Chap4.7濾波器的結(jié)構(gòu)及其特性

1、2022-6-201第4章 高壓直流輸電系統(tǒng)的 諧波及其抑制n4.14.1引言引言n4.24.2換流站交流側(cè)的特征諧波換流站交流側(cè)的特征諧波n4.34.3換流站直流側(cè)的特征諧波換流站直流側(cè)的特征諧波n4.44.4換流站的非特征諧波換流站的非特征諧波n4.54.5諧波對電力設備的影響諧波對電力設備的影響n4.64.6諧波的抑制諧波的抑制n4.74.7濾波器的結(jié)構(gòu)及其特性濾波器的結(jié)構(gòu)及其特性n4.84.8濾波器的設計準則濾波器的設計準則2022-6-2024.7 濾波器的結(jié)構(gòu)及其特性濾波器的結(jié)構(gòu)及其特性2022-6-2034.7 濾波器的結(jié)構(gòu)及其特性濾波器的結(jié)構(gòu)及其特性n一、濾波器的分類一、濾波器

2、的分類n按用途分類：按用途分類：n交流濾波器交流濾波器n直流濾波器直流濾波器n按連接方式分類：按連接方式分類：n串聯(lián)濾波器串聯(lián)濾波器n并聯(lián)濾波器并聯(lián)濾波器并聯(lián)比串聯(lián)濾波器的優(yōu)點：并聯(lián)比串聯(lián)濾波器的優(yōu)點：1 1、濾波效果好、濾波效果好；2 2、串聯(lián)串聯(lián)濾波器必須通過主電路中的全濾波器必須通過主電路中的全部電流，并對地采用全絕緣；而并聯(lián)部電流，并對地采用全絕緣；而并聯(lián)濾波器的一端接地，通過的電流只是濾波器的一端接地，通過的電流只是由它所濾除的諧波電流和一個比主電由它所濾除的諧波電流和一個比主電路中小得多的基波電流，絕緣要求也路中小得多的基波電流，絕緣要求也低；低；3 3、在交流情況下、在交流情況下

3、，并聯(lián)，并聯(lián)濾波器除濾波濾波器除濾波外，其中的電容器還要同時向換流器外，其中的電容器還要同時向換流器提供無功功率。提供無功功率。因此，高壓直流系統(tǒng)中一般都采用并因此，高壓直流系統(tǒng)中一般都采用并聯(lián)濾波器。聯(lián)濾波器。2022-6-204n按電源特性分類：按電源特性分類：n有源濾波器有源濾波器n無源濾波器無源濾波器n按濾波的實現(xiàn)方式（按阻抗特性）分類：按濾波的實現(xiàn)方式（按阻抗特性）分類：n單調(diào)諧濾波器單調(diào)諧濾波器n雙調(diào)諧濾波器雙調(diào)諧濾波器n三調(diào)諧濾波器三調(diào)諧濾波器n高通濾波器高通濾波器2022-6-205二、交流濾波器二、交流濾波器（一）濾波器性能要求（一）濾波器性能要求2022-6-2062022

4、-6-2072022-6-208阻抗-頻率特性1( )(2)2Z fRjXRjfLfC1.2（二）濾波器（二）濾波器1、單調(diào)諧濾波器、單調(diào)諧濾波器 單調(diào)諧濾波器的主要目的是濾除換流器產(chǎn)生的某一次的、單調(diào)諧濾波器的主要目的是濾除換流器產(chǎn)生的某一次的、較低次的特征諧波。因此又稱為：單調(diào)諧低通濾波器。較低次的特征諧波。因此又稱為：單調(diào)諧低通濾波器。2022-6-209在諧振頻率在諧振頻率LCr1相應的電抗值為相應的電抗值為CLCLXrr10此時，濾波器的阻抗呈純電阻性，為最小。此時，濾波器的阻抗呈純電阻性，為最小。RZZr)(min 在理想的情況下，當在理想的情況下，當R R取值較小時，該次諧波電流

5、將取值較小時，該次諧波電流將通過低值電阻通過低值電阻R R而分流，使注入交流系統(tǒng)的諧波電流較小，而分流，使注入交流系統(tǒng)的諧波電流較小，從而使相應的諧波電壓大為降低，達到對該次諧波進行抑從而使相應的諧波電壓大為降低，達到對該次諧波進行抑制的目的。制的目的。2022-6-2010R R是不是越小越好，例如等于零是不是越小越好，例如等于零? ?0LLXCQRRR 決定濾波器性能的另一個因素是濾波器的決定濾波器性能的另一個因素是濾波器的調(diào)諧銳度調(diào)諧銳度，可用，可用品質(zhì)因數(shù)品質(zhì)因數(shù)Q來描述。來描述。 在諧振頻率下在諧振頻率下L或或C的電抗的電抗X0與與R之比：之比：30 60q 通常通常2022-6-2

