，

(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(cè)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(duì)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(chǎng)波形發(fā)生畸變，從而對(duì)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(duì)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?，本文重點(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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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。

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[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.

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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