有源滤波与无源滤波的区别
目前,谐波治理方式主要有两种:有源滤波方式、无源滤波方式。
无源滤波器
采用电力滤波装置就近吸收谐波源所产生的谐波电流,是谐波污染的措施。通常采用由电力电容器、电抗器和电阻器适当组合而成的无源滤波装置进行滤波。
无源滤波器由电容电抗和电阻组成,根据电容电阻固有的阻抗特性,对某一特定频率的谐波呈低阻抗,为负载谐波电流提供较低的阻抗通道,与电网阻抗形成分流的关系,使大部分该频率的谐波流入滤波器,而不流入电网。
无源滤波器具有投资少、、结构简单、运行可靠及维护方便等优点,因此无源滤波器仍然是目前广泛采用的谐波及无功补偿的手段。不过,由于无源滤波器是通过在系统中为谐波提供一条并联的低阻通路,以起到滤波作用,其滤波特性由系统和滤波器的阻抗比所决定,因而存在以下缺点:
1)滤波器一旦制成,性能参数难以变动,滤波特性受系统参数的影响较大。当系统参数改变,则滤波装置有可能失效甚至会引起谐振。因此当电网谐波阻抗降低时,滤波效果将随之降低;当电网参数不变而谐波电流增加时,可能使滤波器过载。另一方面即使电网参数和谐波电流都不变,但由于温度变化,滤波器部件老化和其它因素都会影响滤波器性能而降低效率。此外滤波器的电抗电容值通常也会有容差即偏离其标准值±10%而增加了失谐度,也会降低滤波效率;
2)只能消除特定的几次谐波,而对某些次谐波会产生放大作用。当电网短路容量大(即电源阻抗小)时,则要求滤波器阻抗还要更小,即要求滤波器是调谐(锐调谐),但由于部件性能的容差和变动使滤波器的设计有很大的困难;
3)谐波电流时,滤波器负担随之加重,可能造成滤波器过载;
4)材料消耗多,体积大。
无源电力滤波器组成简单,成本也较低。但由于无源电力滤波器容受系统阻抗影响,很难达到预期要求。而且由于无源元件本身的特性,会与电网阻抗一起作用引起谐振,谐振将引起某次谐波放大数倍,这对于供电系统来说是非常危险的。电网阻抗一般较为稳定,但难免会波动,这样不但会影响滤波效果,而且可能引起谐振。另一方面,由于滤波支路表现出电容特性(对于滤波支路,容抗远远大于感抗),所以在电压作用下,会产生的无功电流,这样就存在一个问题,在使用无源电力滤波器同时还会进行无功补偿,如果系统原有的无功含量不大(小于电容可以提供的无功),那么就会出现无功功率过补,功率因数可能因此下降,而且会提升电网电压,这对某些设备也是不安全的。
有源滤波器
由于无源滤波器具有以上缺点,随着电力电子技术的不断发展,人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器。与无源滤波器相比,有源电力滤波器具有高度可控性和快速响应性,不仅能补偿各次谐波,还可闪变、补偿无功,有一机多能的特点,其具体特点如下:
滤波特性不受系统阻抗的影响,可消除与系统阻抗发生谐振的危险;
具有自适应功能,可自动跟踪补偿变化着的谐波。
尽管有源电力滤波器有着无源滤波器所不具备的技术优势,但目前要想在电力系统中完全取代无源滤波器还不太现实。这是因为与无源滤波器相比较,有源电力滤波器的成本较高,这一点是限制其推广使用的关键。
通过检测被补偿对象的电流瞬时值,经指令电流运算电路得出谐波补偿电流的指令信号,控制变流器产生所需要的补偿电流。补偿电流与负载电流中要补偿的谐波成份及无功电流相抵消,终获得期望的电源电流。
电网侧的谐波电流可以写为: 只要控制有源电力滤波器的输出电流,使其满足,即可使电网侧的谐波电流。
1 容量计算方法
谐波是由非线性设备产生的,而每种设备的实际工作状态都不同。因此实际谐波电流需采用设备进行测量,考虑到设备的技术及经济性,设计谐波治理装置的额定谐波补偿电流应略大于系统谐波电流。由于谐波电流本身的测量与计算比较复杂,况且在设计时往往很难采集到足够的电气设备使用中的谐波数据,可以根据下列公式估算谐波电流进行选型。
1 根据负载额定电流和行业类型选型
2 根据变压器容量和行业类型选型
3 根据快速选型表查表选型
查表步骤:
步骤1:确定变压器容量和变压器负载率(一般在0.6~0.8);
步骤2:根据变压器负载率确定表2、表3或表4;
步骤3:确定电流总谐波畸变率(THDi)(表1中THDi值为参考值,仅在估算谐波电流时使用);
步骤4:根据变压器容量及THDi参考值确定相应的谐波电流值;
步骤5:考虑到一定的裕量,选择相应容量的ANAPF有源电力滤波器。
注:表1~表4参见附录1。
2 选型示例
上海某工厂办公大楼变压器容量为250KVA,变压器负载率为0.8,主要负载为节能灯、变频空调和电梯等,属于办公楼宇。
变压器容量为250KVA;
变压器负载率为0.8;
负载类型属于办公楼宇,根据表1估算THDi为30%;
查表4可得估算谐波电流值为83A;
如果根据公式(2)计算,结果是一样的;
有源电力滤波器技术特点
专为适应高可靠性,高利用率供电系统要求设计的模块组合式有源滤波装置:
标准模块化结构,灵活的扩容配置(同一柜内,只需增加控制模块和功率模块即可扩展至300A;支持多台装置并联运行,且不限于等容量扩容);
高可靠性:属于全数字有源滤波器,冗余设计,一个模块发生故障,只是容量降低,不会影响其它模块的正常工作;
工作模式:具有全滤波、全无功补偿、滤波+无功补偿等三种工作模式;
功率因数调节能力:具备容性无功吸收和容性无功补偿两种功能;
7寸全触摸液晶显示屏:便于观察所有的参数及波形。