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        兩種整流變壓器的電流諧波分析與測量

        2013-11-06 05:45:11
        電氣開關(guān) 2013年6期
        關(guān)鍵詞:諧波分析畸變諧波

        ,

        (1.湖南省電力公司郴州電業(yè)局,湖南 郴州 423000;2.湖南省電力公司柘溪水力發(fā)電廠,湖南 益陽 413508)

        兩種整流變壓器的電流諧波分析與測量

        晁儲(chǔ)乾1,羅燦坤2

        (1.湖南省電力公司郴州電業(yè)局,湖南 郴州 423000;2.湖南省電力公司柘溪水力發(fā)電廠,湖南 益陽 413508)

        電網(wǎng)中的諧波污染日益嚴(yán)重,分別分析了Y/Y與Y/Δ整流變壓器的電流諧波,進(jìn)行了諧波次數(shù)與含量的比較,并對Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運(yùn)行狀態(tài)下的母線電流進(jìn)行了諧波分析,最后通過Y/Y整流變壓器、Y/Δ整流變壓器、Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了三種狀態(tài)下的諧波比較。

        Y/Y整流變壓器;Y/Δ整流變壓器;諧波

        1 引言

        隨著用電技術(shù)的發(fā)展,電力系統(tǒng)中出現(xiàn)了大量以直流方式用電的裝置,比如電動(dòng)汽車充電機(jī)、電氣化機(jī)車、工業(yè)直流電源以及家用電器等。整流元件將電網(wǎng)的三相交流電轉(zhuǎn)換為用戶所需的直流電,由于整流元件非線性的工作特性,會(huì)使其交流側(cè)電流產(chǎn)生嚴(yán)重畸變,引起整流變壓器交變磁場波形發(fā)生畸變,從而對電網(wǎng)產(chǎn)生諧波污染,危害電力系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行[1,3]。

        文獻(xiàn)[4-7]分別分析了12、24和48脈動(dòng)整流變壓器的電流諧波,與傳統(tǒng)6脈動(dòng)整流變壓器相比,多脈動(dòng)整流變壓器的諧波含量明顯降低。利用多脈動(dòng)整流變壓器進(jìn)行諧波抑制的前景相當(dāng)廣闊,目前在建中的電動(dòng)汽車充電站中一般建議使用12脈動(dòng)整流變壓器進(jìn)行供電。

        目前電力系統(tǒng)中廣泛采用的6脈動(dòng)整流元件的整流變壓器分Y/Y與Y/Δ兩種,對于這兩種變壓器的電流諧波的異同以及這兩種變壓器組合運(yùn)行的電流諧波研究尚少?;诖耍疚闹攸c(diǎn)分析Y/Y與Y/Δ整流變壓器以及兩種變壓器組合運(yùn)行的電流諧波。

        2 Y/Y整流變壓器的電流諧波分析

        圖1 Y/Y變壓器供電電路圖

        Y/Y整流變壓器向整流元件供電是比較常見的供電方式,其典型電路如圖1所示。

        以A相電路為例分析變壓器電網(wǎng)側(cè)電流波形,此時(shí)電流近似為方波波形,忽略電流的初相位,標(biāo)幺值形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

        (1)

        (2)

        其中:

        則:

        則:

        (3)

        從式(3)可以看出,Y/Y整流變壓器向三相整流負(fù)載供電時(shí),變壓器原邊電流會(huì)有波形畸變,主要諧波為特征諧波,次數(shù)為6k±1,(k=1,2,3,…),這種非正弦周期電流如果直接流入電網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重危害,工程中一般會(huì)裝設(shè)濾波裝置進(jìn)行消除。

        3 Y/Δ整流變壓器的電流諧波分析

        圖2 Y/Δ變壓器供電電路圖

        當(dāng)Y/Δ變壓器向三相整流供電時(shí),電路圖如圖3所示,以A相電路為例分析變壓器電網(wǎng)側(cè)電流波形,此時(shí)電流近似為“品”字型波形,標(biāo)幺值形式的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:

        (4)

        展開傅立葉級(jí)數(shù)為:

        (5)

        其中:

        則:

        則:

        (6)

        Y/Δ變壓器向三相整流負(fù)載供電時(shí),變壓器原邊電流的主要諧波為次數(shù)為6k±1,(k=1,2,3…)Y/Y,與變壓器相同,這就說明了Y/Δ與Y/Y整流變壓器對電網(wǎng)的危害程度相同,工程中同樣需要裝設(shè)濾波裝置。

        4 Y/Y與Y/Y變壓器組的電流諧波分析

        圖3 Y/Y與Y/Y變壓器組合運(yùn)行電路

        當(dāng)Y/Y與Y/Δ整流變壓器在同一母線上運(yùn)行時(shí),此時(shí)母線上的電流為:

        (7)

