电能质量技术 第四章 电能质量控制技术PPT课件

目前使用最广泛的无功补偿装置是并联电容 器，或者并联电容器中串联电抗器，同时作为LC 滤波器使用。串联和并联滤波器的原理电路如图 4-1所示。
LC滤波器不仅可以提供全部或部分非线性负 荷所需的无功功率，还可以降低电网的谐波电压 或减少进入系统的谐波电流并达到或接近可接受 的水平。
LC滤波器的安装位置一般在整流负荷的一次 侧或专门为滤波装置设计的变压器的第三绕组上。
能超过一定的限值。
电能质量控制技术的分类
1. 提高供电设备和用电设备的技术性能
目前，对电能质量要求较高的行业主要集中在电子工业 领域，尤其是大规模集成芯片生产、精密仪器生产厂商、航 空航天部门等。从提高供电设备和用电设备的技术性能的角 度来减小电能质量问题对于上述工业领域的厂商或者部门的 正常生产和工作的影响是关键的。
元件参数准确度要求更高。环境温度引起的元件 参数变化以及电网频率偏移都会使调谐滤波器失 谐，因此，不能使调谐滤波器正好设计在某一次 谐波的谐振点上，而是要向感性区做适当偏移。
3. 系统阻抗与滤波的关系
设非线性负荷为谐波电流源，其与系统和滤波器 组成的网络模型如图4-7所示。
本书重点讨论并联滤波器，如无特殊说明，LC滤波器均指 并联滤波器。
2. 常用LC滤波器及其特性 调谐滤波器常见的有单调谐和双调谐两种，可
以滤除某一次(单调谐)或两次(双调谐)谐波，该谐波 的频率称为调谐滤波器的谐振频率。
用于吸收单一次数谐波(如单独滤3、5、7次谐 波)的滤波器称为单调谐滤波器。
单调谐滤波器的电路和相对阻抗-频率特性曲线 如图4-2所示，其中相对阻抗-频率关系为
换相装置：对称换相装置（如三相对称桥）和不对 称换相装置
目前电能质量控制装置的种类很多，根据特 性主要分为两大类：
无源设备：主要是指由容性和∕或感性元件构成的 设备，如无功补偿电容器、LC滤波器等；
有源设备：主要是指采用可控的开关器件实现电 能质量治理的设备，如有源电力滤波器（APF） 等。
LC滤波器的设计流程主要考虑其谐振频率及 电容器耐压，电抗器耐流。
1. LC滤波器的分类
1）按接入系统的方式，可分为以下两种类型：
串联滤波器：它串入系统，通常通过LC并联谐振的高阻
抗来阻碍谐波进入系统；
并联滤波器：它并入系统，通常通过LC串联谐振的低阻
抗来使谐波源产生的谐波与系统分流。
有时并联滤波器和串联滤波器可混合使用。 并联滤波器性价比要好于串联滤波器。 并联滤波器和串联滤波器都是调谐滤波器。
4.2 电能质量控制技术的分类
电能质量的概念在一定程度上来自于电磁兼容。电 磁兼容（EMC）是指设备或系统在其电磁环境中符合 要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电 磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求： 设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的
抗扰度； 设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不
第4章 电能质量控制技术
4.1 电能质量控制技术的研究意义
造成电能质量现状主要有两方面的因素： 由于电力电子技术的迅速发展，大型电力电子设备在电力
系统中得到广泛应用。 各种对电能质量要求较高的用电设备不断普及，如微电子
产品生产流水线、精密试验仪器和办公设备、高性能家用电 器等。电能质量不合格会引发严重后果。
式中fr-单调谐支路的固有频率，f=fr时发生串联谐振。
双调谐滤波器的电路和相对阻抗-频率特性曲线 如图4-3a、b所示，图4-3c是其X(f)-R(f)极坐标特性 曲线。
图中所示双调谐滤波器在5次和7次谐波上发生 串联谐振。在接近谐振频率时，双调谐滤波器可等 效成两个并联的单调谐滤波器。
对阻尼滤波器，常见的有一阶阻尼和二阶阻尼 两种。图4-4和图4-5所示分别为一阶、二阶阻尼电 路和阻抗模值-频率特性曲线。
2. 采用电能质量控制装置
具有不同特性的非线性用户应采用不同的措施来抑制对 电力系统电能质量的不良影响。
电力系统中的谐波源主要分为两种：
非线性电磁耦合装置：主要包括电力变压器和静 止补偿装置中的饱和电抗器等。这些设备在正弦电
压作用下也会使电流波形畸变，其中以3次谐波为主，一 般变压器和电抗器的空载合闸涌流可达额定电流的6~8倍， 此时谐波分量极为明显。
4.2 电能质量控制装置原理
4.3.1 无功补偿电容器和LC滤波器
电力系统除了负担负荷的有功功率P，还要为负荷 提供无功功率Q。两者与负荷的视在功率S之间
负荷的功率因数是衡量负荷是否充分利用网络传 输容量的指标之一，其定义为负荷有功功率与视在功 率之比
负荷功率因数越高，说明大部分视在功率被
用来提供有功功率，从而减少无功功率的消耗。 提高功率因素可以改善设备的利用率，充分发挥 系统设备的生产能力，减少电压损失和线路损失， 改善电压质量，提高电力网的传输能力。
电能质量控制技术研究能够产生巨大的经济和 社会效益。它能够改善电力系统电能质量水平，减 少电力系统内部因电能质量问题产生的损耗，保证 电力系统运行可靠性，提高电力系统在电力市场中 的竞争力；能够减少对精密电子设备的影响，使用 户能够在最佳的供电条件下进行生产，保证产品质 量，从而提高经济效益；能够促进与电能质量控制 相关的电力电子新技术的发展。总之，电能质量控 制技术对推动电力技术发展和提高人民生活质量都 具有极其重要的意义。
图4-6表示三阶阻尼和C形阻尼滤波器的电路， 与一阶和二阶滤波器相比，其高通滤波性能都欠佳，
但由于三阶阻尼滤波中加入C2，以及C形滤波器使 C2与L在基波下调成串联谐振，从而分别使基波下R 中的功率损失变小和变为最小，在经济上当然是以
附加C2的费用为代价的。
比较调谐滤波器和阻尼滤波器，前者对自身
1. LC滤波器的分类
2）按调谐锐度可把并联滤波器分为 调谐滤波器：其串联（等效）电阻很小，也称高Q（品
质因数）滤波器，它几乎调谐在某较低次谐波（基波、2次 谐波）上；
阻尼滤波器：其（等效）电阻较大，也称低Q滤波器，
它往往在某一宽频带上呈现低阻抗，常用的是高通阻尼滤波 器。
3）按阶数可把并联滤波器中的阻尼滤波器分为一阶、 二阶、三阶等阻尼滤波器。