一、谐波抑制概述
抑制谐波方法可分为两大类:一是主动型,即从装置本身出发,使其不产生谐波或者降低谐波的产生;被动型,即外加滤波器,吸收或者抵消谐波产生设备注入电网的谐波,比如在电网和设备的连接处添设无源滤波器或者有源滤波器等,这种方法对各种谐波产生系统都适用。
按照电路结构被动型抑制方法可以分为三种:即无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器三大类。无缘滤波器是现在最传统和广泛采用的谐波补偿装置,它结构简单,成本低并且技术成熟,对谐波和无功功率都能补偿,但也有易受电网运行状态和阻抗影响、只能滤除特定次谐波,谐波补偿作用单一的缺点。而有源滤波器则随着电力电子行业的发展突显出其优势,它能够从谐波源检测对象中获取相应的谐波电流,并通过逆变器产生与谐波电流极性相反、大小相等的补偿电流,从而实现滤除电网中谐波的目的,该方法实时效果好,谐波补偿范围广,系统抗干扰性能好而受到广泛重视并已进入实用阶段。最后,将无源和有源滤波器组合其来形成的混合滤波器更能全面完善的改变系统的谐波状况。
二、常用谐波抑制方法
⑴无源滤波器
无源滤波装置是指由电感电容等无源器件构成的滤波装置,无源滤波装置一般由若干个无源滤波器并联构成,每个滤波器在一个或两个谐波频率附近或者在某一个频带内呈现低阻抗,吸收相应的谐波电流,从而使电网中的谐波电流减少,达到抑制谐波的目的。
装设谐波补偿装置的传统方法就是采用LC滤波器,这种方法既可以补偿谐波,又可以补偿无功功率,而且结构简单,一直被广泛采用。LC滤波器可分为单调谐滤波器、高通滤波器和双调谐滤波器等。实际应用中采取机组单调谐滤波器和一组高通滤波器组成的滤波装置。图2-2为几种LC无源滤波器的原理图。
⑵有源滤波器
有源电力滤波器是用于动态抑制谐波、补偿无功功率的新型电力电子装置。它能对大小和频率都变化的谐波和变化的无功进行补偿,可以弥补无源滤波器的缺点,获得比无源滤波器更好的补偿特性,是一种理想的谐波补偿装置。它具有高可控性、快速响应性和补偿消谐好的特点,且体积小,维修容易。以并联型有源滤波器为例,它在电路结构上与谐波负载并联,如图2-3所示。通过控制输出的电流,与谐波负载的谐波电流大小相等,相位相反,这样电网中流过的仅仅是负载电流中的基波部分,起到抑制谐波的作用。
⑶混合型滤波器
混合滤波器兼具无源和有源滤波器的优点,同时能够减小有源滤装置的承受电流、电压、容量,以较小的成本实现和纯有源滤波器相近的效果。混合型滤波器又可从组成结构上分为三种:无源滤波器并联、有源滤波器串联在系统中;有源滤波器和无源滤波器都并联在系统中;有源滤波器和无缘了滤波器都串联在系统中。如图2-4所示的是本文采用的无缘滤波器和有源滤波器并联的混合滤波装置框图。