随着电气化铁道的迅速发展, 电铁负荷向电网注入的高次谐波和负序电流也日趋严重, 谐波电流注入电网, 会引起三相电力系统波形畸变, 严重影响供电质量。对其进行有效治理, 对电力系统和牵引供电系统具有着十分重要意义。电铁负荷产生的谐波具有以下特点。
(1) 非线性, 高次谐波含量大。
(2) 单相独立性和不对称性, 在电力系统中产生负序分量。
(3) 随机波动性, 使电力系统电压波动。
(4) 相位分布广, 功率因数低, 无功功率消耗大。
因此, 鉴于电气化铁道产生谐波的特点, 我们应该有针对性地采取有效措施, 加强对电铁谐波的治理。
无源电力滤波器是最早用于谐波治理的装置, 由LC等被动元件构成, 将其设计为某频率下极低阻抗, 对相应频率谐波电流进行分流, 其行为模式为提供被动式谐波电流旁路通道。其特点如下6点。
(1) 只能滤除固定次数的谐波。
(2) 受系统阻抗影响严重, 易与电网阻抗发生谐振。
(3) 频率变化时, 谐振点偏移, 滤波效果变差。
(4) 负载量增加时, 可能因为超载而被损坏。
(5) 滤波效果随负载的变化而变化。
(6) 结构较简单, 造价较低。
有源电力滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换装置, 检测负载谐波电流并主动提供对应的补偿电流, 补偿后的源电流几乎纯正弦波, 其行为模式为主动式电流源输出。其特点如下几点。
(1) 可动态滤除各次谐波。
(2) 不受系统阻抗变化的影响。
(3) 不受频率变化的影响。
(4) 负载量增加时, 无损坏的危险, 谐波量大于补偿能力时, 只发生补偿效果不佳而已。
(5) 在各种负载状况下, 均可保持剩余谐波量低于5%。
(6) 初期投资大, 限制了装置的使用。
(7) 补偿容量大, 很难选择到合适的器件。
根据无源电力滤波器和有源电力滤波器各自的优缺点, 结合电铁谐波的特点, 本文将无源电力滤波器和有源电力滤波器有效地结合, 构成一种注入式的混合电力滤波器, 如图1所示。有源电力滤波器先与基波电压串联谐振支路L1-C1并联, 然后再与L3-C3及L5-C5构成的谐振支路串联后并入系统。在此系统中, 无源电力滤波器承担大部分抑制谐波的任务, 使有源电力滤波器的容量减少。有源电力滤波器主要是使无源电力滤波器的滤波效果得以改善, 同时抑制无源电力滤波器与系统阻抗发生的谐振。由于有源电力滤波器只需承受很小部分的基波电压, 因此可以大大的减少有源电力滤波器的容量。
下面对该新型混合型电力滤波器的工作原理进行分析, 由于负载是呈感性的, 因此整个负载可以用一个电流源来等效。用一个电流控制电流源等效有源电力滤波器, 负载谐波电流iLh, 控制关系式iAPF=kiLh。
在负载谐波电流作用下, 等效电路如图2所示, 由图2可得:
解之得:
通过分析式 (3) 可得, 基波谐振支路和有源电力滤波器的并联加入, 迫使负载谐波电流流入无源电力滤波器支路, 可以改善无源电力滤器的效果。
谐波源用二极管桥式整流电路带阻感负载模拟, 电阻RL=4 0Ω, 电感LL=3 00m H。电源电压为12 0V;I G B T采用三菱公司的CT60AM—18F, 集射极额定电压1000V, 额定电流70A;变流器直流电容3500uF, 500V。无源电力滤波器的参数如表1所示。
实验原理图如图3所示。
通过实验得到, 不接混合型电力波波器的电源电流波形如图4所示。
接入混合型电力波波器的电源电流波形如图5所示。由图可见, 注入式混合型电力滤波器装置能够很好地减少电铁谐波对电网的影响。
综上所述, 注入式混合型电力滤波器可以有效的滤除电铁谐波, 并大大减少了有源电力滤波器的容量, 为电铁谐波治理提出了一种更好的方案。
摘要：从分析无源电力滤波器和有源电力滤波器各自滤波的特点入手, 提出了一种将无源电力滤波器与有源电力滤波器相结合的混合型电力滤波器, 通过对电路的分析和实验, 验证了本新型混合电力滤波器用于电铁谐波治理的显著效果。
关键词：电铁谐波,无源滤波器,有源滤波器,混合滤波器
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