Реализуйте четыре типа трехфазных гармонических фильтров с помощью RLC компонентов
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Passives
Блок Three-Phase Harmonic Filter моделирует трехфазные гармонические фильтры, которые являются элементами шунта, которые используются в степенях для уменьшения искажения напряжения и для коррекции коэффициента степени. Нелинейные элементы, такие как силовые электронные преобразователи, генерируют гармонические токи или гармонические напряжения, которые вводятся в степень. Получившиеся искаженные токи, протекающие через импеданс системы, создают гармоническое искажение напряжения. Гармонические фильтры уменьшают искажения путем отвода гармонических токов в низкоимпедансных путях. Гармонические фильтры емкостны на основной частоте, поэтому они также используются, чтобы получить реактивную степень, необходимую преобразователям, и для коррекции коэффициента степени.
Для достижения приемлемого искажения параллельно соединяются несколько банков фильтров разных типов. Наиболее часто используемые типы фильтров:
Полосовые фильтры, которые используются для фильтрации гармоник самого низкого порядка, таких как гармоники 5, 7, 11 и 13 порядка. Полосовые фильтры могут быть настроены на одной частоте (параметризированный фильтр) или на двух частотах (параметризированный фильтр).
Высокочастотные фильтры, которые используются для фильтрации гармоник высокого порядка и охватывают широкую область значений частот. Специальный тип фильтра высоких частот, фильтр высоких частот C-типа, используется, чтобы обеспечить реактивную степень и избежать параллельных резонансов. Это также позволяет фильтровать гармоники низкого порядка (такие как 3rd), сохраняя нулевые потери на основной частоте.
Блок Three-Phase Harmonic Filter построен из элементов RLC. Значения сопротивления, индуктивности и емкости определяются из типа фильтра и:
Реактивная степень при номинальном напряжении
Частоты настройки
Коэффициент качества. Коэффициент качества является мерой резкости частоты настройки. Это определяется значением сопротивления.
Четыре типа фильтров, которые могут быть смоделированы с помощью блока Three-Phase Harmonic Filter, показаны ниже:
Самым простым типом фильтра является параметризированный фильтр. Следующий рисунок дает определение фактора качества Q и формулы для вычисления реактивной мощности <reservedrangesplaceholder7> C и потерь (активная степень P). Коэффициент качества Q фильтра является фактором качества реактивного напряжения на частоте настройки Q = (n X L )/ R. Коэффициент качества определяет B полосы пропускания, которая является мерой резкости частоты настройки.
| Настроенный гармонический порядок | n = f n/ f 1 = |
| Коэффициент качества | Q = n X L/ R = X C/( n R) |
| Пропускная способность | B = f n/ Q |
Реактивная степень на f 1 | Q C = (V2/ X C) ·n2/ (n2 – 1) |
Активная степень на f 1 (потери) | P ≈ (Q C/ Q) ·n/( n2 – 1) |
где:
f 1 = основная частота
ω = 2 π f 1 = угловая частота
f n = частота настройки
n = гармонический порядок = (f n/ f 1)
V = номинальное линейное напряжение
X L = реактивное сопротивление индуктора на основной частоте = L ω
X C = реактивное сопротивление конденсатора на основной частоте = 1/( C ω)
Двойная настройка фильтра выполняет ту же функцию, что и два однонастройных фильтра, хотя и имеет определенные преимущества: его потери значительно ниже, а величина импеданса на частоте параллельного резонанса, возникающего между двумя частотами настройки, ниже.
Двойная настройка фильтра состоит из последовательной LC-схемы и параллельной RLC-схемы. Если f 1 и f 2 являются двумя частотами настройки, и последовательная схема, и параллельная схема настраиваются приблизительно на среднюю геометрическую частоту,.
Коэффициент качества Q двойной настройки фильтра определяется как коэффициент качества параллельных элементов L и R при средней частоте fm: Q = R/ (L· 2 πfm).
Фильтр верхних частот является однонаправленным фильтром, где элементы L и R соединены параллельно, а не последовательно. Это соединение приводит к широкополосному фильтру, который имеет импеданс на высоких частотах, ограниченных сопротивлением R.
Коэффициент качества высокочастотного фильтра является фактором качества параллельной RL-схемы на частоте настройки: Q = R/ (L· 2 πfn).
Фильтр высоких частот C-типа является изменением фильтра высоких частот, где индуктивность L заменяется последовательной схемой LC, настроенной на основной частоте. На основной частоте сопротивление обходится резонансной LC-схемой, и потери являются нулевыми.
Коэффициент качества фильтра C-типа по-прежнему определяется отношением: Q = R/ (L· 2 πfn).
Следующие рисунки дают значения R, L и C, и типичные кривые импеданса/частота, полученные для четырех типов фильтров, применяемых в сети с частотой 60 Гц. Каждый фильтр имеет номинальную мощность 315 кВ и 49 МВАр.
Этот рисунок иллюстрирует один настроенный фильтр на 315 кВ и 49 МВАр с гармоническим фильтром 5-го порядка, когда Q 30.
Этот рисунок иллюстрирует двойную настройку фильтра на 315 кВ и 49 МВАр с гармоническими фильтрами 11-го и 13-го порядка, когда Q 16.
Этот рисунок иллюстрирует фильтр высоких частот на 315 кВ и 49 МВАр с гармоническим фильтром 24-го порядка, когда Q 10.
Этот рисунок иллюстрирует фильтр верхних частот C-типа на 315 кВ и 49 МВАр с гармоническим фильтром 3-го порядка, когда Q 1.75.
The power_harmonicfilter пример иллюстрирует использование блока Three-Phase Harmonic Filter.
