兩種整流變壓器的電流諧波分析與測量

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

兩種整流變壓器的電流諧波分析與測量

晁儲乾1，羅燦坤2

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

電網中的諧波污染日益嚴重，分別分析了Y/Y與Y/Δ整流變壓器的電流諧波，進行了諧波次數與含量的比較，并對Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運行狀態下的母線電流進行了諧波分析，最后通過Y/Y整流變壓器、Y/Δ整流變壓器、Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運行的實驗進行了三種狀態下的諧波比較。

Y/Y整流變壓器；Y/Δ整流變壓器；諧波

1 引言

隨著用電技術的發展，電力系統中出現了大量以直流方式用電的裝置，比如電動汽車充電機、電氣化機車、工業直流電源以及家用電器等。整流元件將電網的三相交流電轉換為用戶所需的直流電，由于整流元件非線性的工作特性，會使其交流側電流產生嚴重畸變，引起整流變壓器交變磁場波形發生畸變，從而對電網產生諧波污染，危害電力系統的正常安全運行[1,3]。

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

目前電力系統中廣泛采用的6脈動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行的電流諧波研究尚少。基于此，本文重點分析Y/Y與Y/Δ整流變壓器以及兩種變壓器組合運行的電流諧波。

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側電流波形，此時電流近似為方波波形，忽略電流的初相位，標幺值形式的數學表達式如下：

(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載供電時，變壓器原邊電流會有波形畸變，主要諧波為特征諧波，次數為6k±1,(k=1,2,3,…)，這種非正弦周期電流如果直接流入電網會產生嚴重危害，工程中一般會裝設濾波裝置進行消除。

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Y/Δ變壓器向三相整流供電時，電路圖如圖3所示，以A相電路為例分析變壓器電網側電流波形，此時電流近似為“品”字型波形，標幺值形式的數學表達式如下：

(4)

展開傅立葉級數為：

(5)

其中：

則：

則：

(6)

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

4 Y/Y與Y/Y變壓器組的電流諧波分析

圖3 Y/Y與Y/Y變壓器組合運行電路

當Y/Y與Y/Δ整流變壓器在同一母線上運行時，此時母線上的電流為：

(7)

由式(7)可知，在同一母線上運行的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 實驗驗證

進行三組實驗，即Y/Y整流變壓器實驗、Y/Δ整流變壓器實驗、Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運行實驗，分析三組實驗中變壓器的電流諧波，實驗電路圖如圖1～3所示，實驗步驟如下：

(1)依據實驗電路連接電路；

(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行諧波分析，計算出電流畸變率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 組合運行時母線電壓電流波形圖

表1 電流諧波含有率

注：表中數值均為百分比。

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，變壓器原邊電壓無畸變，但是電流畸變嚴重，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Y/Y與Y/Δ整流變壓器組合運行時，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

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

(2)當Y/Y與Y/Δ整流變壓器在同一母線上組合運行時，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，此種運行方式可在電網中進行推廣。

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2013-01-21

晁儲乾(1984-)，男，碩士，研究方向為電能計量；

羅燦坤(1984-)，男，研究方向為電力系統及其自動化。

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

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