一、LC濾波回路的工作原理

核心功能：抑制電網中的諧波電流，防止諧波對設備和電網造成干擾或損壞。

1. 諧波電流的產生與危害

• 電網中的非線性負載（如變頻器、整流器、電弧爐等）會產生諧波電流，導致電壓波形畸變、設備過熱、通信干擾等問題。

2. LC濾波回路的結構與原理

• LC回路在特定諧波頻率下會發生諧振，此時回路的阻抗最小（接近零）。

• 諧波電流會優先通過阻抗最小的LC回路，而非進入主電網，從而實現諧波的旁路或吸收。

• 對其他頻率的電流（如基波或非目標諧波），LC回路的阻抗較大，電流仍通過主電網。

• 結構：由電感（L）和電容（C）串聯組成，形成LC諧振回路。

• 原理：

3. 濾波類型

• 針對高頻諧波（如13次及以上）設計，適應性強，但對低頻諧波的濾波效果較弱。

• 針對單一頻率的諧波（如5次、7次）設計，濾波效果好，但參數需精確設計。

• 單調諧濾波器：

• 高通濾波器：

4. 關鍵點

• LC濾波回路通過諧振分流特定頻率的諧波電流，減少諧波對電網的污染。

• 需根據系統諧波頻譜選擇合適的電感和電容參數，避免與系統參數產生并聯諧振（導致諧波放大）。

二、無功補償裝置的工作原理

核心功能：提供容性無功功率，補償系統中的感性無功，提升功率因數，降低線損。

1. 無功功率的產生與影響

• 電網中的感性負載（如變壓器、電機等）會消耗感性無功功率，導致電網的視在功率增加、線損增大、電壓波動等問題。

2. 無功補償裝置的結構與原理

• 電容器組向電網提供容性無功功率，補償感性負載消耗的無功功率。

• 通過實時監測系統的無功需求，動態調整電容器組的投入容量，保持功率因數在較高水平（如0.95以上）。

• 結構：主要由電容器組組成，通過開關或電力電子器件（如晶閘管）控制電容器的投切。

• 原理：

3. 補償方式

• 通過晶閘管投切電容器（TSC）或靜止無功發生器（SVG），實時跟蹤負載變化，適用于負載波動大的場景。

• 固定容量的電容器組，通過開關手動投切，適用于負載穩定的場景。

• 靜態補償：

• 動態補償：

4. 關鍵點

• 無功補償裝置通過提供容性無功，減少電網中的無功流動，降低線損，提升供電效率。

• 需避免過補償（導致電壓升高）和欠補償（無法有效提升功率因數），需根據系統無功需求合理配置電容器容量。

三、LC濾波回路與無功補償裝置的協同作用

1. 復合功能

• 在實際應用中，LC濾波回路和無功補償裝置常結合使用，形成諧波抑制+無功補償的一體化解決方案。

• 例如：單調諧濾波器既針對特定諧波進行濾波，又提供部分容性無功補償。

2. 參數匹配

• 為避免LC回路與系統參數產生并聯諧振，需根據系統諧波頻譜選擇合適的電抗率（如6%電抗率適用于抑制5次諧波）。

• 無功補償裝置的容量需根據系統無功需求和濾波回路的無功輸出進行匹配。

3. 應用場景

• 工業電力系統：鋼鐵廠、化工廠等重工業領域，存在大量非線性負載和諧波源。

• 新能源并網：光伏電站、風電場等新能源發電系統，逆變器產生高頻諧波，需同時進行諧波抑制和無功補償。

• 商業建筑：商場、醫院等場所，存在大量非線性負載，需保護敏感設備并降低線損。

四、總結

1. LC濾波回路：

• 通過LC諧振分流特定頻率的諧波電流，減少諧波對電網的污染。

• 分為單調諧濾波器（針對單一諧波）和高通濾波器（針對高頻諧波）。

2. 無功補償裝置：

• 通過電容器組提供容性無功，補償感性無功，提升功率因數，降低線損。

• 分為靜態補償（固定容量）和動態補償（實時調整）。

3. 協同作用：

• LC濾波回路和無功補償裝置常結合使用，實現諧波抑制與無功補償的雙重功能。

• 需根據系統諧波頻譜和無功需求，合理選擇電抗率和補償容量，避免并聯諧振。

通過合理配置LC濾波回路和無功補償裝置，可顯著提升電網電能質量，是現代電力系統中不可或缺的電能質量治理手段。