无源滤波器受系统阻抗影响严重,存在谐波放大和共振的危险;而有源滤波不受影响。
开关电源设备应用很广,它的工作原理是先把交流整流成直流,通过开关管控制变压器初级电流的开通和关闭,从而在变压器二次侧感应出电流,供给用电设备。此外,开关电源的频率比较高一般在40kHz左右,不仅在整流时产生谐波,而且在开关管开闭时,反射40kHz左右的波至电源。这类用电设备同样是单台容量不大,但它是应用面最广、量最大的非线性用电设备,它还有一定量的三次谐波,造成配变的中心线电流居高不下,而且三次谐波还会通过配变污染到10kV电网。
电能质量的好坏关系着一国经济的总体效益,在美国每年就因电能质量问题造成直接或间接损失260亿美元。鉴于此,我国必须高度重视起电能质量治理。
如图所示,针对可控硅整流电源型谐波源,设置了5、7、11次单调谐滤波支路。由于特定次数的谐波电流值与所流经支路谐波阻抗成反比,谐波源产生的谐波电流中,80~90%流经滤波支路,只有10~20%的谐波电流注入系统,起到很好的谐波滤除效果。
无源滤波器由LC等被动元件组成,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;而有源滤波器由电力电子元件和DSP等构成的电能变换设备,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为纯正弦波,其行为模式为主动式电流源输出。
高次谐波频率可能和杂散的电网电感及功率因数补偿(PFC)设备组合的谐波频率形成并联谐振回路,谐振电路引起的谐波放大使电压和电流波形畸变更为严重,从而导致设备过早 出现故障。谐波保护器消除了谐波污染,确保了功率因数补偿设备的使用寿命
对于谐波分量而言,隐极机优于凸极机,但随着科技进步,可控硅、IGBT等电子励磁装置的投入,使发电机的谐波分量有所上升。当发电机的端电压高于额定电压的10%以上时,由于电机的磁饱和,会使电压的三次谐波明显增加。同样在变压器的电源侧电压超过额定电压10%以上时,也会使二次侧电压的三次谐波明显增加。由于电网电压偏移在±7%以下,所以发电、变电设备产生的谐波分量都比较小,比国家的考核标准低的多,因此发电、变电设备不是影响电网电压波形方面质量的主要矛盾。
IT设备是精密性的设备,对各种频率的干扰十分敏感,有高次谐波引起的电压畸变将严重影响IT设备质量,使通信线路比特错误率大大提高,甚至可以高到使整个网络瘫痪。
由电容器、电抗器和电阻器适当组合而成,其基本原理是利用电路谐振的特点,形成某次或某些谐波的低阻抗通道,将大部分谐波电流分流,分为单调谐滤波器、双调谐滤波器和高通滤波器等几种。通俗的来说,传统的滤波器组成支路对谐波有吸引作用,对应次的谐波大部分都进去到这个支路。单调谐滤波器仅针对某一特定设计频率,例如3次、5次、7次等,形成对特定次数谐波的低阻抗通道。实际中常用几组针对不同频率的单调谐滤波器和一组二阶高通滤波器组成滤波成套装置。无源滤波器中含有一定量的电容,可提供固定容量的无功功率,起到一定的改善功率因数效果。
由于现在科技发展迅速日常生活、工业生产、智能建筑越来越离不开计算机技术、通信技术和电力电子PLC控制技术,人们日常生活趋向智能化生活中出现越来越多的现代化电力电子设备和装置,如计算机、通讯系统、网络控制设备、各种数字办公设备、复印机、微波炉、录像机、电视机及各类充电器等日常办公生活用电器、各类高压灯具(碘钨灯、水银灯、节能灯、日光灯等),造成了恶劣的谐波环境,对保证电力系统和设备的安全正常运行造成了极大的威胁。