?。I(yè)與建筑物電氣系統(tǒng)諧波問題之三

1 引言
諧波問題日益明顯，那種認(rèn)為這是電力部門的事，工業(yè)與建筑電力系統(tǒng)來討論諧波問題是自找麻煩。這是不對的，如果不顧gb的規(guī)定，用戶發(fā)射的諧波量超標(biāo)后，受害者還是用戶自己，當(dāng)然也惡化了電力系統(tǒng)，稱之為電力公害，是很恰當(dāng)?shù)?。由于電壓型諧波源日趨增多，而常見的商品又是并聯(lián)濾波器，因此本文著重討論了二者是否匹配等諸多實際問題，以及中性線上采用三次諧波濾波器(串聯(lián)無源濾波器spf的一種)的特殊問題，由于這些問題新而復(fù)雜，筆者一孔之見，難免錯或偏，歡迎指正。

2　各種不同的諧波抑制措施
文獻(xiàn)[1]中已說明iec有關(guān)諧波標(biāo)準(zhǔn)，對工程而言的限制量是指諧波電壓，諧波電壓uh=ih·xh，因此抑制措施可分為抑制諧波電流ih和降低諧波阻抗xh，抑制諧波電流首先是對單個設(shè)備的，經(jīng)合成后可得系統(tǒng)的諧波電流，諧波阻抗是指系統(tǒng)而言的，如果采用這些措施之后仍然不滿足，最后才考慮采用裝設(shè)的電力濾波器。
2.1 抑制諧波電流的發(fā)射量
對于不同類型的設(shè)備，抑制措施是不一樣的。
(1) 移相調(diào)壓交流控制器
從文獻(xiàn)[2]的表2可看出，可能的最大諧波電流值決定于負(fù)載的阻抗性質(zhì)r/z和移相角的控制，這和要求的功率輸出有關(guān)，不是電氣工程設(shè)計者能決定的。如果可能的話，負(fù)載的接線盡量采用三相而且不引出中性線。
(2) 電流型諧波源(直流用大電感濾波)
根據(jù)文獻(xiàn)[2]2.2節(jié)分析，抑制措施如下:
提高整流的脈動數(shù)是最主要的，三相橋是6脈動，諧波電流從5次起，大功率整流器可采用12或更大脈動數(shù)，則濾波電流至少從11次起，按公式ih/i1=1/h，諧波次數(shù)越高，諧波電流越小;
要有一定的平滑度，即濾波電抗值要足夠大;
持電源電壓三相平衡和整流設(shè)備三相的結(jié)構(gòu)和性能的對稱性，以避免出現(xiàn)非特征諧波;
如果有單獨(dú)的整流變壓器，而且經(jīng)濟(jì)上合算，則可將整流變的原邊電壓升級，由低壓升到中壓或高壓，這在降低諧波電流的同時又降低了系統(tǒng)的諧波阻抗。
(3) 電壓型諧波源(直流用大電容濾波)
工業(yè)用設(shè)備如交—直—交變頻裝置
按文獻(xiàn)[2]2.3節(jié)表3所列數(shù)據(jù)，諧波電流的大小和用電設(shè)備接電源點(diǎn)的系統(tǒng)短路功率成正相關(guān)關(guān)系。因此，減少諧波電流的首選實用辦法就是在變頻器交流側(cè)加一個交流電抗器，電抗值為4%左右，按筆者2001年了解的情況[3]，知名的國內(nèi)外變頻器生產(chǎn)廠中有些廠家已成套內(nèi)裝有電抗器，有些廠家說明可按要求對電抗器成套供貨。增加線路電抗器后，除了能明顯降低諧波外，尚有一些其它好處，但也有負(fù)作用，如變頻器入口處的電壓損失增加，裝置的重量和造價增加。上述問題文獻(xiàn)[3]有詳細(xì)介紹。
如果一臺配電變壓器所帶負(fù)載的大部分為變頻器又全不設(shè)線路電抗器，估計諧波的總量將超標(biāo)，工程設(shè)計者面對此種情況該如何決策呢？這個問題留在后面的濾波裝置一節(jié)中去討論。
日用電器
日用電器主要包括計算機(jī)和電視機(jī)等，單相220v電源供電，因此將有三次諧波電流產(chǎn)生，并在中性線上將其合成，這是其特點(diǎn)，也是很困擾的問題。好在無論gb[4]或iec標(biāo)準(zhǔn)都對單臺設(shè)備的諧波發(fā)射量作了限制(不分諧波產(chǎn)生的機(jī)理)，產(chǎn)品如果獲得了“3c”認(rèn)證，則應(yīng)該遵從了有關(guān)gb[4]的要求，即諧波的發(fā)射量在允許的范圍內(nèi)。單相的電壓型諧波源按理在交流電源輸入端加一電抗也應(yīng)可減少諧波電流，但這是產(chǎn)品自身的設(shè)計問題。
2.2 降低系統(tǒng)諧波阻抗
由于uh=ihxh，xh是指諧波電壓監(jiān)控點(diǎn)上游的系統(tǒng)電抗，因此系統(tǒng)短路功率愈大時，系統(tǒng)電抗x愈小，因為xh與x是正相關(guān)的關(guān)系，雖然不是簡單的比例關(guān)系，但是降低系統(tǒng)電抗不是輕而易舉的，除非有可能對單獨(dú)的整流變壓器原邊電壓升級。此外，降低系統(tǒng)電抗和為每臺變頻器配一臺電抗器并不矛盾，這是兩個不同的概念，不可混在一起。
其次，從電學(xué)原理上來理解，并聯(lián)無源型(lc型)電力濾波器ppf，對指定的濾波而言是一個很低的諧波電抗和系統(tǒng)的諧波電抗并聯(lián)，降低了總諧波電抗，也就是濾波器的低的諧波阻抗吸引了大部分的諧波電流，使流過上游系統(tǒng)中的諧波電流大為減少。

