上海网站制作商,哪个nas可以做网站,flash 制作网站,如何修改网站后台地址无源滤波器设计 谐波滤波器设计流程 主库模型 串联#xff08;单调谐#xff09;滤波器 高通滤波器 带通滤波器 C型滤波器 无源滤波器元件是由电容器和电感器组合而成的装置#xff0c;其被调谐至单一频率或一定频带内谐振。在电力系统中#xff0c;无源滤波器用于抑…无源滤波器设计谐波滤波器设计流程主库模型串联单调谐滤波器高通滤波器带通滤波器C型滤波器无源滤波器元件是由电容器和电感器组合而成的装置其被调谐至单一频率或一定频带内谐振。在电力系统中无源滤波器用于抑制谐波电流并降低系统敏感部分出现的电压畸变。无源滤波器通过在谐振频率处呈现不同的阻抗值来工作。串联连接的滤波器应对需要阻断的谐波频率呈现高阻抗。虽然串联配置是可行的但更常见的是将滤波器并联连接。这种并联配置将谐波电流分流至地同时提供无功功率可用于校正功率因数。因此无源并联滤波器被设计为在基波频率下呈容性。谐波滤波器设计流程为了设计谐波滤波器需要有关本地电力系统包括环境数据的信息。电力系统信息包括特性例如额定线电压、系统电压等级的典型设备基本冲击绝缘水平BIL、基波频率、系统配置以及系统组件的阻抗。在开始滤波器设计过程之前必须充分考虑设备位置即室内或室外、运行约束、设备电流工作周期、开关操作频率、环境数据如环境温度和风荷载、谐波测量或制造商谐波特性。IEEE 谐波滤波器应用和规范指南 [??] 将以下步骤规定为谐波滤波器设计流程的一部分确定谐波滤波器组容量kVAr如前所述滤波器设备为系统提供容性无功功率以改善功率因数这有助于在重负载期间维持电压同时滤除谐波。滤波器的“有效kVAr”容量取决于功率因数所需的容性无功功率以及电压控制要求通常通过潮流程序确定所需值。选择初始谐波滤波器调谐频率滤波器调谐对于降低谐波电压和电流畸变以满足所需的谐波性能是必要的。谐波滤波器通常调谐至最主要谐波的较低频率。然而建议将谐波滤波器调谐至比目标频率低3%至15%以提供足够的谐波滤波并为可能的滤波器失谐留出余地。应考虑滤波器所在位置侧在整个频谱范围内的谐波滤波器性能包括正常运行和故障工况。将滤波器调谐至低于目标谐波频率的主要原因在于滤波器与系统相互作用的特性。即滤波器本身可能使并联谐振频率非常接近该谐波频率。这可能由于滤波器和系统配置的变化而发生自然系统变化例如变压器停运、设备更换或日常维护滤波器电抗器和电容器的制造商容差温度变化引起的电容器变化熔断器动作导致的谐波滤波器电容器单元/元件故障减少总电容并提高滤波器谐振频率。如果谐波畸变水平不关键用户可能希望避免谐波电流使谐波滤波器电容器过载同时不与系统产生谐振。那么滤波器必须不接地以避免与系统发生3次谐波谐振并调谐至低于5次谐波以避免在特征谐波处发生谐振。优化谐波滤波器配置以满足谐波导则IEEE 标准 519-1992 提供了满足谐波畸变限值的建议。滤波器应满足正常系统配置以及异常工况下的电流和电压畸变要求。如果畸变水平仍然很高可能与系统产生新的并联谐振有关。重新调谐滤波器或安装多调谐谐波滤波器有助于解决此问题。谐波滤波器的数量、滤波器调谐和安装位置、电容、电感和电抗值、电容、电感和电阻的允许容差、调谐频率下谐波滤波器电抗器的Q值X/R比以及谐波滤波器电阻器的稳态能量耗散要求都可以是谐波研究分析的结果。谐波电压和电流频谱包括正常和故障系统工况下的基波和所有主要谐波频率也是分析的重要结果。