1、,谐波滤波器参数设计,答辩人：胡 飞 导 师：杨 峰 专 业：水利水电工程,1、选题原因： 1）兴趣使然-对电力电子学的整流和逆变一直很好奇 2）实际意义-电网谐波污染大、破坏力大、谐波危害愈演愈烈。,2、谐波危害： 1）引发畸变 2）危害通信 3）诱发谐振 4）导致过热，引起火灾、爆炸 5）降低了功率因数，增加了功耗 ,3、研究意义：抑制和消除谐波的危害,4、如何解决？ 预防、补救,补救性措施滤波,滤波,利用电力电子技术，虽然造价偏高，但可以实现高效率、小型化、智能化、模块化。,利用电路理论中谐振原理，容量大、技术纯熟、应用广泛。,国内外主流方案,1、传统的无源滤波技术较为成熟，传统无源滤波
2、器方案应用广泛。,2、电力电子技术快速发展，无源滤波技术优势凸显。,5、滤波实例 为一家铝制厂设计无源滤波器,众所周知，对于铝厂，必须有电解池，电解需要直流，从交流电网中获取电能就必须有交直流转换，即整流环节，由此便会有大量谐波产生。每个国家，对电网谐波值都有一个相关标准，超过谐波的上限值就需要上缴罚款，为了避免罚款，当然需要对系统滤波。 我在这里采用无源滤波方案。,无源滤波器：可以滤波和补偿无功，提高功率因数,无功补偿向量图,无源滤波器种类：串联调谐、高通、阻尼式,a)串联调谐,b)2阶阻尼,c)3阶阻尼,单调谐滤波器,单调谐滤波原理：在某一频率处发生谐振，则对该次谐波阻抗值为零，此时即相当
3、于为该次谐波修建了一条专用通道。,我的毕业设计主要任务：滤波器设计和参数校验,第一步,： 对铝厂所给数据的筛选和分析，计算获得系统等效电路图,第二步,分配无功补偿容量，计算滤波器的RLC参数,关键：容量分配,第三步,滤波器参数校验：前面的参数计算仅仅满足了无功补偿的要求，是否可以安全稳定运行？,电容器体积庞大、造价昂贵、容易损坏。需要校验其电压、电流值。,并联部分的分流和耦合，总的谐波源是各次谐波源傅里叶叠加得到的。,替换电源反复计算，得到通过滤波器的电流及加在电容器上的电压值，代入公式校验。不满足校验则重新分配补偿容量，重新计算；通过了校验，则可以微调补偿容量，使其安全裕度更大。,双通道、三
4、通道滤波器在容量分配问题上，现在大都参考吴竟昌所提出的循环试探法，如果步长设定为10%，则两通道就会出现10组方案，三通道会出现35中方案，这里步长过长可能导致所有的方案都无法通过校验，但是这些方案中有一个转折点，可以在转折点附近的地方减小步长继续采用试探法。 计算机编程在这里很容易实现试探。对于更多的通道的滤波器，计算机计算可能会陷入非常复杂的循环，手工计算的计算量也极大。在实际工程中，三通道滤波器已经基本可以满足谐波的滤除。,性能校验2：系统阻抗特性图，如果谐振点发生在三次谐波处，则对三次谐波的放大作用理论是无限大，系统本身含有大量的三次谐波，若三次谐波在此被放大，则滤波器反而起到反作用。
5、故此处要求谐振点避开奇次谐波，并在三次谐波的右侧。,滤波效果质的体现,经过众多失败的计算案例后，终于计算出了三种可以通过参数校验环节并能较好的滤除网侧谐波的滤波方案，三种方案分别是单通道、双通道和三通道滤波。 从造价来讲，三通道成本明显较高，并且为了使之能低于参数校验标准中的电流电压限制值，在工程实际中，实际补偿容量是需要超过计划补偿容量的，这无疑继续增大了成本。 对于单通道滤波器，计算时不存在补偿容量的分配问题，计算所得其峰值电流虽然在限制值以下，但是峰值电流接近于限制值，故电容器的运行存在着一定的风险。,双通道滤波器在造价上略高于单通道，但参数设计时可以调整两个通道的补偿容量，可以使得两个
6、通道中滤波器都能远低于限制值，以保证滤波器工作在安全状态。 所以虽然所设计的三种滤波方案均可通过校验，但从滤波效果、成本和工作的安全裕度上考虑，我选择双通道滤波方案。如果不考虑工程造价，可以继续用试探法改进三通道滤波方案。,实验已达到的目标：了解并掌握了无源滤波器的参数计算和基本参数值的校验，学会了利用MATLAB仿真实际电网的运行情况，并利用MATLAB作出了系统阻抗特性图。 最终设计出了满足IEEE标准的滤波器，能够效果明显的滤除刚铝厂网侧谐波，并将该铝厂的功率因数由0.866提高到了0.95，实现了无功补偿。,有待研究和提高之处：1）暂态未加考虑。实际工程中，必然存在滤波器本身以及铝厂电
7、解槽的投切，投切过程中的暂态过程可能产生高电压、强电流，这在此次设计中完全未加考虑。而在国外研究中，暂态过程往往是考察的重点。2）未实现自动计算和自动校验。仅仅给出工厂的补偿容量、谐波电流值、低压侧电压、系统容量，自动计算多种滤波方案并自动筛选。,总结和展望： 无源滤波器短期投资小，可以实现滤波和无功补偿，并且具有容量大的特点，可以适用于大的电网和大的工厂。但是体积庞大、电容器部分容易损坏，系统配置能力低。 有源滤波器借助于控制技术、电子技术和电力技术，可以实现集成化、模块化和高效化，体积小、重量轻，但暂时造价较高。 随着技术的成熟，有源滤波器将会取代传统的无源滤波器。但现阶段无源滤波器的研究仍然有意义，无源滤波器滤波方案繁多，但针对某一特定系统，从综合特性和成本考虑，仅有某几种最适合的。,谢谢我的指导老师杨老师,谢谢各位评委老师,