3　濾波器
3.1 并聯(lián)濾波器的濾波電路原理
原理詳述可參看文獻(xiàn)[5]，筆者用電路原理解釋其濾波功能如下圖1和圖2所示。

圖1 并聯(lián)無源濾波器ppf 圖2 并聯(lián)有源濾波器
電流分布圖 電流分布圖

圖1中: s—電源系統(tǒng);
l—負(fù)載(全部諧波源負(fù)載);
ppf—lc型濾波器(無源);
paf—有源濾波器;
efa—有源濾波器產(chǎn)生的某h次諧波;
電勢，數(shù)量上和ih·xfa相等，但方向相反;
ih—由全部負(fù)載l產(chǎn)生的某h次諧波合成電流;
xfp和xfa—無源和有源濾波器支路的
第h次諧波電抗;
ihs—流向電源系統(tǒng)的某h次諧波電流;
ihp和iha—流向無源和有源濾波器的電流;
uh—分支點(diǎn)的某h次諧波電壓。
(1) 無源濾波器電路:對系統(tǒng)s產(chǎn)生的諧波電壓
uh= ihs·xs=ihp·xfp
由于xfp＜＜xs，因此ihs＜＜ihp ih= ihs＋ihp，這樣大部分諧波電流都流向濾波器，而其諧波 阻抗xfp很小，因此uh=ihp·xfp就可以限制到標(biāo)準(zhǔn)值以下。
(2) 有源濾波器電路:在其中可產(chǎn)生1個反電勢其大小和iha·xfa相等(或極接近)但方向相反，因此uh= iha·xfa-efa=0。也就是說分支點(diǎn)的諧波電壓uh=0，諧波電流全部流向有源濾波器，理論上流向系統(tǒng)中的諧波電流可為0，實際上不可能，據(jù)介紹，某工程濾波前后的諧波電流為:3次為28/2a,5次為358/3.5a,7次為86/3.6a。
3.2 濾波器的結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)
(1) 無源濾波器
以5次諧波的單調(diào)諧波濾波器為例，它由電感電容串聯(lián)后并聯(lián)在電網(wǎng)上，其結(jié)線如圖3。

