低压谐波滤波技术的发展_secret

1、 12/12低压谐波滤波技术的发展 摘要本文介绍了谐波的产生、危害及谐波标准和负载谐波的状况，重点介绍了六种低压谐波滤波技术的原理、性能及主要特点，其中后三种是带创新技术的新产品，还需进一步研究和提高。滤除谐波、净化电网是利国利民的好事，希望大家一起来研究探讨，提升我国谐波滤波技术水平。一、谐波的产生、危害1、谐波的产生 随着电力电子技术的发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，从低压小容量的家用电器到大容量的工业交流变换装置的广泛应用，特别是静止变频器，引起了电网电流、电压波形的畸变，高次谐波显著增加，这类静止变流器产生的高次谐波最为严重，成为电网中的“公害”。 谐波产生的原因：非线性负荷。

2、线性负荷电动机、变压器、电容器、电抗器、电阻器等。非线性负荷工业上主要有电弧炉，电机车，晶闸管变流器，变频器等，民用主要由家用电器产生，例如PC、TV、空调机等。2、谐波的危害：产生电压、电流畸变，造成的影响 继电保护和自动装置误动作 变压器损耗增加、发热严重 电机振动、噪声增大 无功补偿电容器烧毁 通讯干扰、损坏通讯设备 谐振过电流、过电压二、谐波标准及负载谐波状况1、电网谐波允许值2、负载谐波状况（1）直流晶闸管调速装置谐波参数典型值（2）变频调速装置谐波参数典型值电压总谐波畸变率5%，一般低压负载还可以满足，超过的也不多。电流总谐波畸变率58%，一般低压负载都不能满足，一般低压电网电流总

3、谐波畸变率为2080%，远远超过国家标准。三、低压谐波滤波技术的发展消除谐波的方法从源头上消除谐波不采用有谐波的装置或负载，如采用矩阵变频器、12相以上整流装置，都可以大大减少或消除谐波。被动消除谐波 抑制谐波的方法主要有两种：一种是减小的方法，即采用无源滤波器，它是利用L-C谐振特性，形成对某一频率的低阻抗特性，从而减小流向电网的谐波电流；二是让补偿装置提供反相的谐波电流，以抵消变流器所产生的谐波电流，即有源滤波器。1、无源滤波器组成主要由电容器、电抗器、电阻器串联而成。 工作原理及特点滤波器并联在含有谐波的电网上，电路根据需要补偿的功率因数和谐波含量，使该滤波器对基波频率补偿无功功率，对谐

4、波呈现低阻抗，从而滤除各次谐波电流。目前实际使用的滤波装置中大都采用LC无源滤波器，它在吸收高次谐波的同时，还具有改善负载功率因数的功能。它的最大特点是价格相对便宜，但这种滤波器还存在一些不足之处。无源滤波器原理线路图单通和高通滤波器的阻抗频率性LC无滤波器的不足之处：由于参数变化和调谐偏移，滤波器阻抗的变化，影响了滤波效果。随着负载谐波的增加，可能会引起滤波器的过负荷。根据谐波次数的多少，需设置多个LC滤波电路，并且与滤波器投入运行之后，如果谐波发生变化，会产生无功过补偿或谐波过电流。LC滤波器电路会因系统阻抗参数变化而发生与系统并串联谐振，从而使供电系统运行在不安全状态。消耗大量有色金属，

5、体积大，占地面积大。2、有源滤波器组成主要由控制器、IGBT组成的逆变器、电容器组成。工作原理通过实时地检测负荷电流，并将所测量的谐波在高性能的控制器中处理，输出负荷中谐波信号，用于控制PWM（脉宽调制）的IGBT功率模块，并通过线路电抗器注入反相位的谐波电流，精确地把谐波电流互相抵消。目前有源滤波器主要由国外进口，主要厂家ABB公司、西门子公司、施耐德公司、诺基亚公司等。国内也有许多公司与高校联合开发有源滤波器，已在工业上试运行。有源滤波器工作原理示意图有源滤波器的特点典型滤波效率：目标谐波能滤掉97%。可滤去高至50次谐波，可同时滤去20种谐波。可对滤波模式编程任选滤波次数。可产生和控制功

