科普无源与有源滤波的区别|常见问题|无功补偿滤波装置生产厂家
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科普无源与有源滤波的区别

文章出处:网责任编辑:作者:人气:-发表时间:2018-09-30 14:08:00

 无源滤波器

并联无源滤波器是开发较早、目前应用较广的一种电力滤波器,具有抑制电网谐波和补偿负荷无功功率的双重功能,在高低压电力系统中均得到了广泛应用,尤其在高压系统应用可阻止该次电流注入电网中。

设滤波器调谐于h次谐波频率,则:

此时,滤波器在h次谐波频率下的阻抗小,注入电网中的h次谐波电流就最小。但是,由于电网的基波频率实际值会偏离其额定值,LC的实际值也会因制造误差和环境因素而偏离其表称值,这些都会导致滤波器存在一定程度的失谐,这不仅导致了滤波器效果的下降,甚至还可能引起谐波放大现象,同时也增加了滤波器的设计、分析难度。

 

无源滤波器虽然结构简单,成本低,运行维护方便,但同时也存在着诸多的缺点和限制。

 

① 无源滤波器不能适应系统工况的变化,一旦安装就不能重置。不管是调谐频率还是滤波器尺寸都不能轻易改变。

 

②系统频率变化或滤波器LC元件因老化。退化或受环境温度变化的影响而变化,都会引起滤波器失谐,导致滤波效果下降,甚至导致滤波器与系统之间发生并联谐振,并产生谐波放大现象。

 

③滤波器的滤波效果受系统阻抗大小的影响。当系统容量增大或系统阻抗值减小时,滤波效果下降。

 

④单调谐波器只对某一次谐波具有良好的滤波效果,要滤除多次谐波,需要多个单调谐波器并联运行。而且,这些谐波器必须遵照一定的起停顺序和运行组合。

 

单调谐或双调谐滤波器只对特定次的谐波具有良好的滤波效果,而高通滤波器虽能对所有高次谐波进行衰减,但其有功损耗相对比较大。

 

无源滤波器

 

并联无源滤波器是开发最早、目前应用最广的一种电力滤波器,具有抑制电网谐波和补偿负荷无功功率的双重功能,在高低压电力系统中均得到了广泛应用,尤其在高压系统应用可阻止该次电流注入电网中。

设滤波器调谐于h次谐波频率,则:

 

此时,滤波器在h次谐波频率下的阻抗最小,注入电网中的h次谐波电流就最小。但是,由于电网的基波频率实际值会偏离其额定值,LC的实际值也会因制造误差和环境因素而偏离其表称值,这些都会导致滤波器存在一定程度的失谐,这不仅导致了滤波器效果的下降,甚至还可能引起谐波放大现象,同时也增加了滤波器的设计、分析难度。

 

无源滤波器虽然结构简单,成本低,运行维护方便,但同时也存在着诸多的缺点和限制。

 

①无源滤波器不能适应系统工况的变化,一旦安装就不能重置。不管是调谐频率还是滤波器尺寸都不能轻易改变。

 

②系统频率变化或滤波器LC元件因老化。退化或受环境温度变化的影响而变化,都会引起滤波器失谐,导致滤波效果下降,甚至导致滤波器与系统之间发生并联谐振,并产生谐波放大现象。

 

③滤波器的滤波效果受系统阻抗大小的影响。当系统容量增大或系统阻抗值减小时,滤波效果下降。

 

④单调谐波器只对某一次谐波具有良好的滤波效果,要滤除多次谐波,需要多个单调谐波器并联运行。而且,这些谐波器必须遵照一定的起停顺序和运行组合。

 

单调谐或双调谐滤波器只对特定次的谐波具有良好的滤波效果,而高通滤波器虽能对所有高次谐波进行衰减,但其有功损耗相对比较大。

 

有源滤波器

 

