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HPD2000有源滤波器与无源滤波器性能的比较

日期:2019-9-27 10:17:34  人气指数:116

  治理系统谐波的各种方法都在实际中得到了广泛的应用。为了便于比较,将这些方法按工作原理概括为以下4种:

  ●l2脉冲整流+LC滤波器;

  ●LC无源滤波器;

  ●功率因数校正PFC整流器;

  ●有源滤波器

  由于工作原理的不同,其谐波治理的效果和在系统中的配置方法也就存在着明显的差别,我们可从以下几个方面对这4种形式做出定量和定性的比较。

  下面分别就谐波抑制工作原理、谐波抑制效果、谐波频率对滤波效果的影响、系统配置能力和负载量对滤波效果的影响等5个方面加以说明。

  (1)谐波抑制工作原理

  无源滤波器是在谐波传输路径上设置"陷波"环节,它只对设计指定的频率的谐波呈现低阻抗,对偏离此频率的谐波则呈现高阻抗,即失去滤波作用。12脉冲整流器虽然把6脉冲变成为12脉冲,但它必须配置11次LC滤波器,两者配合才能达到较理想的滤波效果,对于频率偏离11次的谐波,则没有滤波效果。

  PFC整流器和有源滤波器则不然,前者是在UPS输入整流器中抑制谐波电流的产生,后者是在谐波传输路径上对所有的谐波电流进行反补偿,两种方法可以对系统中的所有谐波成分都进行抑制。

  (2)谐波抑制效果

  表中定量地比较了4种形式对谐波的抑制效果,显然有源滤波器和PFC整流对所有的谐波成分都表现出了优越的滤波效果。通常是用系统谐波输入总量THDI和输入功率因数pFC来衡量滤波效果。从表中还可以看出,只有有源滤波器和PFC整流可以达到抑制谐波的最佳效果,THDI<4%.PF>0.99。

  (3)谐波频率对滤波效果的影响

  这里是指系统谐波频率变化对滤波器滤波功能的影响。特别是作为专用的系统滤波器,滤波频谱很窄,通常只对设定的谐波频率有较理想的效果,而对远离设定频率的谐波几乎没有滤波功能。这是因为无源滤波器具备最佳滤波效果的条件是LCω2=1,当设计针对n次谐波滤波时,LC(2лfn)2=1时滤波环节对该次谐波的阻抗最低,"陷波"效果最理想。显然,当谐波频率减小或增大时,该环节的阻抗会迅速增大。

  在实际应用中,系统谐波频谱会随系统设备工作状态变化和设备增减而变化,此时无源滤波器会降低滤波效果直至失去滤波作用,严重时还会引起系统振荡,出现谐波放大现象。而PFC整流和有源滤波器对各次谐波都有抑制作用,所以当谐波频率变化时,不会对滤波效果产生任何影响。各种滤波器对谐波频率的滤波效果如图1所示。

  (4)系统配置能力

  滤波器的系统配置能力是实际应用中的一个重要性能。系统配置能力包括系统基波频率是否可变;滤波器是在设备中配置还是在系统中配置,还是两者都可;系统容量变化时,滤波器是否有可扩展性。

  第一,有源滤波器和PFC整流在50Hz和60Hz系统中都可用,且对滤波效果不会产生影响;而无源滤波器和12脉冲整流+LC滤波器则只能在设计指定的基波频率系统中工作。

  第二,12脉冲整流器+LC滤波器和PFC整流器只能在设备中配置,并成为设备不可分离的组成部分;而LC无源滤波器和有源滤波器既可以作为设备的配套环节,又可根据系统滤波需要做成专用的系统滤波器。

  第三,只有有源滤波器可通过并联运行进行扩展,而其他三种没有扩展功能。当系统容量变化时,12脉冲整流器+LC滤波器和PFC整流器要随设备一起更换,LC无源滤波器则必须随系统容量的变化而更换。

  (5)负载量对滤波效果的影响

  有源滤波器(包括PFC整流)与无源滤波器(包括12脉冲整流+1l次LC滤波)的另一个重大区别是滤波效果与负载量的关系。

  无源滤波器主要是由电感和电容器件组成,整流器负载量变化时,不仅会引起谐波电流频率和幅值发生变化,基波电流幅值也会随负载电流成比例的变化,而电流幅值的变化会直接影响电感参数和LC滤波环节阻抗的变化。当流过的电流减小时,滤波环节的阻抗会由感性变为容性。在实际运行中,UPS很少情况是在额定负载下运行的,一是系统选用UPS设备时通常是按75%的负载量选用100%额定负载的UPS;二是在UPS运行初期负载又远低于设计估算的负载量,运行初期的负载量往往只有UPS额定容量的20%一30%,如果UPS系统采用"1+l"冗余配置,则每台UPS的实际负载可能只有10%~15%,而冗余运行的UPS波器对电网输入来说却是相加的。鉴于以上原因,为UPS配置的无源滤波器注定会因轻载而达不到预期的滤波效果。

  图2给出了不同输入滤波方式的UPS的输入谐波电流与负载量的关系。显然,12脉冲整流器、12脉冲+Hll滤波器和6脉冲+LC滤波器等无源滤波的效果都随负载量的降低而明显变差,而有源滤波器滤波效果的变化却很小,通常在30%以上负载率时,即可达到THDI<5%.


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