6、率因数。可编程各项任务的优先次序，不会产生过载。闭环控制的滤波器具有最佳的精度。无需详细的电网分析。易在现场扩容。有源滤波器也有缺点，它的最大缺点是价格高、损耗大。进口有源滤波器大约￥30004000元/KVA，国产有源滤波器大约￥15002000元/KVA；而国产无源滤波器大约￥250300元/KVA。有源滤波器损耗大约为本装置容量的58%，是无源滤波器损耗的1520倍。3、混合有源滤波器混合有源滤波器由无源滤波器和有源滤波器组成。有源滤波器性能优越，但价格太高，无源滤波器虽然存在一定缺点，但价格优势明显，二者有机结合，则会在容量、价格、工作效率等方面有一定的优势。无源滤波器和有源滤波容量比

7、例，取决于用户的要求、补偿的目的、负载谐波的特点而不同，主要谐波采用无源滤波器，对其他谐波采用有源滤波器，同时有源滤波器能改善无源滤波器性能。一般情况下，无源滤波器容量占整个滤波容量的8090%，有源滤波器容量占整个滤波容量的1020%。下面介绍两种混合有源滤波器线路图（1）串联型有源滤波器与无源滤波器并联的混合系统（2）并联型有源滤波器与无源滤波器串联的混合系统4、智能动态滤波器 智能动态滤波器是针对无源滤波器存在的缺点，改进后的新型无原滤波器。智能动态滤波装置主要包括电能质量检测仪表它能检测电网的各种电参数及各次谐波数据。智能控制器由可编程序控制器PLC和应用程序组成，它与电能质量检测仪表

8、通过通讯连接，取得实时电能质量数据。快速投切开关由晶闸管过零投切，无过压、无涌流。若干组无功补偿/无源滤波器根据现场无功/谐波测试参数计算出来，满足负载的无功/谐波含量要求，并留有一定裕量。每回路装设电流变送器420 mA电流信号送至PLC，限制过电流、谐波放大及谐振。智能动态滤波器电气原理图智能动态滤波器运行控制方式开机时，首先电能质量检测仪检测到负载电流信号（包括基波电流、无功电流、谐波电流），根据谐波量逐级投入，每次投入时都会判断投入的电容器无功容量是否检测的无功功率，防止投切振荡。这可以称作前馈控制。滤波装置根据初始负载量投入运行后，随着负载的变动，系统进入闭环控制。根据无功/谐波的变

9、化自动投切各回路，以保证系统不过补、谐波含量最小。智能控制器中还设置各回路过流、谐波放大、谐振等应急处理程序。智能控制器与电能测量仪通讯故障时，还设置了手动控制程序根据无功/谐波数据手动投切各回路。智能动态滤波装置主要特点1）具有无功补偿和谐波滤波的自动控制功能。 采用前馈控制和闭环控制，以闭环控制为主。采用无功功率优先控制，尽量减少谐波含量。 2）可以消除谐波电流放大和谐振现象。 检测各回路电流，当某一回路出现1.2IN电流时,系统会进行调正,以减少该回路电流,避免谐波电流放大和谐振现象。 3）解决了谐波滤波、无功补偿的协调控制。 设计计算时，根据现场测试的无功和谐波量分配各回路无功电流和谐

10、波电流的比例，并留有一定的裕量，使分组投切时能使各回路不会产生过补偿和谐波过电流。4）对电容器、电抗器可以有效的保护。 检测各回路电流，当某一回路出现1.3IN电流时,系统会发出跳闸信号，保护该回路电容器、电抗器不会因过电流损坏。 5）可以解决三相不平衡的无功补偿及谐波滤波。 可以采用单相单独补偿和三相补偿的方式，也可采用二种补偿兼有的混合补偿的方式，根据系统负载情况确定。 6、采用晶闸管快速投切。 采用晶闸管过零投切，无过压、无涌流，对电容器、电抗器无冲击，寿命延长。7）相对以往滤波装置更节能。 以往滤波装置是全部一次投入的，因此在轻载时，无功和谐波都比较小，大量的电容器、电抗器投入，增加了

