所需要的特征频率2、3、4、5、7下有很好滤波作用，而且在这些频率下曲线很平滑，这说明当系统频率或滤波器元件参数因环境温度不同而发生变动时对滤波效的影响不大；本实施例中，阻尼电总损耗(每相)＝6.5739KW；
结合上述数据，可以看到链式滤波器，有十分优越的滤波和补偿效果，它用于广泛的电压等级系统中。

Claims (2)

1.一种链式滤波器，其特征在于：包括n个电容、n个电感和n-1个无感电阻，其中，所有电容的一端相连接，所有电感的一端相连接，并且每个电容的另一端对应连接一个电感的另一端，形成n条串联支路；所述的无感电阻设置于相邻两条串联支路之间，即无感电阻一端连接于一条串联支路中电容与电感的交点，无感电阻另一端连接于相邻串联支路中电容与电感的交点。
2.根据权利要求1所述的链式滤波器，其特征在于：所述的n为整数，取值根据实际需求而定。
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