２０ ＺＨＥＪＩＡＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ 浙江电力 ２０１０年第６期 谐波治理中无源滤波装置的设计与应用 黄炯，丁小兵，邱 啸，汪舟山洋 （舟山电力局，浙江３１６０２１） 摘 要：结合实例，对无源滤波装置的设计进行了理论分析，采用滤波装置设计专用仿真软件对分析 结果进行仿真验证。仿真结果及实际运行效果证明，无源滤波装置能够有效解决谐波污染问题，且具 有结构简单、操作方便等优点。 关键词：谐波；治理；无源滤波装置；应用 中图分类号：ＴＭ７１４＿３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００７—１８８１（２０１０）０６—００２０—０３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐａｓｓｉｖｅ Ｆｉｌｔｅｒｓ ｉｎ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ ＨＵＡ ＮＧ ０ｎｇ，ＤＩＮＧ Ｘｉａｏ—ｂｉｎｇ，ＱＩＵ Ｘｉａｏ，ＷＡ ＮＧ Ｙａｎｇ （Ｚｈｏｕｓｈａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｂｕｒｅａｕ，Ｚｈｏｕｓｈａｎ Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３ １ ６０２ １，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍｓ ａｎ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ’Ｓ ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｖｅｒｉｉｅｄ ｂｙ ｆｉｌｔｆｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｐｒｏｖｅ ｔｈａｔ ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒｓ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｌｉｋｅ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｅａｓｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ；ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 船舶制造行业中有大量的用电负荷为电焊 机、龙门吊、变频电源等非线性负荷，在生产过 程中将产生大量的谐波。谐波使输电线路、变压 器、电容器等用电设备的温度升高，损耗增加， 由式（１）作出滤波装置阻抗随频率变化的关 系曲线如图１（ｂ）所示。单调谐滤波装置是利用串 联Ｌ、Ｃ谐振原理构成的，在谐振点处， ＝Ｒ 。 因Ｒ 很小，ｎ次谐波电流主要由Ｒ 分流，很少 降低设备的利用率和经济效益：谐波也可以加速高 压电气设备的绝缘老化甚至引起绝缘击穿，影响 电气设备的安全运行：谐波还会影响继电保护及 计量装置的灵敏度．容易引起误动作… 为治理谐 波，可采用简单有效的无源滤波装置。 流人电网中。而对于其他次数的谐波， 》 ， 滤波装置分流很少。因此．只要将滤波装置的谐 振次数设定为与需要滤除的谐波次数一样．则该 次谐波将大部分分流入滤波装置，从而实现滤除 该次谐波的目的 １无源滤波装置数学模型 １．１无源滤波装置工作原理 无源滤波装置主要由滤波电容器与滤波电抗 器组合而成，与谐波源并联，除了滤除谐波外， 还兼顾无功补偿的需要。根据船舶制造行业的谐 波特征。无源滤波装置选择由单调谐滤波支路组 成，其等效电路原理图所图１（ａ）所示ｌ２１。 滤波装置对ｎ次谐波（ ＝ｒｉｏ） ）的阻抗为： １ ｎ＝∞ ／ｔｏ （ａ）电路结构图 （ｂ）频率阻抗特性图 图１单调谐滤波支路 ＝ ＋ｊ（ Ｌ一 ／＇／ＺＯ Ｌ ） （Ｉ） １．２无源滤波装置参数确定 式中：下标 表示第凡次单调谐滤波装置。 首先根据分配的无功补偿容量求电容Ｃ，调 ２０１０年第６期 浙江电力 ２１ 谐在１３次谐波频率的单调谐滤波电容器和电抗器 的关系是： ￡＝— （２） 由于系统谐波电压最终会被在比较小的 数值内，可以忽略，即可认为系统交流母线电压 只含基波分量 …。