圖3 lc濾波器結(jié)線圖

若忽略電阻，其5次諧波阻抗最小時，濾波效果最好，理論上可使xhc=xhl即總諧波阻抗為0，此時5ωl=1/5ωc，ω為基波角頻，l、c為電感電容值。經(jīng)換算ωl= 1/25×1/ωc=4%×1/ωc，即xl=4%xc為可靠起見，往往取值比4%要大。
因此它有下列特點(diǎn):
諧波為容抗，可用來補(bǔ)償無功，但事先要加以考慮，否則過補(bǔ)償會使母線電壓升高;
有3次諧波，仍為容抗，3次諧波將通過此濾波器，因此必須并聯(lián)裝設(shè)3次諧波濾波器;
對5次諧波為低阻抗，略有感性，5次諧波電流可大部分通過;
對7次及更高次諧波為大電抗,無濾波作用;
電容，仍然有可能和系統(tǒng)的電抗對某次諧波構(gòu)成振蕩回路而放大電流;
濾波器一旦制成，性能參數(shù)難以變動，因此當(dāng)電網(wǎng)諧波阻抗降低時，濾波效果將隨之降低，當(dāng)電網(wǎng)參數(shù)不變而諧波電流增加時，可能使濾波器過載。另一方面即使電網(wǎng)參數(shù)和諧波電流都不變，但由于溫度變化，濾波器部件老化和其它因素都會影響濾波器性能而降低效率。此外濾波器的電抗電容值通常也會有容差即偏離其標(biāo)準(zhǔn)值±10%而增加了失諧度，也會降低濾波效率;
當(dāng)電網(wǎng)短路容量大(即電源阻抗小)時，則要求濾波器阻抗還要更小，即要求濾波器是精確調(diào)諧(銳調(diào)諧)，但由于部件性能的容差和變動(如6條所述)使濾波器的設(shè)計有很大的困難;
周波變流器輸入側(cè)諧波頻率成份復(fù)雜而且與輸出頻率有關(guān)。無源濾波器對此不能適應(yīng);
無源濾波器的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實、造價相對較低。
(2) 有源濾波器
有源濾波器的核心部分為逆變器，文獻(xiàn)[5]有原理介紹，它產(chǎn)生和系統(tǒng)中各次諧波大小相等，相位相反的諧波電流注入到電網(wǎng)中，從而凈化電網(wǎng)諧波。按電學(xué)電路原理，本文前面第2節(jié)和圖2的解釋能清楚地說明概念，因此關(guān)鍵是按諧波電壓的相位產(chǎn)生一個和ih·xfa壓降數(shù)值相等而方向相反的電勢efa,理想狀態(tài)下有諧波電流通過濾波器而沒有電壓降。因此利用電力電子裝置，閉環(huán)控制efa的大小，就能快速調(diào)節(jié)通過的諧波電流大小。
由于有源濾波器利用數(shù)字閉環(huán)控制和電力電子裝置，則濾波控制功能可以很完善，如可以選擇濾去的諧波次數(shù)，最多可同時濾去20個諧波，可以選擇濾波程度的目標(biāo)值(絕對值或按比例)，可以選擇有無無功補(bǔ)償功能等等。
因此它的特點(diǎn)主要如下:
由于控制目標(biāo)值穩(wěn)定，且不受電網(wǎng)諧波阻抗變化的影響。也不會引發(fā)諧振;
應(yīng)可以具備限幅功能，避免濾波器過載損壞;
和lc型濾波器相比，價格是高的。