通常使用谐波仿真程序对谐波负载频谱范围内的可能运行工况进行分析而对于简单系统可以手动估算。确定组件额定值谐波滤波器电容器的额定值通常是第一个需要确定的其次是电抗器、电阻器和开关的额定值。此过程需要调整通常是迭代性质的。某些谐波滤波器配置可能还需要进行暂态仿真研究。谐波滤波器电容器谐波滤波器电容器根据电压和kVAr进行额定通常由制造商给出具体取决于谐波频谱、暂态过电压、无功需求VAr和系统数据。由于滤波器电抗器的影响电容器组的额定kVAr不等于有效无功功率。电容器电压额定值由稳态包括谐波下的最大电压值、与滤波器投切相关的暂态过程以及有时断路器操作持续不到半个周期和机械动态过程持续数秒决定。在大多数单调谐应用中谐波滤波器电容器电压基于稳态工况。对于正常系统运行和故障情况施加于谐波滤波器电容器的最高峰值电压不应超过电容器峰值电压额定值的100%。对于指定的额定kVAr和电压流经谐波滤波器电容器的总有效值电流应小于电容器单元正常电流的135%并且电流应保持在电容器熔断器的能力范围内。额外的检查包括估算谐波滤波器电容器的介质发热。此外最好使滤波器的能力超过谐波负载的要求并且在滤波器设计阶段通常包含充裕的裕度。谐波滤波器电抗器必须确定谐波滤波器电抗器相对于谐波滤波器电容器的物理位置因为它影响热问题、磁通发热、电抗器短路额定值和电抗器BIL。基波和谐波电流引起的过度发热会导致组件性能下降这对于安装在金属封闭滤波器内的铁芯谐波滤波器电抗器可能是一个严重问题。必须在设计阶段分析由空心滤波器电抗器磁通在金属结构中感应的涡流损耗的影响。相地绝缘的BIL额定值应与连接在同一电压等级的变压器的BIL相同。对于受避雷器保护的滤波器线圈以及电抗器端子接地的直接接地谐波滤波器可以例外。与谐波滤波器电容的处理过程类似应检查暂态和动态过电压水平。必须对最大运行电压工况进行短路电流分析以检查谐波滤波器电抗器的短路电流承受能力。滤波器电阻器必须确定谐波滤波器电阻器相对于谐波滤波器电容器的物理位置因为它影响热问题、电阻器短路额定值和BIL。由于基波和谐波电流导致组件性能下降的过度发热对于金属封闭滤波器可能是一个严重问题。对于户外安装动物防护措施也是重要的考虑因素。与电感情况类似BIL额定值要求取决于电阻器在滤波器中的位置。短路滤波器电阻器的能力应设计为能承受最大可能的短路电流。必须识别暂态和动态过电压的幅值和持续时间并与电阻器额定值进行比较。在参数超标的情况下应包括避雷器保护。断路器或开关容性投切要求应基于最坏情况条件包括最大系统电压、电容容差和谐波。短路分析应包括关合和瞬时电流检查电容器开关必须能承受短路电流水平尽管与断路器不同电容器开关不应切断短路电流。此外重要的是要记住与并联电容器组相比滤波器组在开关上产生的恢复电压更高。因此有必要注意选择开关设备。投切暂态过程最好能为设计者提供来自暂态研究分析的数据波形图但由于事件的随机性这不容易实现。然而可以对一些最坏情况的谐波负载场景进行建模以确定暂态最严重部分按谐波次数划分的电流幅值和持续时间。以下段落讨论了一些典型场景。由于谐波滤波器调谐电抗器的存在背靠背投切电流幅值低于并联电抗器组因此不需要安装额外的限流电抗器。在正常情况下单调谐谐波滤波器的投切不需要电容器或电抗器承受异常工况而这在并联电容器组中是可能出现的。