这样，滤波支路除流过ｎ次谐 波电流易外，流过由Ｕｆ１）引起的基波电流，，【１］为： ＝ ｃ著 ㈤ 山 则滤波装置的基波无功容量即补偿容量为： ‰＝ｐＪ＝Ｕ（１） ＝ ｃ （４） 其中补偿容量９ 为已知，按无功补偿容量 分配值，可以确定电容器参数值Ｃ为： Ｑｃ㈨（１一 ） Ｃ：一— ＝Ｉ一 （５） 、 式中：Ｑ 为ｎ次滤波装置分配的无功补偿容量； ｎ为谐振次数；Ｕ㈩为系统额定线电压。 根据谐振频率求电感Ｌ： Ｌ （，¨ ） Ｃ （６） 如电感内部所含电阻ｒ不够．则需外加串联 电阻。电抗器本身的品质因数用ｇ，表示，则外加 电阻的阻值为： Ｒ＝Ｒ —ｒ＝尺 一皇 （７） ２案例分析 以浙江某造船公司为例进行分析。该公司１ 号主变６ ｋＶ侧电压电流测试波形及主要次谐波 测试数据分别如图２、表１所示。 由表１可知，该造船公司５次谐波电流超标 严重，其它各次谐波电流均在国家标准范围之 内。根据此现状，对于谐波的治理可以采用无源 滤波装置，需要设计１个５次单调谐滤波器，设 计计算后的参数如表２所示。 按照此设计参数，采用滤波装置设计专用仿 真软件对其进行仿真分析。由谐波潮流仿真数据 可知．该无源滤波装置投运后，系统各次谐波电 表１谐波测试数据（无源滤波装置投运前） 表２无源滤波装置设计参数 １００Ｖ ７１０Ａ 。媛 丑】 ． 出 （１ ．／ 一７１ｆ Ｊ １（１（） 时间 图２系统单相电压电流测试波形 压含有率及各次谐波电流含有量均得到了明显改 善，达到了国家标准的要求。 图３、表３分别为无源滤波装置投运后１号主 变６ ｋＶ侧电压电流测试波形及主要次谐波测试数 据。 １ ００Ｖ ６ｆＪ１）Ａ 避 （） 趟 ， 一６００ —１００ 时间 图３ 系统单相电压电流测试波形 由图２与图４，表１与表３对比可知：该无 源滤波装置投运后．造船公司的系统谐波电压、 谐波电流波形均得到了有效的改善；５次谐波电 ２２ 黄炯，等：谐波治理中无源滤波装置的设计与应用 ２０１０年第６期 表３谐波测试数据（无源滤波装置投运后】 某造船公司实际运行情况证明，所设计的无源滤 波装置在保证滤波效果的前提下。具有结构简 单、维护方便、运行可靠等优点，适宜在船舶制 造行业谐波治理中应用。 参考文献： ［１］ 周勇，任伟．配电系统的谐波问题与对策【Ｊ】．郑州大学 学报（工学版），２００６，２７（３）：１０７—１０９． ［２】 王兆安，杨君，刘进军．谐波抑制和无功功率补偿【Ｍ】． 流由投运前的１５．９８ Ａ降低到２．４０ Ａ，滤除率达 到８４％，电压总谐波畸变率由投运前的２．４４％降 北京：机械工业出版社．２００４． 低到１．０７％，降低了５６％，各项谐波指标均达到 国家标准。 收稿日期：２０１０—０４—１４ 作者简介：黄 炯（１９６５），男，浙江诸暨人，高级经济师， ３结语 船舶制造行业用电设备产生的谐波主要以 ５次、７次为主，其它次特征谐波相对较小。浙江 从事电力需求侧管理研究。 （本文编辑：杨勇） 吾 吾 （上接第１２页） ［２】 肖峻，王成山，周敏．基于区间层次分析法的城市电网 规划综合评判决策［Ｊ】．中国电机 程学报，２００４，２４ （４）：５０—５７． 一致性概念及权重【Ｊ１．系统工程理论与实践，１９９４，１４ （４）：１６—２２． 【６】 张吉军．区间数的排序方法研究【Ｊ】．运筹与管理，２００３， １２（３）：１８－２２． ［３］ 吴育华，诸为，李新会，等．区间层次分析法一ＩＡＨＰ［Ｊ１．天 津大学学报，１９９５，２８（５）：７００—７０５． 【４】 冯向前，魏翠萍，胡钢，等．区间数判断矩阵的一致性研 究［Ｊ］．控制与决策，２００８，２３（２）：１８２—１８６． 收稿日期：２００９—１０—２２ 作者简介：汪铭峰（１９８５一），男，浙江江山人，硕士研究生， 主要研究方向为城市电网规划。 （本文编辑：李文娟） ［５】 魏毅强，刘进生，王绪柱．不确定型ＡＨＰ中判断矩阵的 ｐ 、 、 、 、 、 、 、 、 、 — 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 （上接第ｌ９页） 经济的各项规律，确保电网安全、稳定、经济运 行，为客户提供优质电能，并满足外部建设环境 要求，这是一项长期而艰巨的任务。在中低压电 缆中以铝代铜较好地平衡了上述各方面的要求， 配电网建设改造过程中加以推广应用。 收稿日期：２０１０—０１—０７ 作者简介：陈小飞（１９７８一），男，浙江萧山人，工程师，从事 配电网管理工作。 （本文编辑：杨勇） 无论从国家节约铜资源的角度，还是电网企业自 身发展而言，均是一项积极的举措，应在中低压