4 濾波器的應(yīng)用
4.1 無源濾波器
當(dāng)前在工業(yè)與建筑電氣系統(tǒng)中，絕大部分都是用的并聯(lián)無源濾波器ppf這一種，串聯(lián)無源濾波器spf只用在中性線上作過濾三次諧波用，在后面再詳細(xì)討論。
ppf用在諧波電流和無功負(fù)荷比較穩(wěn)定的場合是合適的，注意點(diǎn)在前面中已有討論，現(xiàn)在已有人在嘗試將它用于負(fù)荷波動例如礦井提升機(jī)的變頻調(diào)速裝置近旁，措施是將例如5次諧波濾波器分成幾組并聯(lián)，根據(jù)5次諧波電流的大小來增減并聯(lián)的組數(shù)，這同時也改變了無功補(bǔ)償?shù)哪芰?，但是要注意帶來的問題及解決辦法。
4.2 有源濾波器
(1) 并聯(lián)有源濾波器paf[6]［7］
有諧波源同時要求電源非常干凈即為正弦波的場合，就不得不采用paf。對諧波電流頻繁變化而采用ppf又不能取得滿意效果的場合，也只能采用paf，防礙廣泛應(yīng)用paf的唯一因素是它的價格。在技術(shù)性能上它是優(yōu)異的。
(2) 串聯(lián)有源濾波器saf[6]［7］
對付電壓型諧波的最佳技術(shù)措施就是采用saf，它可以省去變頻器前面的線路電抗器，但由于它串聯(lián)在電路中間，要通過全部線路電流，而且一旦出現(xiàn)故障就會中斷供電。目前，國內(nèi)尚無商品(包括進(jìn)口品在內(nèi))面市。

5 并聯(lián)型有源濾波器的應(yīng)用限制條件
美國對有源濾波的研制較早，自1970年已有文獻(xiàn)報導(dǎo)，而進(jìn)入實用階段則是1987年左右的事，可一直(指1998年止)沒有文章討論并聯(lián)有源濾波器paf對電壓型濾波器的適用限制條件，見文獻(xiàn)[6]，該作者說不能盲目應(yīng)用paf，它不是萬能的，不是萬金油。筆者查閱國內(nèi)作者的有關(guān)paf的論述也幾乎全是產(chǎn)品研究設(shè)計方面的，關(guān)于paf的特性和應(yīng)用條件方面的,只有文獻(xiàn)[5]的兩句話:“在多數(shù)情況下，paf主要用于補(bǔ)償可以看作電流源的諧波源”
文獻(xiàn)[6]的結(jié)論是:如果并聯(lián)有源濾波器paf對電壓型諧波源產(chǎn)生的諧波進(jìn)行濾波而且變頻器的交流側(cè)線路總阻抗(以變頻器額定功率為基數(shù)的相對值zl%)很低的話，則會有下列嚴(yán)重不良后果(參見圖4):

圖4 對電壓源型諧波的paf基本原理圖

圖4中: is—電源電流;
zs—電源系統(tǒng)阻抗(相對值，基數(shù)同zl);
ic—paf產(chǎn)生的補(bǔ)償電流;
g—等值傳遞函=ic/il;
zl—諧波源的總等值阻抗包括前端外串入
的線路電抗器。
(1) paf對諧波而言是很低的阻抗，和zs并聯(lián)后，使等值總阻抗zs變小，使諧波電流il增加，如果zl也很低(趨近于0)的話，會使il明顯增加(此時paf有正反饋?zhàn)饔?，此種場合使用無源濾波器，也會使諧波電流增加，但不會產(chǎn)生正反饋?zhàn)饔?，并使變頻器過負(fù)載。
電源電流中仍保留有諧波電流
文獻(xiàn)[6]用了一套方程式來說明上述結(jié)論，對方程式有興趣的讀者可參看原文。筆者更愿從電學(xué)原理上來理解。電壓型諧波源的內(nèi)阻本身就低，在沒有外串線路電抗器的條件下，將低阻抗的paf并聯(lián)在交流電源系統(tǒng)的低阻抗zs上(它們對諧波源vl來說都是負(fù)載阻抗)，肯定會使諧波電流il增加(和不接入paf相比)，并使is保留較多的諧波電流，使paf的濾波效率惡化，達(dá)不到is中沒有諧波電流的預(yù)期效果。
文獻(xiàn)[6]還用現(xiàn)場試驗來證明，試驗的系統(tǒng)配置如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場試驗的系統(tǒng)配置圖[6]