尽管如此对于具有多个支路的滤波器可能需要进行初始通电的暂态性能分析以确保不会出现高电流或高电压。如果滤波器连接到系统并计划在系统停电后通电变压器饱和产生的谐波可能导致谐波滤波器短时过载。附近故障导致变压器饱和和滤波器过载也会对滤波器产生类似影响。进行暂态研究以确定谐波滤波器性能是非常可取的。主库模型主库包含四个滤波器模块串联滤波器、高通滤波器、带通滤波器和C型滤波器。所有四种滤波器配置如图 F-1所示。串联滤波器也称为单调谐或陷波滤波器是工业中最常用的类型。高通滤波器用于抑制比单调谐滤波器更宽的频率范围减小组件尺寸并在系统未加载时避免容性功率因数。带通滤波器在工业中不常见但该组件可用于模拟高阶滤波器或双调谐滤波器。C型滤波器是二阶滤波器设计为具有与单调谐滤波器相似的阻抗特性优点是功率损耗更低。图 F-1滤波器配置。a) 串联b) 高通c) 带通d) C型串联单调谐滤波器图 F-2显示了串联或单调谐滤波器的电路原理图和典型阻抗特性。图 F-2串联单调谐滤波器该滤波器被调谐以抑制单一频率其设计基于三个量需要阻断的谐波电流次数、它将提供的容性无功功率及其品质因数。设计过程中还必须考虑系统给定的电压水平和基波频率。总之用于定义输入参数的值为h滤波器的调谐点谐波次数Qc滤波器的无功功率 [MVAr]Q品质因数f系统频率 [Hz]V系统电压 [kV]品质因数是定义滤波器带宽的量在这种情况下表示为滤波器的电抗与电阻之比。Q的典型范围在30到60之间。以下方程可用于设计滤波器(F-1)(F-2)(F-3)(F-4)(F-5)其中X是电感器或电容器在调谐频率下的电抗。示例以下示例说明了串联滤波器的使用。图 F-3 中的电路代表一个 X/R 10 (Q) 的系统以及一个注入由十二脉波换流器产生的典型谐波电流的负载。这种类型的换流器向交流侧注入高幅值的11次和13次谐波电流。因此设计滤波器来抑制这些电流。*图 F-3无滤波器的系统配置在这种情况下安装了11次和13次谐波串联滤波器其参数如前所述。 图 F-6 显示了在公共连接点安装了滤波器的电路。使用快速傅里叶变换 (FFT) 来测量两个电路中11次和13次谐波的电流幅值。使用方程 F-1 至 F-5调谐至11次谐波的滤波器可以用以下量表示该串联滤波器的阻抗特性设计为在11次谐波处谐振如图 F-4所示。图 F-4串联滤波器的阻抗特性图 F-5 显示了11次和13次谐波串联滤波器组合的阻抗特性。这两个滤波器的值为C11 13,26 µF , L11 4.38 mH, R11 0.366 ΩC13 13,26 µF, L13 3.14 mH, R13 0.308 Ω图 F-511次和13次谐波串联滤波器组合的阻抗特性阻抗特性是使用主库中的谐波阻抗求解接口获得的。结果显示电流幅值减少了96%。图 F-6带串联滤波器的系统配置图 F-7 显示了注入电网的电流波形的改善情况。图 F-7电流波形比较高通滤波器图 F-8 显示了高通滤波器的电路原理图和典型阻抗特性。图 F-8高通滤波器该滤波器设计为在高频下具有平坦的阻抗特性。观察表示阻抗随频率变化的方程(F-6)可以看出低电阻值将增加损耗由于与电感器并联并且在设计滤波器工作于高频时更容易获得更高的电感。因此这种类型的滤波器用于抑制5次或更高次谐波电流。电阻也建立了阻抗的渐近行为限制了高频下的最大值。这意味着宽带宽可以用品质因数来衡量品质因数是串联滤波器品质因数的倒数设计值在0.5到2之间。