供电系统谐波治理技术讲座无源电力滤波器的设计与调试
华北电力大学电气工程学院
2004.10.20
一、无源LC滤波器基本原理和结构
LC滤波器仍是应用最多、最广的滤波器。
1、常用的两种滤波器：调谐滤波器和高通滤波器。
2、滤波器设计要求
1）使注入系统的谐波减小到国标允许的水平；
2）进行基波无功补偿，供给负荷所需的无功功率。
3、单调谐滤波器
由图主电路可求：
调谐频率：
调谐次数：
在谐振点：∣z ∣＝R 特征阻抗：
品质因数：
q 为设计滤波器的重要参数，典型值q=30～60。 4、高通滤波器
用于吸收某一次数及其以上的各次谐波。如图所示。
复数阻抗：
截止频率：
结构参数：，一般取m=0.5~2；q=0.7 ~ 1.4
依据以上三式可设计高通滤波器的参数。
二、滤波器设计内容和计算公式
1、滤波器参数选择原则
原则：最小投资；母线THDU 和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证安全、可靠运行。
参数设计、选择前必须掌握的资料：
1）系统主接线和系统设备（变压器、电缆等）资料；
2）系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；
3）谐波源特性（谐波次数、含量、波动性能等）；
4）无功补偿要求；要达到的滤波指标；
5）滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求。
以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。
案例设计问题：没有系统最终规模的谐波资料……
2、滤波器结构及接线方式选择
由一组或数组单调谐滤波器组成，有时再加一组高通滤波器。工程接线可灵活多样，但推荐采用电抗器接电容低压侧的星形接线，主要优点是：
1）任一电容击穿短路电流小；
2）设备承受的仅为相电压；
3）便于分相调谐。
高通滤波器多采用二阶减幅型结构（基波损耗小，频率特性好，结构简单）。经济原因高通滤波器多用于高压。
1、滤波器参数选择原则
原则：最小投资；母线THDU 和进入系统的谐波电流最小；满足无功补偿的要求；保证安全、可靠运行。
参数设计、选择前必须掌握的资料：
1）系统主接线和系统设备（变压器、电缆等）资料；
2）系统和负荷的性质、大小、阻抗特性等；
3）谐波源特性（谐波次数、含量、波动性能等）；
4）无功补偿要求；要达到的滤波指标；
5）滤波器主设备参数误差、过载能力、温度等要求
以上资料是滤波器参数选择、设计必要条件。
本案例1段母线滤波器接线（图纸拷贝）……。
3、滤波器设计参数的分析处理
参数设计必须应依据实测值或绝对可靠的谐波计算值，但根据具体情况可作一些近似处理： 1）母线短路容量较小或换算得到的系统电抗（包括变压器）XS 较大时，可忽略系统等值电阻RS ；
2）系统原有谐波水平应通过实测得到，在滤波器参数设计时，新老谐波电流源应一起考虑；
3）L 、C 制造、测量存在误差，以及f 、T 变化可能造成滤波器失谐，误差分析是参数设计必须考虑的问题；
4）参数设计涉及技术指标、安全指标和经济指标，往往需经多个方案比较后才能确定。 4、滤波器方案与参数的分析计算
1）确定滤波器方案
确定用几组单调谐滤波器，选高通滤波器截止频率，以及用什么方式满足无功补偿的要求。
例如：三相全波整流型谐波源，可设5、7、11次单调谐滤波器，高通滤波器截止频率选12次。无功补偿要求从容量需求平衡角度，通过计算综合确定。 2）滤波器基本参数的分析 电容器基本参数：额定电压UCN 、额定容量QCN 、基波容抗XC ，而XC=3 U2CN/ QCN （这里QCN 是三相值）。
为保证电容器安全运行，电压应限制在一定范围内。
3）滤波器参数的初步计算（按正常条件）
设h 次谐波电压含有率为HRUh ，通过推导可得到：
其中，q 为滤波器的最佳品质因数。以上是从保证电容器电压要求初步选择的参数。但为保证电容器的安全运行还应满足过电流和容量平衡的要求，公式如下：
4）滤波器参数的初步计算 串联电抗器参数
以上为单调谐滤波器参数的初步选择。 5）滤波器参数的最后确定
CN
h Ch
C U U
U 1.11
1≤+
∑
∑+≥Ch
C CN Q Q Q
1
滤波器最终参数需通过大量、多次频率特性仿真计算结果确定；并根据要求指标进行校验。
为保证安全运行，还要选断路器、避雷器、保护等。
自动调谐滤波器（改变电感L）能提高滤波效果。但由于技术经济的原因，目前应用不普遍。
5、滤波器参数指标的校验
1）电压平衡：校验支路滤波电容器的额定电压
2）电流平衡：校验滤波电容器的过电流水平
，IEC为1.45倍。
3）容量平衡：QCN= QC1（基波容量）+ΣQ h (谐波容量)；
对滤波支路仅考虑I1 和Ih 通过时，近似有：
6、其它分析、计算工作
1）滤波支路等值频偏（总失谐度）的计算
2）滤波支路品质因数q值的计算
其中，δs为滤波器接点看进去的系统等值阻抗角。
3）滤波器性能和二次保护等分析计算
滤波器设计的技术性很强，需有专门的程序。除参数计算外，要能对滤波器的谐波阻抗、综合阻抗、谐波放大、局部谐振（串、并联）等滤波性能进行分析。
三、案例滤波器设计方法介绍