圖5中的lr、cr和rr形成一小的濾波器以減少paf產(chǎn)生的pwm開關(guān)脈沖，諧波源是60kw變頻器，paf是50kva商業(yè)產(chǎn)品?，F(xiàn)場試驗結(jié)果列成表格如表1所示:(文獻(xiàn)[6]有示波圖，本文略)
表1 paf對電壓型諧波源的試驗后果

試驗結(jié)果與理論計算(略)相符合。
文獻(xiàn)[6]的結(jié)論是:為了達(dá)到要求的濾波效果，在變頻器前要串一個最少為6%電抗值的線路電抗器。如果不濾波，此電抗可減少;因為還有變壓器的電抗，后者的影響和變頻器的功率大小有關(guān)。在變頻器前串入線路電抗器的效果在文獻(xiàn)[2]表3中已有說明，表3中的rsc即線路電抗器相對值的倒數(shù)，6%即rsc為16.6(忽略電源系統(tǒng)的電抗，其值與xl相比可能很小)此時的i5/i1≈0.25。在筆者的另一文獻(xiàn)[3]曾建議串入的電抗值為3～5%，變頻器制造廠家也大都可成套配備并內(nèi)置電抗值小于6%線路電抗器。這里沒有考慮paf，如果考慮到低壓電源系統(tǒng)配置有paf，相當(dāng)于極大地降低了電壓型濾波源的負(fù)載阻抗(見圖3)，此時，在變頻器前串入一個至少為6%電抗值的線路電抗器就很有必要，除非paf是裝在變頻器的高壓側(cè)，則變壓器的漏抗可看作變頻器的xl，但是要考慮變壓器和變頻器功率比值的換算系數(shù)。變頻器前串入線路電抗器除了能降低諧波電流，使paf能發(fā)揮要求的濾波功能(電網(wǎng)電壓清潔)外，還有附帶的其它的好處[3]，如進(jìn)一步降低變頻器中間環(huán)節(jié)大電容所引起的合閘沖擊電流，抑制變頻器和低壓系統(tǒng)的交互傳導(dǎo)騷擾，降低由于電壓和裝置參數(shù)不平衡引起的線電流不平衡，改善鄰近的功率因數(shù)的并聯(lián)電容器的工作條件，但也帶來一些缺點(diǎn)，除增加了變頻裝置的體積、重量和能耗，還使變頻器的端電壓降低，因此在美國并不推薦paf來補(bǔ)償變頻器的諧波電流，而是采用串聯(lián)有源濾波器saf，見文獻(xiàn)[7]，由于saf尚未在國內(nèi)市場上出現(xiàn)，目前在國內(nèi)，如果需要發(fā)揮paf補(bǔ)償電壓型諧波電流的性能優(yōu)勢，串入電抗器是不得不采用的辦法。串入電抗器后采用paf對付電壓源型諧波電流還是合適的。