6、011單調(diào)諧濾波器的目的單調(diào)諧濾波器的目的單調(diào)諧zf特性單調(diào)諧濾波器的主要目的：單調(diào)諧濾波器的主要目的： 濾除換流器產(chǎn)生的某濾除換流器產(chǎn)生的某一次一次的、的、較低次較低次的的特征諧波特征諧波。 又稱為：又稱為：單調(diào)諧低通濾波器單調(diào)諧低通濾波器rr(51) 失諧度失諧度：1% 2%通常通常：2022-6-2012n為了克服這一缺點，常常在設計濾波器電感時有意降低其為了克服這一缺點，常常在設計濾波器電感時有意降低其品質(zhì)因數(shù)，當這種方法仍不能滿足要求時，可以串聯(lián)一個品質(zhì)因數(shù)，當這種方法仍不能滿足要求時，可以串聯(lián)一個小電阻。小電阻。n一般調(diào)諧在一般調(diào)諧在5 5、7 7、1111、1313次特征諧波頻率

7、上。次特征諧波頻率上。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、對單一重要諧波的濾除能力強，損優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、對單一重要諧波的濾除能力強，損耗低，且維護要求低。耗低，且維護要求低。 缺點：低負荷時適應性差，抗失諧能力低。缺點：低負荷時適應性差，抗失諧能力低。2022-6-20132、雙調(diào)諧濾波器、雙調(diào)諧濾波器1L1C2C2LR1L1C2C2LRn 雙調(diào)諧濾波器有兩個諧振頻率，同時吸收兩個鄰近頻率的雙調(diào)諧濾波器有兩個諧振頻率，同時吸收兩個鄰近頻率的諧波，作用等效于兩個并聯(lián)的單調(diào)諧濾波器。諧波，作用等效于兩個并聯(lián)的單調(diào)諧濾波器。2221CLr1111CLr)()(0201minZZZ210201rr2022-6-2014

8、n雙調(diào)諧濾波器與兩個單調(diào)諧濾波器相比，其基波損耗較小，雙調(diào)諧濾波器與兩個單調(diào)諧濾波器相比，其基波損耗較小，且只有一個電感且只有一個電感 L1承受全部沖擊電壓。正常運行時，串聯(lián)承受全部沖擊電壓。正常運行時，串聯(lián)電路的基波阻抗遠大于并聯(lián)電路的基波阻抗，所以并聯(lián)電路電路的基波阻抗遠大于并聯(lián)電路的基波阻抗，所以并聯(lián)電路所承受的工頻電壓比串聯(lián)電路的低的多。所承受的工頻電壓比串聯(lián)電路的低的多。n優(yōu)點：優(yōu)點：n可以濾除兩個特征諧波，比兩個獨立的單調(diào)諧濾波器消可以濾除兩個特征諧波，比兩個獨立的單調(diào)諧濾波器消耗更低；便于解決低輸送功率時的濾波問題；便于備用耗更低；便于解決低輸送功率時的濾波問題；便于備用和維護。

9、和維護。n缺點：缺點：n對失諧較為敏感，元件數(shù)較多，且常常需要兩組避雷器。對失諧較為敏感，元件數(shù)較多，且常常需要兩組避雷器。2022-6-20151L1C2C2L2R3C3L3R3、三調(diào)諧濾波器、三調(diào)諧濾波器2022-6-2016n在較寬的頻帶上呈低阻抗，其在較寬的頻帶上呈低阻抗，其Q Q值較低，常用來消除高次諧值較低，常用來消除高次諧波，也稱為高通濾波器波，也稱為高通濾波器4、阻尼濾波器、阻尼濾波器l 二階高通濾波器二階高通濾波器 （b b）Z-f Z-f 特性曲線特性曲線0)(Z20010001002003004000110421041.6951041000z6w( )400200wR2R