(F-7)其中 XLN XCN 是调谐频率下的电抗。示例例如使用方程 F1 至 F5 计算了一个调谐至11次谐波、工作在60 Hz系统的高通滤波器。基波频率下的无功功率容量选为1.0 MVAr电压10 kVQ值为1。滤波器的参数为C 26.31 µF L 2.21 mH R 9.17 W滤波器的频率响应如图 F-9所示。图 F-9调谐至11次谐波的高通滤波器的阻抗特性高通滤波器设计为与一个或多个抑制低次谐波的陷波滤波器组合工作以避免滤波器在针对低频设计时产生的功率损耗。带通滤波器该组件可用于模拟高阶滤波器。最流行的可能是双调谐滤波器如图 F-10 所示它是带通滤波器与电感器和电容器串联的组合。这种滤波器通过结合带通滤波器的并联谐振与电感器和电容器组合的串联谐振来工作。如图中所示产生了两个新的谐振频率。这种配置使得构建该滤波器的成本低于两个独立串联滤波器的并联组合。图 F-10双调谐滤波器的阻抗特性C型滤波器图 F-11C型滤波器的等效串联滤波器C型滤波器是二阶滤波器具有抑制谐波电流的能力且损耗低于串联滤波器或带通滤波器。具备此能力的原因是L和C元件与电阻器并联在基波频率下谐振。因此流经阻尼电阻器的基波电流被减小到最低限度。另一个优点是C型滤波器在抑制高频谐波方面表现良好因为其在调谐频率以上具有固有的平坦阻抗特性。C型滤波器的设计输入参数与串联滤波器相同其阻抗可以基于R、L、C、C1表示(F-8)(F-9)根据参考文献 [30]该滤波器的参数可以使用串联滤波器的模型计算如图 F-11 所示。使用 Qc、Q、V 和 h 作为输入第一步是计算串联滤波器元件 Ls 和 Cs 的参数。考虑到电感 L 等于 Ls第二步是计算 C使其与 L 在基波频率下谐振。电容器 C1 的计算考虑 C 和 C1 串联后等于 Cs。以下方程总结了这些步骤(F-10)(F-11)(F-12)(F-13)(F-14)示例对于串联滤波器C型滤波器的参数 R、L、C、C1 基于额定电压 V、滤波器调谐频率 ωo 和基波频率下的无功功率容量 Qc 计算。忽略电抗器中的电阻和电容器中的介质功率损耗滤波器的阻抗如下参数 L 和 C 调谐至基波频率以避免基波频率下阻尼电阻 R 上的功率损耗(F-15)滤波器在基波频率下的阻抗仅由 C1 决定(F-16)参考文献 [30] 介绍了一种基于与串联滤波器比较以及一些简化和假设的 C 型滤波器参数估算实用方法。建议串联滤波器具有与 C 型滤波器相同的额定电压、无功补偿功率和调谐谐波。C型滤波器的串联 C 和 L 参数(F-17)(F-18)C型滤波器中 C1 和 C 串联连接的总和等于串联滤波器的 CS(F-19)(F-20)使用品质因数定义的阻尼电阻(F-21)对于魁北克-新英格兰输电项目实现了调谐至3次谐波的C型滤波器工作在60 Hz系统基波频率下的无功功率容量为49 MVAr电压315 kV品质因数为2。使用方程 F-16 至 F-21 进行 C 型滤波器参数计算得到以下结果R 1349 WL 671 mHC 10.48 µFCs 1.164 µF 以及C1 1.31 µF所讨论的 C 型滤波器的阻抗特性如图 F-12所示。该图是使用 PSCAD 主库中的谐波阻抗求解接口组件创建的。所讨论的 C 型滤波器的阻抗特性如图 F-12所示。该图是使用 PSCAD 主库中的谐波阻抗求解接口组件创建的。