6 有源濾波器paf與無源濾波器ppf的并聯(lián)問題
問題的關(guān)鍵是:對并聯(lián)的期望目標(biāo)是什么？這里paf雖然性能優(yōu)異，但價格高，ppf價格相對便宜，但性能有限制，并聯(lián)之后能否取長補(bǔ)短發(fā)揮各自的優(yōu)勢？這就是待討論的問題，且有待實驗驗證。
6.1 ppf并聯(lián)時的特性
為簡單計，以5次諧波為例，前面已談到，單調(diào)諧的ppf是l和c串聯(lián)，理論上對5次諧振，則有xl=4%xc,沒有了感抗或容抗，只剩下電阻(等值于l的銅耗加上c的介質(zhì)損耗)，實際上，為了降低風(fēng)險，往往是xl＞4%xc,因此對5次而言，它是感抗加上電阻的z5，它應(yīng)該比電源系統(tǒng)的阻抗要少得多，否則就起不了對i5并聯(lián)分流的有效濾波作用，但是如果諧波參數(shù)不穩(wěn)定，例如諧波頻率有可能小于250hz時，故z5又不可以很小。
6.2 paf并聯(lián)時的特性
這里也以5次諧波為例。所謂有源濾波器paf，系根據(jù)互感器濾波的測量，可以在paf內(nèi)產(chǎn)生一個和負(fù)荷電流中的諧波電流同相位同幅值的諧波電流，從等值電路來看，在paf接入電源點(diǎn)沒有諧波電壓，這在前面已有解釋。從這個意義上來說，有電流沒有電壓就是沒有阻抗，它完全吸收掉負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流i5，一點(diǎn)也不流向系統(tǒng)，但是實際上由于paf的測量誤差，控制的時滯等因素的影響，不可能完全補(bǔ)償，但與ppf相比，濾波效率肯定是高多了。目前通常的解釋是paf向系統(tǒng)注入反向i5，筆者的解釋是paf吸收負(fù)荷電流中的i5，解釋說法不一，但效果一樣，即系統(tǒng)中沒有了i5，故paf是很低的阻抗z5。
6.3 按濾波的諧波次數(shù)分工負(fù)責(zé)處理[7]
將ppf和paf并聯(lián)后，由無源的ppf負(fù)責(zé)過濾較高次諧波，而由paf過濾較低次如5次、7次諧波，這可以降低paf裝置中pwm技術(shù)的開關(guān)頻率，從而降低技術(shù)難度。但是現(xiàn)在的paf市售商品已可以補(bǔ)償高至50次諧波，同時過濾的諧波達(dá)20種而并不需要ppf的支持，再則較高次諧波在整個諧波電流中所占比例量小，所以ppf和paf這樣分工不會帶來經(jīng)濟(jì)上技術(shù)上的好處。
6.4 大諧波電流中的恒定部分由ppf處理，其波動部分及其它小諧波電流由paf處理。
這是一種設(shè)想，能否實現(xiàn)還得由產(chǎn)品廠家試驗后認(rèn)可，因為現(xiàn)有商品paf并未考慮這種并聯(lián)應(yīng)用。美國是開發(fā)paf最早的國家，所見他們的論文中，并沒有提及這種方案。不是不可以并聯(lián)，而是并聯(lián)后的技術(shù)指標(biāo)受到ppf的限制，道理很簡單:并聯(lián)后，為了要使ppf能分流，必須提高paf的等值阻抗，這豈不是劣化了paf的優(yōu)異性能。雖然劣化了有時也是可以接受的。當(dāng)然，現(xiàn)在不必忙于結(jié)論，可以繼續(xù)研究、試驗、論證。

