无源滤波器的设计.doc

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：0.65次谐波电流: 198A7次谐波电流: 120A11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(tanj1tanj2)=600kW(1.333-0.484)=510kvar其中,cosj10.6；cosj20.9；tanj1 和tanj2 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: 80A5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 kvar7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 (448.925) 12kvar所以,在380V下，5次滤波组的安装容量为: 311 12323kvar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)1890.979=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1、 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。2、 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。计算公式：（建议在设计说明中注明“采用抑制谐波的电抗电容器组”）1、电容器的额定电流。取59Kvar的电容器为例：IN =59000/400/1.732=85.16A2每段熔丝的额定电流为：近似1.51.75倍电容器的额定电流。I=（1.51.75）IN =（1.51.75）85.16 =（127.74149.03）A3、接触器的额定工作电流：近似1.3或1.43倍电容器额定电流（一般取1.43）。I=1.43IN=1.43 85.16=121.78A4、热继电器的额定工作电流：近似1.2倍电容器的额定电流。I=1.2IN =1.285.16=97.94A5、每个柜体的总熔丝额定电流：采用近似1.3倍每段电容器额定电流的总和。I=1.36IN =1.3685.16=664.248A注意事项：现场数据是设计的基础，因此，测量的数据必须要正确，并且具有代表性。1、 必须了解现场的生产情况，尽量在最大负载时测量数据，或者在不同的生产时段测量几组数据。2、 了解不同现场的特征谐波次数以及谐波电流的幅值，当遇到测量数值和理论值相差较大时，应弄清原因。案例分析一电器公司1号变压器、3号变压器进行无功补偿及谐波治理为例，根据表1所列1号变压器和3号变压器参数及负载参数情况及表2所列国家标准GB/T14549-93)规定的允许值。由于有13个负载接入变压器二次侧公共连接点，设允许注入上级网的h次谐波允许值为Ih，则 Ih=13(Sk/10)IhpSk为公共连接点最小短路容量，Ihp为短路容量10MVA时h次谐波电流允许值，Zk为变压器短路阻抗。而SK=Un2/Zk 基准短路容量= Ih/ Ihp案例分析解：用标幺值计算，取基准容量为2MVA，基准电压为15kV/0.4kV。高压侧低压侧容/MVA22线电压/kV150.4相电压/ kV8.660.231电流/A76.982886.75阻抗/112.50.08对于系统：Scc=200MVA/2MVA=10pu Xs=V2/ Scc=15*15/20=0.1pu Ls=35.8mH对于变压器：Xt=6.5%=0.0065pu从400V母线上看去：X400= Xs+ Xt=0.165puScc=1/X400=1/0.165=6.06pu对于电容器组：Qc=0.2Mvar=0.1pu Xc=10pu C=3.98mF电容器组和系统电感相互作用产生以下谐波次数的谐振。hr = fr/ f0 = = 研究串并联谐振：Z=R+j(XL-XC)对于任何次数的谐波hZ(h)= R+j(hXL-XC/h) 因此：Z(h) = 如果在h=hr处谐振，我们得到