一、LC滤波回路的工作原理

核心功能：抑制电网中的谐波电流，防止谐波对设备和电网造成干扰或损坏。

1. 谐波电流的产生与危害

• 电网中的非线性负载（如变频器、整流器、电弧炉等）会产生谐波电流，导致电压波形畸变、设备过热、通信干扰等问题。

2. LC滤波回路的结构与原理

• LC回路在特定谐波频率下会发生谐振，此时回路的阻抗最小（接近零）。

• 谐波电流会优先通过阻抗最小的LC回路，而非进入主电网，从而实现谐波的旁路或吸收。

• 对其他频率的电流（如基波或非目标谐波），LC回路的阻抗较大，电流仍通过主电网。

• 结构：由电感（L）和电容（C）串联组成，形成LC谐振回路。

• 原理：

3. 滤波类型

• 针对高频谐波（如13次及以上）设计，适应性强，但对低频谐波的滤波效果较弱。

• 针对单一频率的谐波（如5次、7次）设计，滤波效果好，但参数需精确设计。

• 单调谐滤波器：

• 高通滤波器：

4. 关键点

• LC滤波回路通过谐振分流特定频率的谐波电流，减少谐波对电网的污染。

• 需根据系统谐波频谱选择合适的电感和电容参数，避免与系统参数产生并联谐振（导致谐波放大）。

二、无功补偿装置的工作原理

核心功能：提供容性无功功率，补偿系统中的感性无功，提升功率因数，降低线损。

1. 无功功率的产生与影响

• 电网中的感性负载（如变压器、电机等）会消耗感性无功功率，导致电网的视在功率增加、线损增大、电压波动等问题。

2. 无功补偿装置的结构与原理

• 电容器组向电网提供容性无功功率，补偿感性负载消耗的无功功率。

• 通过实时监测系统的无功需求，动态调整电容器组的投入容量，保持功率因数在较高水平（如0.95以上）。

• 结构：主要由电容器组组成，通过开关或电力电子器件（如晶闸管）控制电容器的投切。

• 原理：

3. 补偿方式

• 通过晶闸管投切电容器（TSC）或静止无功发生器（SVG），实时跟踪负载变化，适用于负载波动大的场景。

• 固定容量的电容器组，通过开关手动投切，适用于负载稳定的场景。

• 静态补偿：

• 动态补偿：

4. 关键点

• 无功补偿装置通过提供容性无功，减少电网中的无功流动，降低线损，提升供电效率。

• 需避免过补偿（导致电压升高）和欠补偿（无法有效提升功率因数），需根据系统无功需求合理配置电容器容量。

三、LC滤波回路与无功补偿装置的协同作用

1. 复合功能

• 在实际应用中，LC滤波回路和无功补偿装置常结合使用，形成谐波抑制+无功补偿的一体化解决方案。

• 例如：单调谐滤波器既针对特定谐波进行滤波，又提供部分容性无功补偿。

2. 参数匹配

• 为避免LC回路与系统参数产生并联谐振，需根据系统谐波频谱选择合适的电抗率（如6%电抗率适用于抑制5次谐波）。

• 无功补偿装置的容量需根据系统无功需求和滤波回路的无功输出进行匹配。

3. 应用场景

• 工业电力系统：钢铁厂、化工厂等重工业领域，存在大量非线性负载和谐波源。

• 新能源并网：光伏电站、风电场等新能源发电系统，逆变器产生高频谐波，需同时进行谐波抑制和无功补偿。

• 商业建筑：商场、医院等场所，存在大量非线性负载，需保护敏感设备并降低线损。

四、总结

1. LC滤波回路：

• 通过LC谐振分流特定频率的谐波电流，减少谐波对电网的污染。

• 分为单调谐滤波器（针对单一谐波）和高通滤波器（针对高频谐波）。

2. 无功补偿装置：

• 通过电容器组提供容性无功，补偿感性无功，提升功率因数，降低线损。

• 分为静态补偿（固定容量）和动态补偿（实时调整）。

3. 协同作用：

• LC滤波回路和无功补偿装置常结合使用，实现谐波抑制与无功补偿的双重功能。

• 需根据系统谐波频谱和无功需求，合理选择电抗率和补偿容量，避免并联谐振。

通过合理配置LC滤波回路和无功补偿装置，可显著提升电网电能质量，是现代电力系统中不可或缺的电能质量治理手段。