电网中存在谐波,对电网供电的质量造成影响。滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作,是抑制和防止干扰的一项重要措施。谐波治理首先要控制好谐波产生的源头,其次我们还要通过增加滤波装置进行谐波的消除。如何正确选择有效的谐波质量方案非常关键。
1 什么是传统的无源滤波器
由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,其基本原理是利用电路谐振的特点,形成某次或某些谐波的低阻抗通道,将大部分谐波电流分流,分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器等几种。通俗的来说,传统的滤波器组成支路对谐波有吸引作用,对应次的谐波大部分都进去到这个支路。单调谐滤波器仅针对某一特定设计频率,例如3次、5次、7次等,形成对特定次数谐波的低阻抗通道。实际中常用几组针对不同频率的单调谐滤波器和一组二阶高通滤波器组成滤波成套装置。无源滤波器中含有一定量的电容,可提供固定容量的无功功率,起到一定的改善功率因数效果。
如图所示,针对可控硅整流电源型谐波源,设置了5、7、11次单调谐滤波支路。由于特定次数的谐波电流值与所流经支路谐波阻抗成反比,谐波源产生的谐波电流中,80~90%流经滤波支路,只有10~20%的谐波电流注入系统,起到很好的谐波滤除效果。
2 什么是有源滤波器
有源滤波器(Active Power Filter,简称APF)是一种用于动态抑制谐波、补偿无功的新型电力电子装置,它能够对大小和频率都变化的谐波以及变化的无功进行补偿。之所以称为有源,顾名思义该装置需要提供电源(用以补偿主电路的谐波),其应用可克服LC无源滤波器等传统的谐波抑制和无功补偿方法的缺点(传统的只能固定补偿),实现了动态跟踪补偿,而且可以既补谐波又补无功。
有源滤波器主要是治理电流谐波,有源滤波器同无源滤波器比较,治理效果好,主要可以同时滤除多次及高次谐波,不会引起谐振,但是价位相对高。如图所示为有源滤波结构图。
3有源滤波和无源的区别
串联电抗器的电抗值与电容器的容抗值之比就是该组电容装置的电抗率。其公式为:电抗率=XL/XC
一般情况下,系统背景谐波以5次及5次以上,就需要配备4.5%到7%的电抗;3次及3次以上的谐波,需配备12%到14%的电抗。
无源滤波器由LC等被动元件组成,将其设计为某频率下极低阻抗,对相应频率谐波电流进行分流,其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道;而有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备,检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流,补偿后的源电流几乎为纯正弦波,其行为模式为主动式电流源输出。
1.阻抗影响
无源滤波器受系统阻抗影响严重,存在谐波放大和共振的危险;而有源滤波不受影响。
2.频率影响
无源滤波器谐振点偏移,效果降低;有源滤波器不受影响。
3.负载影响
无源滤波器可能因为超载而损坏;有源滤波器无损坏之危险,谐波量大于补偿能力时,仅发生补偿效果不足而已。无源滤波器补偿效果随着负载的变化而变化;有源滤波器不受负载变化影响。
4.设备造价
无源滤波器较低;有源滤波器太高。