11、系统的损耗。智能动态滤波装置是按无功和谐波量分组投切的，因此节约了电能。 8）智能动态滤波器有效的解决电网无功/谐波“公害” 智能动态谐波滤波装置是目前市场前景很好的新产品，它价格低，技术性能好，节能降耗，在国内属领先水平，具有较强的市场竞争力，是目前有效的电网净化设备，具有很好的社会效益。 5、多调谐有源滤波器它是一种基于有源电抗器的新型智能多调谐有源滤波器。它能通过控制有源电抗器的控制绕组，可以连续调节电抗器主绕组在不同频率下的电感量，使LC串联支路对多次谐波频率产生谐振，使该支路对多次谐波阻抗趋于零，将负载谐波电流滤除。控制绕组通过变频电流源，对谐波阻抗进行控制，使主要谐波阻抗与电容器产

12、生谐振，使该次谐波阻抗趋于零，因而滤除主要谐波电流。一般工业用户主要谐波为5次、7次，11次、13次较小。多调谐有源滤波器由可控电抗器、电容器、多调谐控制器及检测仪表组成。多调谐控制器由变频电流源、PLC控制器、谐波电压、电流检测仪表等。多调谐有源滤波器原理图多调谐有源滤波器等效电路图多调谐有源滤波器工作原理过去无源滤波器考虑电网频率波动、电感制造误差、电容器制造误差以及电容量衰减等，滤波支路的谐振频率偏离额定谐振频率很远，滤波阻抗较大，滤净度低。有了高精度的检测和控制系统作保证，就可以尽可能提高支路谐振频率，使其趋近250Hz，如249Hz，使其支路谐振阻抗趋于零，最大限度滤除谐波电流。多调

13、谐有源滤波器它只有一组滤波支路，它能调谐多组高次谐波，该支路流过基波无功电流、5次、7次谐波电流，这个电流的有效值为各电流平方和再开方。多调谐有源滤波器与混合有源滤波器的比较多调谐有源滤波器只要一组电容器、一个可控电抗器和电流源控制器。混合有源滤波器在无源滤波器的基础上，增加有源滤波器，改善无源滤波器性能。两者差别多调谐有源滤波器只有一组电容器，一组可控电抗器和电流源控制器，结构简单、设备少、投资省、占地少。混合有源滤波器有一套无源滤波器，即多组电容器、电抗器组成的滤波器，还需要一套有源滤波器，结构复杂、设备多、投资高、占地多。多调谐有源滤波器主要特点能达到很好谐波滤波效果，滤净度可以达到70

14、85%。能很好消除谐波放大和谐振。特别适合变频器等特殊负载，它们功率因数高、谐波含量大的特点。控制系统对精度要求较高，对快速性要求不高。可以用于谐波快速变化系统。多调谐有源滤波器运行时不会发生过载。能提高设备利用率，节约设备投资，减少设备体积。能做成定型产品，批量生产。多调谐有源滤波器通过耦合隔离，可以用于高压滤波系统。应该是目前性价比最高的谐波滤波装置。6、内反馈谐波滤波器介绍一款近年在国际上兴起的谐波滤波装置，是为变频器VFD生产的从5-1500HP的通用谐波滤波器，并且有成千上万的这种装置正在美国、加拿大、澳大利亚、智利、巴西、韩国和其它国家运用。 它的最大特点是简单、可靠、性能好、价格

15、低，它能将6脉冲变频器达到18脉冲的效果。内反馈谐波滤波器电气原理图从二通道来解释内反馈谐波滤波器原理基波通道工频电流从电源流过线性绕组L1和补偿绕组L2，由于流过L1、L2电流极性相反，基波阻抗减小；谐波通道谐波电流从负载流过补偿绕组L2和交联绕组L3，由于流过绕组L2、L3电流极性和L1极性相同，使L1谐波阻抗增大，使负载谐波很难进入电网（当然背景谐波也很难进入负载）。内反馈谐波滤波器主要性能电压谐波畸变率THDu5%电流谐波畸变率THDi（58）%主电路电压降4%应用内反馈谐波滤波器前后的电流波形下面对谐波源特性进行研究两类谐波源以电流源为主的谐波源在直流侧以大电感为主的，如直流调速系统；以电压源为主的谐波源在直流侧以大电容为主的，如交流变频调速系统。这两类不同特性的谐波源，滤波效果会有所不同，采取方法也会有所不同。电流谐波源、电压谐