7 并聯(lián)濾波器的配置點(diǎn)及配置原則探討
現(xiàn)已有主張集中濾波和就地分散濾波相結(jié)合，即將單點(diǎn)量大的諧波就地過濾，同時將多點(diǎn)的量小的諧波集中設(shè)置過濾，愿望是好的，但不是技術(shù)上難度大，就是經(jīng)濟(jì)上也不一定合算，故提出此原則對同一電壓等級來說似乎為時尚早。
7.1 濾波器并聯(lián)在同一電壓等級上
對低壓來說，似乎并無必要，因配電變壓器功率有限，低壓網(wǎng)絡(luò)覆蓋的面積也有限，因此分散裝置在技術(shù)上經(jīng)濟(jì)上得不到補(bǔ)償。
對中壓來說，無論高壓/中壓變壓器的功率和中壓網(wǎng)絡(luò)的范圍均有很大增加，集散布置有了可能，如全部采用paf，則要慎重選擇配置點(diǎn)，否則，反而會增大諧波電流和諧波電壓(由于諧波電流的環(huán)流)［8］。這個方案，對我國尚不現(xiàn)實。
如果全部采用ppf，則很難達(dá)到預(yù)期效果，分散配置的ppf很可能不是輕載就是過載，而且可能引發(fā)多重諧振，即濾波器之間的或濾波器與電源系統(tǒng)間的，因而技術(shù)上有難以克服的障礙。如果混合采用ppf和paf，則因其并聯(lián)如前所述已有困難，故目前也尚不現(xiàn)實。
7.2 濾波器并聯(lián)在不同電壓等級上
具體來說就是:當(dāng)諧波源是低壓時，并聯(lián)濾波器設(shè)置在低壓和中壓應(yīng)如何考慮。如果將濾波器設(shè)在中壓上，低壓的電壓質(zhì)量還不符合標(biāo)準(zhǔn)時，則理應(yīng)在低壓側(cè)設(shè)置濾波器。如果低壓側(cè)的諧波量雖然大，但低壓的電壓質(zhì)量尚可，需要的話，此時的濾波器宜設(shè)在哪一側(cè)呢？筆者認(rèn)為應(yīng)該考慮在低壓側(cè)設(shè)置的可行性，因為:
(1) 低壓濾波器ppf和中壓電源系統(tǒng)之間，串有配電變壓器，它的漏抗是電源系統(tǒng)電抗的主要成分，要判斷它和ppf之間是否有串聯(lián)或并聯(lián)諧振比較容易;
(2) 低壓ppf比中壓的ppf造價要低，而運(yùn)行要可靠;
(3) 降低了諧波對配電變壓器及低壓配電系統(tǒng)的騷擾，因而其可靠性及壽命均有提高;
(4) 兼顧了低壓側(cè)的無功補(bǔ)償，符合分級補(bǔ)償無功的原則，降低了變壓器的負(fù)荷率。

8 有源濾波器在美國應(yīng)用的簡介與發(fā)展趨勢［9］
據(jù)報導(dǎo):1000kw以下的一些非線性負(fù)載的補(bǔ)償已成功實施并在現(xiàn)場運(yùn)行，更大一些負(fù)載的有源濾波器，也有文章介紹，這些都是用寬帶頻pwm逆變器構(gòu)成的。表2列出了最新技術(shù)成果的一些有源濾波結(jié)構(gòu)的定額和開關(guān)頻率要求。
常規(guī)串聯(lián)或并聯(lián)型不適用于大功率是由于其逆變器定額較大，因而出現(xiàn)了混合型，混合并聯(lián)型優(yōu)于混合串聯(lián)型是因為它要求的保護(hù)功能和開關(guān)裝置較簡單，特別對大功率應(yīng)用是如此。混合并聯(lián)型還可明顯的改進(jìn)現(xiàn)有的無源濾波器的性能，文獻(xiàn)[7]也介紹了許多種混合方案及其性價對比。對于更大功率特別是10000kw及以上的應(yīng)用，則表1的方案由于大功率pwm逆變器的價格高以及開關(guān)頻率高的要求而不合算，無源濾波器又由于性能欠佳可能難以滿足諧波標(biāo)準(zhǔn)的要求，因此美國已在尋找其它替代方案，例如dhaf系統(tǒng)，文獻(xiàn)[9]介紹了該系統(tǒng)的試驗驗證情況。
表2 有源濾波器結(jié)構(gòu)的逆變器定額及開關(guān)頻率

