无源滤波器的设计.docVIP

无源滤波器（PWPF）的设计 安装容量的确定 以下的例子为经过现场测量后，确定电谐士安装容量的一种设计思路，提供给各位参考： 已知参数：相电压：220V 线电压：380V 线电流：1462A 有功功率：600 kW 无功功率：783 kvar 功率因数：0.6 5次谐波电流: 198A 7次谐波电流: 120A 11次谐波电流: 80A 电压谐波总畸变率:5.15% 要求:电谐士投运后，电网的谐波分量要低于GB/T14549-1993所规定的谐波电流允许值；供电系统功率因数达到0.9以上；整套装置的电器元件运行温升符合有关技术规范要求。 设计思路: 1.基波补偿容量 有功功率：600kW 功率因数：0.6 将功率因数提高到0.9以上，需要基波补偿容量： QC1=P(tan(1－tan(2)=600kW(1.333-0.484)=510kvar 其中,cos(1＝0.6；cos(2＝0.9；tan(1 和tan(2 为相应的三角函数。 2.考虑谐波电流后安装容量 从测量数据可知, 线电流：1462A, 5次谐波电流: 198A; 7次谐波电流: 120A; 11次谐波电流: 80A 5次谐波电流在谐波电流中所占的百分比为: 198/(198＋ 120) ×100% ＝62.3% 7次谐波电流在谐波电流中所占的百分比为: 120/(198＋ 120) ×100% ＝37.7% 将上面第1点确定的基波补偿容量510kvar分别分配到5次、7次、11次滤波组，则： 5次滤波组的基波补偿容量为：311 kvar 7次滤波组的基波补偿容量为：189kvar 现在计算5次滤波组的安装容量。依据上面的原则，分配给5次滤波组的基波补偿容量为：311kvar，又知5次谐波电流为198A。 311kvar的电容器连入380V的电网后，基波线电流为： I＝　＝　＝ 448.07A 容量和电流、容抗的关系式如下： 对于基波： ...............................(1) 对于5次谐波： .............................. (2) 其中，＝ 5× 由上面的两个式子相比,可得198A的5次谐波电流注入电容器时的谐波容量： ＝ 311 × 1982 ／(448.92×5) ＝12kvar 所以,在380V下，5次滤波组的安装容量为: ＋＝311 ＋12＝323kvar 考虑到串联电抗器后，电容器的电压会升高，这里选额定电压为480V的电容器。电容的容量和电压的平方成正比例。如采用串联5.45%的电抗器抑制5次以上的谐波。 式中： QC：电容器的安装容量 U1：电网电压 U2: 电容器的额定电压 QN：电容器在400V端输出的无功容量 P: 电抗器的电抗率 于是可以确定滤波器组的安装容量： =(4802/4002) ×323×(1-6%) =437 kvar 所以：最后确定5次滤波组的安装容量为437 kvar。 依此计算出7次电容器的安装容量为：采用串联2.1%的电抗器抑制7次以上的谐波。 =(4802/4002)×189×0.979 =266 kvar 所以：最后确定7次滤波组的安装容量为266 kvar。 所有滤波器组的安装容量确定后，我们可得整套电谐士的安装容量为： 437+266=703 kvar 无源滤波器元器件参数设计 LC的容量 单调谐滤波器中的电容和电抗主要承受两种频率的激励作用，一个是电网基波频率电压，另一个是调谐频率电流。那么，电容和电抗的容量可表示为： (3) 式中：U2为基波相电压，In为n次谐波电流。但在实际应用中应增大10%的容量来计算考虑背景谐波的影响。 LC的费用 应采用投资费用最小的方法来设计单调谐滤波器。设电容和电感的单位容量投资为P和H（P和H会根据不同时期市场价格的不同而变动），则单调谐滤波器所需的资金为： Y=PQC +HQL （4） 联系（2）和（3）式，显然y可表达为C的函数。求得y取最小时C的值为： （5） 根据式（2）求得电感值为： （6） (3)、品质因数Q 品质因数Q的定义是谐振频率下L或C的电抗与电阻Rfn的比值： (7) 无源滤波器在调谐频率下的品质因数Q越大，其阻抗的频率响应曲线越尖锐，频率选择性越好。但滤波器对于参数的变化越敏感，一旦失谐，其性能将变化很大，而且一旦无源滤波器和电网发生串，并联谐振，谐波放大的程度也越大。因此，无源滤波器的品质因数Q应该取得适中。在工程上，可采取如下的方法确定最佳Q值： （8）其中e为电网系统的最大阻抗角，t为电网的最大频偏。在Q值确定后就可以根据式（7）得到Rfn的大小。