10、（a a）電路圖）電路圖1C2L2R222222221)()()()(CLRLRLRLRZ（5353）2022-6-2017LCr1高通濾波器的主要高通濾波器的主要目的是抑制換流器產(chǎn)生的目的是抑制換流器產(chǎn)生的所有高次諧波所有高次諧波。二階高通濾波器二階高通濾波器的特點的特點:n1.當當R時，二階高通濾波器將轉(zhuǎn)換為單調(diào)諧濾波器，時，二階高通濾波器將轉(zhuǎn)換為單調(diào)諧濾波器，其諧振頻率為其諧振頻率為:2. 當當時，時，Zmin=R，即濾波器的阻抗為，即濾波器的阻抗為R所限制。所限制。實際上，濾波器在高于某一頻率之后，在很寬的頻率實際上，濾波器在高于某一頻率之后，在很寬的頻率范圍內(nèi)具有低阻抗特性（范圍內(nèi)具

11、有低阻抗特性（|Z(w)|R），從而實現(xiàn)高通濾），從而實現(xiàn)高通濾波。波。3. 3. 在很寬的頻帶范圍內(nèi)具有低阻特性；在很寬的頻帶范圍內(nèi)具有低阻特性；R4. 4. 濾波器的阻抗為濾波器的阻抗為 所限制。所限制。2022-6-2018 除需合理選擇阻尼電阻值外，還除需合理選擇阻尼電阻值外，還需選擇并聯(lián)回路的調(diào)諧頻率以確定元需選擇并聯(lián)回路的調(diào)諧頻率以確定元件參數(shù)。這種濾波器的基波損耗比二件參數(shù)。這種濾波器的基波損耗比二階高通阻尼濾波器要低一些，但接線階高通阻尼濾波器要低一些，但接線復雜，濾波效果也略低于二階高通阻復雜，濾波效果也略低于二階高通阻尼濾波器。尼濾波器。1CLR2C三階高通阻尼濾波器三階高

12、通阻尼濾波器2022-6-2019 這種濾波器是從三階高通這種濾波器是從三階高通阻尼濾波器發(fā)展起來的，由于阻尼濾波器發(fā)展起來的，由于C2C2和和L L構(gòu)成的回路諧振于工頻，基波構(gòu)成的回路諧振于工頻，基波電流幾乎全部流經(jīng)這一回路，進電流幾乎全部流經(jīng)這一回路，進一步降低了基波損耗。決定這種一步降低了基波損耗。決定這種濾波器元件參數(shù)的因素主要濾波器元件參數(shù)的因素主要有基波無功功率、有基波無功功率、C2C2和和L L的諧振條的諧振條件、諧振點的頻率以及阻尼的要件、諧振點的頻率以及阻尼的要求。求。1CLR2CC型阻尼濾波器型阻尼濾波器2022-6-2020 直流側(cè)諧波的次數(shù)為直流側(cè)諧波的次數(shù)為n nkp

13、kp。如。如p p6 6時，時，n n為為6 6、1212、18 18 等；等；p p1212時，時，n n為為1212、2424、3636等。等。 直流側(cè)沒有無功功率補償問題，因此，直流濾波器直流側(cè)沒有無功功率補償問題，因此，直流濾波器電容器的額定參數(shù)不是根據(jù)總的無功功率來確定，而是按電容器的額定參數(shù)不是根據(jù)總的無功功率來確定，而是按照線路電壓、濾波要求和經(jīng)濟性來決定的。照線路電壓、濾波要求和經(jīng)濟性來決定的。三、直流濾波器三、直流濾波器（二）直流濾波器的性能要求：（二）直流濾波器的性能要求：在直流高壓母線上的最大電壓電話干擾系數(shù)；在直流高壓母線上的最大電壓電話干擾系數(shù)；在接近高壓直流線路的電

14、話線路的最大允許對地噪聲；在接近高壓直流線路的電話線路的最大允許對地噪聲；離高壓直流線路離高壓直流線路1km1km處平行試驗線路的最大感應噪聲強度。處平行試驗線路的最大感應噪聲強度。背靠背工程和全電纜工程可不考慮直流濾波器。背靠背工程和全電纜工程可不考慮直流濾波器。（一）直流濾波和交流濾波的區(qū)別：（一）直流濾波和交流濾波的區(qū)別：2022-6-2021三、直流濾波器三、直流濾波器換流器內(nèi)阻抗諧波電壓源平波電抗器平波電抗器直流線路對端直流濾波器接地極引線中性點濾波系統(tǒng)另一極（三）直流側(cè)濾波系統(tǒng)的構(gòu)成：（三）直流側(cè)濾波系統(tǒng)的構(gòu)成：2022-6-2022 直流線路本身具有縱向阻抗和對地電容，對直流諧波