        由式(7)可知,在同一母線上運(yùn)行的Y/Y與Y/Δ變壓器原邊電流的6k±1,(k=1,3,5,7…)次諧波可相互抵消,只剩下6k±1,(k=2,3,4,8…)即12k±1,(k=1,2,3…)次諧波。

        5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

        進(jìn)行三組實(shí)驗(yàn),即Y/Y整流變壓器實(shí)驗(yàn)、Y/Δ整流變壓器實(shí)驗(yàn)、Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運(yùn)行實(shí)驗(yàn),分析三組實(shí)驗(yàn)中變壓器的電流諧波,實(shí)驗(yàn)電路圖如圖1~3所示,實(shí)驗(yàn)步驟如下:

        (1)依據(jù)實(shí)驗(yàn)電路連接電路;

        (2)利用示波器測量Y/Y整流變壓器原邊電壓、電流波形,其A相電壓、電流波形如圖4所示;

        (3)利用示波器測量Y/Δ整流變壓器原邊電壓、電流波形,其A相電壓、電流波形如圖5所示;

        (4)將Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運(yùn)行,利用示波器測量母線電壓、電流波形,其A相電壓、電流波形如圖6所示;

        (5)利用示波器將上述測量的電流波形進(jìn)行諧波分析,計(jì)算出電流畸變率THD與各次諧波含量,如表1所示。

        圖4 Y/Y整流變壓器原邊電壓電流波形圖

        圖5 Y/Δ整流變壓器原邊電壓電流波形圖

        圖6 組合運(yùn)行時(shí)母線電壓電流波形圖

        表1 電流諧波含有率

        注:表中數(shù)值均為百分比。

        由圖4~6和表1可知,Y/Y與Y/Δ整流變壓器向三相整流電路供電時(shí),變壓器原邊電壓無畸變,但是電流畸變嚴(yán)重,Y/Y與Y/Δ變壓器電流畸變率幾乎相等,分別為27.6%和28.2%,各主要次諧波含量也幾乎相等;當(dāng)Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運(yùn)行時(shí),由于諧波的抵消作用,使母線電流的畸變率下降為8.89%,只含有12k±1,(k=1,2,3,…)次諧波。

        6 總結(jié)

        (1)Y/Y與Y/Δ整流變壓器電流的諧波次數(shù)與諧波含量幾乎相等,其中的6k±1,(k=1,3,5,7…)次諧波正負(fù)相反;6k±1,(k=2,4,6,8…)次諧波正負(fù)相同。

        (2)當(dāng)Y/Y與Y/Δ整流變壓器在同一母線上組合運(yùn)行時(shí),由于諧波的抵消作用,可以使母線電流的諧波含量大幅度降低,此種運(yùn)行方式可在電網(wǎng)中進(jìn)行推廣。

        [1] 羅安.電網(wǎng)諧波治理和無功補(bǔ)償技術(shù)及裝置[M].北京:中國電力出版社,2006:1-16.

        [2] 羅亞橋,胡翀.諧波對電能計(jì)量的影響分析[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2009,29(5):130-132.

        [3] 孫媛媛,徐文遠(yuǎn).整流器的諧波分析方法[J].電力自動(dòng)化設(shè)備,2009,29(3):10-15.

        [4] 王念同,魏雪亮.軸向雙分裂式12脈波牽引整流變壓器諧波電流的分析(上) [J].變壓器,2001,38(1):16-19.

        [5] 王念同,魏雪亮.軸向雙分裂式12脈波牽引整流變壓器諧波電流的分析(上) [J].變壓器,2001,38(2):25-28.

        [6] 錢長生,齊嘉瞻,李國新,等.24脈波整流變壓器電流的諧波計(jì)算分析[J].變壓器,2007,44(12):1-7,47.

        [7] 雷建華,朱志勇.48脈波整流變壓器組的諧波電流[J].變壓器,2007,44(1):15-19.

        2013-01-21

        晁儲(chǔ)乾(1984-),男,碩士,研究方向?yàn)殡娔苡?jì)量;

        羅燦坤(1984-),男,研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。

        AnalysisandMeasurementonCurrentHarmonicofTwoKindsofRectifierTransformers

        CHAOChu-qian1,LUOCan-kun2

        (1.Chenzhou Power Bureau,Hunan Electric Power Company,Chenzhou 423000,China;2.Zhexi Hydraulic Power Station Hunan Electric Power Company,Yiyang 413508,China)

        Harmonic pollution in power grids became more and more serious.In this paper,we representatively analyzed circuit harmonic of Y/Y and Y/Δ rectifier transformer,and compares harmonics times and harmonics content.At the same time busbar circuit with Y/Y and Y/Δ rectifier transformer combined is analyzed.Finally,three harmonics with the state of Y/Y rectifier transformer,Y/Δ rectifier transformer and combined Y/Y and Y/Δ rectifier transformer are compared by operating experiment.

        Y/Y rectifier transformer;Y/Δ rectifier transformer;harmonics

        1004-289X(2013)06-0074-04

        TM422

        B

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