9 對我國開發(fā)研制濾波器的建議
美國是研制有源濾波器最早的國家，可獲得的技術(shù)論文也最多，其經(jīng)驗值得研究;歐洲也有常規(guī)并聯(lián)型的產(chǎn)品在我國出售，但不易獲得其技術(shù)論文。
我國已有國產(chǎn)的常規(guī)并聯(lián)型有源濾波器產(chǎn)品，在提高并穩(wěn)定性價比的基礎(chǔ)上，也宜考慮混合并聯(lián)型的研制，以適用較大功率的應(yīng)用。
對無源濾波器，在改善其性能上宜進(jìn)一步做工作，例如采用下列措施:
(1) 精選性能穩(wěn)定的參數(shù)和溫度、老化等關(guān)系較小的部件;
(2) 精選參數(shù)容差盡可能小的部件，如果是自制部件，盡量在設(shè)計選用材質(zhì)和加工精度等方面加以控制;
(3) 盡量使濾波器產(chǎn)品參數(shù)規(guī)格化系列化，并在樣本中標(biāo)明,如:
額定電壓;
額定基波電流;
單調(diào)諧額定諧波電流;
基波電壓下無功補(bǔ)償容量;
l、c的標(biāo)稱值和實際值的容差范圍和變動范圍;
單調(diào)諧諧波下的濾波器電阻值的容
差值和變動范圍;
其它必要的特性參數(shù)。
(4) 為了符合市場規(guī)律，濾波器的價格可以多檔化，要求性能參數(shù)嚴(yán)格的，可以要求較高的價格。

10 中(n)線諧波電流對策
n線上的諧波電流，當(dāng)三相負(fù)載對稱時(大多情況如此)，只有3次、9次(忽略15次及以上)，先討論3次，對策的辦法如下:
10.1 a、b、c各相分別設(shè)置有源或無源濾波器，條件是三相的諧波值基本上相等。
10.2 在回流到變壓器的n線上裝設(shè)thf三次諧波濾波器。
thf是串聯(lián)在n回路中的，因此其三次諧波阻抗應(yīng)盡量大，使i3盡量小，而基波阻抗盡量小，以免防礙tns系統(tǒng)中單相短路保護(hù)的動作。優(yōu)點(diǎn)是:不論諧波在哪個相上，有一臺thf就足夠，設(shè)備數(shù)量最少。注意點(diǎn)是性能要穩(wěn)定，特別是基波阻抗是和單相短路保護(hù)直接相關(guān)的。
10.3 采用k系數(shù)變壓器
美國有此產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有3點(diǎn)[10]:
(1) 中性線按200%相母線定額;
(2) 異形繞組導(dǎo)體截面以降低諧波引起的附加銅耗;
(3) 特別設(shè)計的鐵心以降低鐵損。據(jù)從沈陽變壓器研究所獲悉，尚無擬制產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的意向。筆者認(rèn)為，技術(shù)上可能，經(jīng)濟(jì)上不一定合算，這是由于應(yīng)用量不大且有替代辦法，例如降低普通變壓器在諧波騷擾下的定額或采用濾波措施。
10.4 變壓器繞組接線以dyn代替yyn[11]
(1) 低壓系統(tǒng)中3次諧波電流的大小在本文第2節(jié)中有計算的方法介紹，但沒有提到諧波大小和變壓繞組接線的組別有關(guān)系;
(2) 變壓器是低壓系統(tǒng)諧波源的負(fù)載，變壓器繞組為yyn接線時，高壓側(cè)不能流通3次諧波電流，但鐵損大，dyn接線變壓器的高壓△接線繞組可環(huán)流三次諧波電流，鐵損小了，但銅耗大了。總之對降低諧波干擾而言，dyn接線并不是解決問題的辦法。
10.5 單體設(shè)備的emc性能應(yīng)符合gb的要求
也就是下列兩個gb:
(1) gb17625.1-2003(idt iec6100-3-2∶2001)電磁兼容限值，諧波電流發(fā)射限值(設(shè)備每相輸入電流≤16a);
(2) gb/z17625.6-2003(idt iec6100-3-4∶1998)電磁兼容 限值 對額定電流大于16a的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波電流的限制。
這兩個gb對用電設(shè)備各次諧波(包括了3次)的發(fā)射量作了限值規(guī)定,產(chǎn)品如獲得3c認(rèn)證,理應(yīng)符合上述gb。