一种无源电力高次谐波滤波器和基于滤波器求解电抗器参数的计算方法与流程

本发明属于电力无源滤波器技术领域，具体涉及一种无源电力高次谐波滤波器和基于滤波器求解电抗器参数的计算方法。

背景技术：

在电力电网中，存在大量非线性负载，引起电网电流波形不再是正弦波。这一非正弦波可用傅里叶级数分解成一个直流量，基波正弦量和这一系列频率为基波频率整数倍的高次谐波正弦分量之和。但由于电力系统中存在着各式各样的谐波源，如目前广泛应用的可控硅变频器(中频电源)，使得高次谐波的干扰成了当前电力系统中影响电能质量的一大“公害”，各国对电力电网电压正弦波机编的极限值都有明确的规定，要求用户对接入电网的设备产生的谐波应采取一定的措施进行抑制。

高次谐波电流通过变压器，可使变压器的铁芯损耗明显增加，从而变压器出现过热，效率降低，缩短变压器的使用寿命。高次谐波对电网的影响也是如此，电缆内耗加大，电缆发热，缩短电缆的使用寿命；对电动机影响更大，不仅损耗增加，还会使电动机转子振动；而高次谐波对电容的影响更为突出，含有高次谐波的电压加至电容两端时，由于电容器对高次谐波的阻抗很小，所以电容器很容易发生过负载导致损坏。高次谐波的干扰，往往还会导致供电空气开关误动作，造成电网停电，严重影响用电设备的正常工作。同时，高次谐波对通讯设备也产生干扰信号。

如申请号为cn110112740a中记载的一种多次无源滤波器结构，其采用平衡电抗器，其中平衡电抗器的互感同名端相连，首先，其采用电抗器的成本较高，不适用于推广应用，其次，其采用多个无源滤波支路，其每条支路均设置有电感器和电容器，结构复杂，使得整个装置的体积较大，进而造成其建造成本明显偏高，最后，这种结构调谐的效果也突出。

因此，就需要一种抗干扰能力强、鲁棒性好、结构简单、可控性强、精准滤波的无源电力高次谐波滤波器和基于滤波器求解电抗器参数的计算方法。

技术实现要素：

本发明针对现有的高次谐波成分复杂、无法对特定次数的谐波进行精准滤波、滤波电路复杂的缺陷，提供一种抗干扰能力强、鲁棒性好、结构简单、可控性强、精准滤波的无源电力高次谐波滤波器和基于滤波器求解电抗器参数的计算方法。

本发明所涉及的一种无源电力高次谐波滤波器和基于滤波器求解电抗器参数的计算方法的技术方案如下：

本发明所涉及的一种无源电力高次谐波滤波器，它包括：

交流电源，用于为滤波器提供电能；

多分接头电感器，用于为电容器提供不同的电压；

多个电容器，用于与对应的分接头电感器形成多个滤波支路；

主电感器，用于与多个所述滤波支路分别形成谐振；

负载，用于将电路形成闭合回路；

所述多分接头电感器的一端与交流电源的一端连接，所述多个电容器的一端分别与多分接头电感器的分接头连接，所述多个电容器的另一端均与交流电源的另一端连接；所述主电感器的一端与交流电源的一端连接，所述负载的一端与主电感器的另一端连接，所述负载的另一端与交流电源的另一端连接。

进一步地：所述电容器的个数小于多分接头电感器的分接头数。

进一步地：所述多分接头电感器与主电感器互感，且二者与交流电源连接的一端为异名端。

一种基于所述的无源电力高次谐波滤波器求解电抗器参数的计算方法，它包括以下步骤：

步骤一、将所述负载替换为电抗器；

步骤二、根据基尔霍夫定律列出回路方程；

步骤三、将电抗器经验公式带入回路方程；

步骤四、输入滤波器的当前电容值和谐波数，求解电抗器匝数和容量。

本发明所涉及的一种无源电力高次谐波滤波器和基于滤波器求解电抗器参数的计算方法的有益效果是：

本发明所涉及的一种无源电力高次谐波滤波器和基于滤波器求解电抗器参数的计算方法，电路结构简单、易于完成、经济性高、易于维护、运行时稳定性好、实用性性高，可以进行对多次谐波的滤波，还兼顾了无功功率补偿和电力系统电压调节的需要，用以改善谐波成分复杂且无法对特定次数谐波进行精确滤波的问题，通过使用了多分接头电感器与多电容串联构成滤波支路取代了多个无源滤波支路，使得滤波支路结构简化的同时降低了建造成本，减小了电感器的使用数量，降低了所占空间，由设备所造成的电能损耗也因此降低，极大的增强了实用性。该滤波器结构简单、体积小、操作方便、可控性强的特点，在吸收高次谐波方面效果明显，兼顾一定的功率补偿的作用。

