[发明专利]基于单调谐滤波器等效的三调谐滤波器设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及电工学技术领域，特别是涉及一种仅以无源电气元件作为网络部件的频率选择二端对网络，即三调谐无源谐波滤波器的等效设计方法，适用于治理公用电网谐波和无功补偿。

背景技术

近年来大量电力电子器件开始用于全球电力系统中，如直流输电换流站，大量非线性负荷，电力公司为改善功率因数而大量增加使用的电容器组，工业界为了提高系统的可靠性和效率而广泛使用的电力电子变流器等。另外在我国，伴随改革开放政策的进行，我国经济有了飞速增长，电力电量需求以及对电能质量的要求随之也有了爆发式的增长。远距离、大容量直流输电以及柔性交流输电技术的应用，电气化铁路的建设，这些都会产生谐波问题。半导体电子工业近年来的发展，催生了一批精密设备的诞生，这些精密设备与以往粗笨的电力设备相比，对电能质量更加敏感。此外这些设备本身也作为谐波源，对电能质量有着破坏作用。因而，现今工厂、医院等具有精密仪器的部门对电力公司提供电能的质量要求也在越来越高。因此也将对谐波的治理，抑制，检测摆到了更加重要的位置上。

作为谐波源，非线性设备可以被划分为以下几类：

（1）传统的非线性设备，包括变压器，旋转电机，电弧炉等。

（2）现代电力电子器件等非线性设备，包括荧光灯、在工业界和现代办公设备中广泛应用的电子控制设备和开关、电源、晶闸管控制装置等。

加装交流滤波装置是治理电网谐波污染的有效措施之一。现有的交流滤波装置主要有无源谐波滤波器、有源谐波滤波器和混合谐波滤波器。传统的无源滤波器，因其结构简单、投资少、运行可靠性较高以及运行费用较低，至今仍是谐波抑制的主要手段。

目前，三调谐滤波器在电力系统中得到了广泛的应用。相对于单调谐滤波器，三调谐滤波器可以同时消除3个不同频率的谐波，而且其中只有一个谐振回路需要承受全部的冲击电压，因而与同样功能的3个单调谐滤波器相比，投资小，损耗低，占地面积小，经济性好。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种设计合理，方便实用的基于单调谐滤波器等效的三调谐滤波器设计方法。

本发明的技术方案是：本发明基于单调谐滤波器等效的三调谐滤波器设计方法，其将该三调谐滤波器等效为3个单调谐滤波器，进而得到三调谐滤波器的相应参数，具体包括有如下步骤：

(1) 根据系统谐波特性，确定等效的3个单调谐滤波器所要输出的无功功率分别为Q1、Q2、Q3，所要抑止的谐波次数分别为N1、N2、N3；

(2) 计算出3个单调谐滤波器的电容电感参数；

(3) 将3个单调谐滤波器等效为1个三调谐滤波器，三调谐滤波器的参数通过等效公式计算得到。

2、根据权利要求1所述的基于单调谐滤波器等效的三调谐滤波器设计方法，其特征在于上述单调谐滤波器由电容元件Ca、电感元件La和电阻元件Ra串联而成，交流滤波器需要同时实现滤波和无功补偿功能，所以滤波器元件的参数需要由线路电压、滤波要求、无功功率输出要求和经济性共同决定，设单调谐滤波器所要输出的无功功率为Q1，滤波器所要抑止的谐波次数为N1，母线基波电压为U1，则单调谐滤波器的参数计算公式如下：

                                         (1)

                                          (2)

最基本的三调谐滤波器由3个谐振电路串联而成，可以等效成3个单调谐滤波器，再通过已确定的单调谐滤波器所要输出的无功功率，所要抑止的谐波次数和交流母线的基波电压，计算出3个单调谐滤波器的电容和电感值；在忽略电阻条件下，再由3个单调谐滤波器参数计算出三调谐滤波器的L、C参数； 

设3个单调谐滤波器所要输出的无功功率分别为Q1、Q2、Q3，所要抑止的谐波次数分别为N1、N2、N3，母线基波电压为U1，通过式(1)-(2)，计算出3个单调谐滤波器的电容和电感值，由此确定Ca、La、Cb、Lb、Cc、Lc；

则3个单调谐滤波器的导纳为

                      (3)

三调谐滤波器的导纳为

                                         (4)

导纳相等，得到6个等式

                                        (5)

                                   (6)