15、有一定的限直流線路本身具有縱向阻抗和對地電容，對直流諧波有一定的限制作用。直流電纜除本身有屏蔽作用外，由于對地電容大，對諧波有制作用。直流電纜除本身有屏蔽作用外，由于對地電容大，對諧波有較大的限制作用。較大的限制作用。 但直流線路和電纜的設計主要考慮有效輸送功率等問題，不但直流線路和電纜的設計主要考慮有效輸送功率等問題，不會專門為濾波器要求而改變設計。會專門為濾波器要求而改變設計。（1）直流線路或電纜）直流線路或電纜（2）平波電抗器）平波電抗器 平波電抗器對于直流濾波有很大幫助。一般情況下，平波電抗器的平波電抗器對于直流濾波有很大幫助。一般情況下，平波電抗器的參數(shù)將根據(jù)其它主要因素選取，不專門

16、為濾波器要求而改變。參數(shù)將根據(jù)其它主要因素選取，不專門為濾波器要求而改變。 對于架空線路的直流工程一般需要裝設直流濾波器。直流濾波器對于架空線路的直流工程一般需要裝設直流濾波器。直流濾波器是專門為降低流入直流線路和接地極引線中的諧波分量而裝設的。直流是專門為降低流入直流線路和接地極引線中的諧波分量而裝設的。直流濾波器一般連接于極母線和極中性線之間。濾波器一般連接于極母線和極中性線之間。（3）直流濾波器）直流濾波器2022-6-2023 中性點濾波系統(tǒng)是指安裝在極中性點對地之間的低壓設備，中性點濾波系統(tǒng)是指安裝在極中性點對地之間的低壓設備，主要為通過換流變壓器雜散電容入地的諧波電路提供就近的返回

17、中主要為通過換流變壓器雜散電容入地的諧波電路提供就近的返回中性點的低阻抗通道。性點的低阻抗通道。 （4）中性點濾波系統(tǒng)）中性點濾波系統(tǒng)中性點濾波系統(tǒng)有兩大類：中性點濾波系統(tǒng)有兩大類：由電容、電感和電阻組成的濾波器，濾波效果好，但存在由電容、電感和電阻組成的濾波器，濾波效果好，但存在占地大、成本高的缺點。一般不需要采用。占地大、成本高的缺點。一般不需要采用。目前廣泛采用的是中性點電容器。這種電容器除參與濾波目前廣泛采用的是中性點電容器。這種電容器除參與濾波外，還能緩沖接地極引線落雷時的過電壓。外，還能緩沖接地極引線落雷時的過電壓。PLCPLC通信手段。通信手段。如果采用如果采用PLCPLC，則兩

18、端需要裝設，則兩端需要裝設PLCPLC濾波和耦合裝置。濾波和耦合裝置。如果采用如果采用OPGWOPGW光纖通信，為了防止換流器產(chǎn)生的光纖通信，為了防止換流器產(chǎn)生的PLCPLC載波頻域的噪聲沿直流線路傳輸對沿線交直流載波頻域的噪聲沿直流線路傳輸對沿線交直流線路的線路的PLCPLC載波信號的干擾，一般也安裝載波信號的干擾，一般也安裝PLCPLC濾波。濾波。（5）PLC濾波系統(tǒng)濾波系統(tǒng)2022-6-2024 穿越人口相對集中區(qū)域的直流輸電工程，對于干擾有嚴格的穿越人口相對集中區(qū)域的直流輸電工程，對于干擾有嚴格的要求，如果繼續(xù)采用常規(guī)的濾波系統(tǒng)，則需要并聯(lián)許多濾波器，要求，如果繼續(xù)采用常規(guī)的濾波系統(tǒng)，

19、則需要并聯(lián)許多濾波器，增加了投資和占地面積，降低了直流系統(tǒng)的整體可靠性和可用率。增加了投資和占地面積，降低了直流系統(tǒng)的整體可靠性和可用率。（四）直流有源濾波器（四）直流有源濾波器濾波器造價()eqImA100300500無源濾波器方案有源濾波器方案2022-6-2025我國我國HVDC工程濾波器工程濾波器-ACF工程名稱工程名稱整流站整流站逆變站逆變站葛上葛上11/13（HP型）型）、23/25（HP型）型）(Q1 =67Mvar)11/13（HP型）型）、23/25（HP型）型）(Q1 =87Mvar)天廣天廣 11/13（HP型）型）、23/25（HP型）型）三常三常11/13（HP型）型）、24/36（HP型）、型）、3 （HP型）型）12/24（HP型）型）舟山舟山5