谐波滤波电抗器在生产中的应用研究

赵瑞雪

摘 要：电力系统中的非正弦电力波所导致“电力公害”表现在多个方面，严重时容易导致电力系统的瘫痪。为了降低谐波对电力系统的危害，一般采用谐波滤波装置。传统的滤波装置大体分为有源和无源滤波两种。无源谐波滤波装置因其结构简单，建设成本低，运行稳定性较高而广泛应用。文章结合谐波的基本概念，主要分析传统无源滤波器的性能缺陷，并针对性的提出无源动态谐波滤波器的拓扑结构和在生产中的应用

关键词：谐波滤波电抗器；原理；设计；计算；应用效果

随着现代工业化规模的不断扩大，社会生产活动对电力系统运行所带来的压力逐渐提升，另一方面，大量非线性负载接入电网，使得无功消耗量增加，随之而来的谐波危害也日趋严重。为了提高电网运行的整体质量，营造一个绿色安全的电网系统，无功补偿和谐滤除迫在眉睫。相对于有源滤波器，无源滤波器因其结构简单、投入成本较低、具有较高的运行可靠度，应用较为广泛，但传统无源滤波器也存在着一些性能上的缺陷，如容易造成系统过补偿，滤波精确性不高。基于传统无源滤波器存在的缺陷问题，文章主要探讨一种基于晶闸管式可变电抗器的无源动态谐波滤波器的拓扑结构和运行原理。

1 谐波的产生

电力系统中的非线性用电设备是谐波的主要产生源，这些线性设备的使用主要集中大型工业和能源产业领域，其生产所需要的诸如换流设备以及其他非线性设备导致了电力系统非正弦电力波的产生。随着越来越多的硅整流、可控硅等换流设备应用与工业生产中，对电力系统的非线性负荷将逐步加大，由此而来大量谐波对电力系统带来危害，造成电网系统的负载和无功功率增加，严重影响了电力系统的电能输出质量。

2 传统无源滤波器的性能缺陷

传统无源滤波器的电抗感应指和电容值是具体电力系统的实际需要而设计。电容器的电容值受制约与系统额定电压和额定容量。（1）无源滤波器的电容器在补偿过程中不能进行分段切除和投入，受到电感值固定不变的客观制约，容易造成系统的过补偿，降低了无功功率的补偿效果。

（2）无源滤波器在长时间工作环境下，温度的变化会导致电容器容量QCN的逐渐衰减。由电容器电容值C计算公式可知，在额定电压不变的情况下，电容值C随之减小。传统无源滤波器的电抗器的固态不变性，使得在设计之初电感值L将不再发生改变，根据滤波频率计算公式推导出，电容值的减小会造成滤波频率的增大。比如，系统的最低次谐波为5次，在正常运行的情况下，传统无源滤波器能够满足系统滤波和无功补偿的需求。然而，当系统电容容量下降40%时候，系统谐振频率会增大到322赫兹，容易导致系统谐振点发生漂移，传统无源滤波器在5次谐波下呈现出的完全电容性，易导致谐波的放大，造成滤波器与系统发生谐振，降低滤波器的调谐效果甚至失去效能，这就严重影响了传统无源滤波器的谐波滤除效果。

3 无源动态谐波滤波器的拓扑结构设计

要解决传统无源滤波器的以上缺点，必须满足两方面的条件：

（1）实现滤波电容器的分段投入和切除；

（2）实现滤波电抗器的动态可调节性，达到动态调谐作用。针对前者可以通过调整电容器结构的方式来解决，这个问题相对较容易解决；针对后者，可以利用晶闸管式可变电抗器来实现电感的动态调谐作用。基于晶闸管式可变电抗器的无源动态谐波滤波器的拓扑结构示意图如图1所示。

图中，QS为隔离开关，QF为断路器，FS为快速溶断器，KM为电容接触器，C为滤波电容器。无源动态滤波器主要由可变电抗器、晶闸触发电路和电容器组成。其中可变电抗器由可变线圈KL和控制线圈两部分共同组成。由多组快速熔断器、电容接触器与电容器并联组成电容器组，其中分组电容器可以实现分段投入和切除；无源动态滤波器的主体由可变线圈KL的一端与电容器串联构成；控制线圈与反并联晶体闸管构成系统回路；可变电容器的阻抗通过对反并聯晶闸管调节所触发的电路脉冲移相角来改变，从而实现可动态调谐的目的。

4 无源动态谐波滤波器在生产中的应用分析

（1）无源动态谐波滤波器在实际运行中，通过计算公式确定最低次谐波的谐振频率，以此数值为标准推导出无源动态谐波器的调谐频率。按照先投入后切除的低次谐振处理方式实现无源动态滤波器的系统滤波和无功补偿。

（2）无源动态谐波器采用可变式的动态电抗器，能够根据系统参数设计调整感抗。另一方面，无源动态谐波器的电容器结构被设计成分段式，在实际生产运行中，可以结合系统无功补偿的实际需要，有目的的对电容器进行分段投入和切除。电容和电抗的动态可变性，能够有效的调控滤波器的谐振频率并使其稳定在系统需要的滤波频率上，避免造成系统的过补偿。在基波频率下，电抗可变式的无源动态滤波器呈现出完全电容性，能够有效的吸收系统的无功功率，平衡了系统感性负载所产生的感性无功功率，实现了系统无功的有效补偿。

参考文献

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