针对无源滤波器的上述缺点,有源电力滤波器(APF)受到了国内外学者的广泛关注。APF发展至今,主要有并联型、串联型和串并联型(也称为UPQC)三种电路拓扑结构。

 

并联型APF的主要接线方式如图2所示,该APF相当于是一个受控电流源,通过向电网注入与原有谐波电流幅值相等、相位相反的电流,从而使得电源的总谐波电流为零。串联型APF的主接线方式如图3所示,该APF相当于是一个受控电压源,通过产生与原有谐波电压幅值相等、相位相反的电压,从而使得电网电压波形成为正弦波。串并联APF的主接线方式如图4所示,串联型APF相当于是一个受控电压波动;并联型APF相当于是一个受控电流源,可以抑制负载谐波电流注入到电网中。

图2

图3

图4

并联型APF具有补偿谐波、补偿负序电流、抑制电压波动等多种功能,也是目前工程应用最多的一种。但是,该结构的APF是直接(或经变压器)承受了电网的基波电压,并提供全部的补偿电流,从而导致了电力电子装置的容量较大,难以应用于高压电力系统中。

 

串联型APF主要用于补偿谐波电压,该结构的变压器中流过的是正常负荷电流,装置的容量较大,损耗也较大,而且装置的投切与故障退出时的控制比较复杂,目前单独使用串联型APF结合起来,虽然可以解决配电网中的大部分电能质量问题,但是,系统中的开关器件多,控制比较复杂,而且性价比也不高,目前还处于研究实验阶段。

 

APF系统由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两大部分组成,指令电流运算电路的核心就是检测出补偿对象的谐波和无功等指令电流,补偿电流发生电流的核心就是根据指令电流产生实际的补偿电流。这两部分电路直接影响到系统的滤波性能和响应速度。谐波指令电流检测方法目前主要有基于瞬时无功功率理论的检测方法、基于FFT的检测方法、基于小波变换的检测方法、神经网络检测方法等。

 

其中基于瞬时无功功率的检测方法在实际工程中应用最为广泛,而近几年来提出的神经网络等方法由于实际运算量比较大,因而仍处在仿真和理论研究阶段,与实际的工程应用还有一定的距离。

 

补偿电流发生电路目前只要有滞环电流控制阀、三角波比较法、空间矢量调制法、无差拍控制法、滑模变结构控制法等。其中滞环控制法、三角波比较法由于其控制简单,在应用中也较多,但存在补偿效果较差的问题;空间矢量法简单易行,而且能够较低的开关频率获得较好的滤波效果,该方法目前还处于实验实阶段;无差拍控制法、滑模变结构控制法等由于控制复杂,目前处于仿真阶段。

 

有滤波器优点和缺点

 

有源调谐滤波器主要有以下几个优点:

①可以在线连续调节谐振频率,自动 滤波器元件参数的变化,消除失谐,提高滤波效果;

 

②系统有源部分的容量很小,使得有源调谐滤波器适合应用于中高压电力系统中;

 

③可以在点歌LC串联支路上实现多调谐滤波,不仅简化了调谐滤波器的主电路结构,同时也避免了多个单调谐滤波器组合时的相互影响

 

④可以实现独立的分相控制,这与实际工程的需求更为吻合;

 

⑤系统参数设计较为简单,可参照传统的单调谐滤波器进行设计;

 

⑥控制系统简洁,适合于工程应用。目前,有源调谐滤波器发热研究还不够完善,有待于进一步的研究。

 

它主要存在着以下缺点:

①系统稳定性有待研究。由于补偿电流控制着有源电抗器的谐波电感,而谐波电感反过来又会影响到补偿电流的大小和相位,这必然会影响到整个滤波系统的稳定性;

 

②电网谐波电压对滤波系统的影响也有待分析。谐波电压的存在有可能会使系统发生过电流,因此,如何在滤波系统中引入滤波器的柔性过电流保护功能对系统的安全运行具有十分重要的意义。

 

 

 

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