雙調諧濾波器

濾波器按所採用的元器件的類別可分為無源濾波器和有源濾波器兩種。 ^[1] 

無源濾波器(LC濾波器)是僅由無源元件即電阻、電感和電容組成，它是利用電容和電感的電抗值隨頻率的變化而變化的原理組合的裝置。在交流系統中，無源濾波器有兩方面的作用，這兩個作用一是濾波其次是兼顧無功補償。無源濾波器中常用的主要是單調諧濾波器、雙調諧濾波器和高通濾波器三種。 ^[1] 

雙調諧濾波器是由電阻、電感、電容串並聯組合而成，其電路原理圖如圖1所示。由於串聯諧振和並聯諧振的存在，與單調諧濾波器相比，它可以同時吸收兩個不同頻率的諧波，且在基頻下的功率損耗較小，串聯的電抗器L，幾乎承受了全部衝擊電壓。這是由於在正常工作時，並聯電路的基波阻抗遠低於串聯電路的，因此串聯電路承受的工頻電壓較高。除此之外，由於並聯電路中的電容基本上只通過諧波的無功容量，所以容量較小。因其投資相對較少，考慮到經濟性，雙調諧濾波器在HVDC工程中廣泛應用。巴西的伊泰普工程，我國的葛南工程、天廣工程以及三峽工程都使用了雙調諧濾波器。 ^[1] 

雙調諧濾波器在性能上等同於兩個單調諧濾波器，由於其可以調諧到兩個諧振頻率，因此能同時吸收對應的兩個頻率的諧波。主要的結構形式有六種，如圖2中的(a)，(b)，(c)，(d)，(e)，(f)所示。圖2中(a)為最簡單的傳統的雙調諧濾波器，(b)，(c)分別為雙電感並聯型和雙電容並聯型的雙調諧濾波器，(d)，(e)，(f)分別為在不同位置帶有並聯電阻的雙調諧濾波器。 ^[1] 

雙調諧濾波器的阻抗頻率特性即為阻抗和頻率之間的關係，針對圖2中的(a)圖，列寫出其阻抗與頻率的關係。對於串聯諧振結構來説，其阻抗為： ^[1] 

^[1]  式中

為角頻率。 ^[1] 

串聯諧振頻率

。當

時，

呈容性；當

時，

呈感性。 ^[1] 

對並聯諧振結構來説，其阻抗為： ^[1] 

為並聯諧振頻率。當

時，

呈感性；當

時，

呈容性。 ^[1] 

對於整個迴路，將以上兩式相加，得其阻抗大小為： ^[1] 

即為： ^[1] 

與此對應，雙調諧濾波器的阻抗-頻率特性曲線如圖3所示： ^[1] 

雙調諧濾波器在調諧頻率點的阻抗最小，因此令上式中的分子為0，於是有： ^[1] 

計算此方程，可得到關於雙調諧濾波器的兩個諧振頻率點

、

。在這兩點，由於阻抗最小，因此如圖3所示，在大小為

和

的頻率處，通過的諧波電流最大，因此雙調諧濾波器可同時消除兩個頻率的諧波。 ^[1] 

實際工程中，雙調諧濾波器的參數計算方法常採用直接參數計算法和單調諧濾波器等效法兩種。在己知系統基波角頻率口二和雙調諧濾波器向系統提供的無功功率Q以及安裝濾波器處的母線電壓U這三個條件的情況下，宜採用直接參數計算法計算；在己知兩個單調諧濾波器的元件參數的情況下，採用等效法比較方便計算。 ^[1] 

針對高壓直流系統中的換流裝置產生諧波的問題，在高壓直流輸電(HVDC)系統中宜採用雙調諧濾波器。對雙調諧濾波器的特性進行分析和參數設計：由基波無功補償容量公式推算出串聯迴路電容；由諧振頻率與參數的關係確定串、並聯電感及並聯電容。由濾波參數可得出諧振點的公式，通過理論重點分析了雙調諧濾波器在調諧頻率下略顯感性的重要意義，同時引入安全係數。最後，通過對一計算實例進行參數計算，並運用Matlab/Simulink對其仿真。結果表明，考慮到系統頻率偏移，防止與系統發生並聯諧振等綜合因素，安全係數取1.0～1.1時效果較佳。 ^[2] 

從經濟效益的聞度分析，一般電網存在多個頻率的諧波，如果釆用單調諧濾波器進行濾波，則需要一組單調諧濾波器並聯實現濾波，具有佔地面積大，成本高等缺點。雙調諧濾波器能吸收兩個頻率的諧波，使用較少的雙調諧濾波器即可達到要求，佔地面積較小，具有廣泛的應用前景。從元件成本上分析，雙調諧濾波器工作時只有一個電感幾乎承擔了全部的衝擊電壓，對其他元件的要求較低，降低了成本，增加了經濟效益。 ^[3] 

研究雙調諧濾波器不僅具有廣泛的應用價值，直觀的經濟效益，更擁有長遠的科學研究指導意義。回顧雙調諧濾波器設計方法的發展，到目前為止，很多學者的做法仍是利用雙調諧濾波器與單調諧濾波器阻抗相等從而導出雙調諧濾波器的元件參數，因此，雙調諧濾波器的研究是在單調諧濾波器的基礎上進行的，同樣，研究雙調諧濾波器對於研究三調諧濾波器多調諧濾波器提供了研究基礎，具有理論指導意義。 ^[3]