附图说明

图1为无源电力高次谐波滤波器的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

结合图1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种无源电力高次谐波滤波器，它包括：

交流电源us，用于为滤波器提供电能；

多分接头电感器l2，用于为电容器提供不同的电压；

多个电容器c1-cn，用于与对应的分接头电感器形成多个滤波支路；

主电感器l1，用于与多个所述滤波支路分别形成谐振；

负载zf，用于将电路形成闭合回路；

所述多分接头电感器l2的一端与交流电源us的一端连接，所述多个电容器c1-cn的一端分别与多分接头电感器l2的分接头连接，所述多个电容器c1-cn的另一端均与交流电源us的另一端连接；所述主电感器l1的一端与交流电源us的一端连接，所述负载zf的一端与主电感器l1的另一端连接，所述负载zf的另一端与交流电源us的另一端连接。

更为具体地：所述电容器的个数n小于多分接头电感器l2的分接头数。

更为具体地：所述多分接头电感器l2与主电感器l1互感，且二者与交流电源us连接的一端为异名端。

具体连接方式为：多分接头电感器l2的每一个分接头与相应电容器串联构成特定谐波次数的滤波支路，该滤波支路与电感器连接通过谐振可以对特定波次的谐波进行滤波，滤波器工作的过程中同时对多种特定谐波次数进行滤波，所述多分接头电感器l2，是在电感器的线圈的特定位置上抽出分接头，每一个分接头与相应电容器串联构成特定谐波次数的滤波支路。通过进行谐振的设计计算，可以算出线圈的匝数，确定分接头的位置。以此类推对于不同次数的谐波引入了不同的分接头，这样使多分接头电感器l2在针对每一次数谐波的滤波中都被使用。由于使用了多分接头电感器l2与多电容串联构成滤波支路取代了多个无源滤波之路，使得滤波支路结构简化的同时降低了建造成本，结构简单、体积小、操作方便、可控性强的特点，兼顾一定的功率补偿的作用。这种方式的优点是取代了多个无源滤波支路，使得整个装置体积减小、建造成本下降、损耗也有一定的减少。滤波器工作的过程中同时对多种特定谐波次数进行滤波，从而实现了对某些特定次数谐波进行了精确滤波。该新型多次谐波无源滤波器结构的电路扩扑结构简单，电压和容量可以做的很大，在进行滤波的基础上可以进行一定的无功功率补偿，满足电力系统电压调节的需要，增加电力系统中有功功率的比例常数，改善功率因数，降低线损，对于电力系统中电压和电流的不平衡也有一定的抑制作用。

实施例2

结合图1和实施例1说明本实施例，在本实施例中，本实施例所涉及的一种无源电力高次谐波滤波器求解电抗器参数的计算方法，它包括以下步骤：

步骤一、将所述负载zf替换为电抗器；

步骤二、根据基尔霍夫定律列出回路方程；

以n次谐波为例，通过电路分析计算，得出回路方程：

其中，j为复数单位，ω为工频角速度，l2为多分接头电感器电感值，in为n次谐波电流，m为多分接头电感器和主电感器之间互感，c为电容器电容值；

从而不难得出如下结论：

步骤三、将电抗器经验公式带入回路方程；

将电抗器常用的经验公式带入即可，其中n1和n2分别为与主电感器l1和多分接头电感器l2的匝数，f为频率值，l1为主电感器电感值，l2为l2为多分接头电感器电感值，m为为多分接头电感器和主电感器之间互感；

步骤四、输入滤波器的当前电容值和谐波数，求解电抗器匝数和容量。

即当滤波器中电容值确定后，只要谐波数n确定，就可以通过n1和n2的关系求出电抗器匝数和数值。