专利名称：变压器磁路控制抑制和消除电网谐波的方法
技术领域：
本发明属于电力系统谐波治理和电力电子技术领域，具体涉及一种变压器磁路控制抑制和消除电网谐波的方法。
背景技术：
随着现代电力电子装置的大量使用，电力电子装置产生的谐波使电网供电质量下降，形成谐波公害，消除或抑制谐波是提高供电质量的重要课题。目前国内外消除谐波，除减少电力电子装置的谐波发生外，主要使用滤波的方法，即在电网网路上串联或并联无源和有源的滤波器。这些消除谐波的方法，实际上是通过改变电路结构，形成谐波的通道来分流或抑制谐波电流。这种在电路结构上采取的措施，对无源滤波器来说，只能消除有限的特定次谐波；对有源滤波器来说，虽然理论上可以消除各次谐波，但因为有源滤波器一般也是电力电子装置，它本身也产生一定量的谐波，在消除电网谐波的同时，也会带来新的谐波问题，尤其对于不确定性谐波，消除的难度很大，由于有源滤波技术的复杂性，也增加了它推广和应用的难度。针对目前在电网网路上连接无源和有源滤波器消除谐波方法的不足，本发明提供一种变压器磁路控制抑制和消除电网谐波的方法，在变压器上增加谐波控制绕组，通过变压器磁路控制来抑制和消除谐波。
发明内容
变压器是电力系统重要而且必需的设备，它连接着电网系统和用户系统，电能通过变压器输送，而且在变压器内经历了电-磁-电的转换过程。用户负载侧产生的基波和谐波电流，在变压器内都会产生相应的基波和谐波磁链分量，如果在变压器磁路中导入与原有磁链谐波分量大小相同而相位相反的磁链，则两种磁链叠加的结果是使变压器磁路中的谐波分量为零，因此在变压器原边不会感应谐波电流，实现了消除谐波的目的。以上是本发明的基本原理。
本发明所提供的方法如下对于单相变压器，见附图1，在变压器的原有绕组基础上增加谐波控制绕组4，在变压器的负载侧即谐波发生侧的线路上串联电流检出器6，电流检出器6后连接谐波分离器5，谐波分离器5的输出端接到变压器谐波控制绕组4的两端。在变压器的负载侧通过电流检出器6分流部分含有谐波的负载电流，分流的电流经过谐波分离器5检出其中需要消除的谐波分量，将检出的谐波分量接入变压器的谐波控制绕组4，并通过改变控制绕组的连接方式(正接和反接)，以及设计电流检出器的分流系数和谐波控制绕组的匝数，使谐波控制绕组产生的磁链与变压器副边绕组产生的负载谐波磁链大小相同方向相反，这样变压器磁路中谐波磁链总和为零，从而能够在变压器内部磁路中抑制和消除谐波，并在变压器原边的电流中只会感应出与负载电流的基波分量相对应的基波电流(50HZ)，从而达到消除负载谐波对电网的影响。
对三相变压器，见附图2，需要三个谐波控制绕组，每相一个；电流检出器(6)和谐波分离器(5)也需要每相一套，连接与单相变压器相同。
本发明中电流检出器6和谐波分离器5有两种设计1、电流检出器6使用电流互感器，谐波分离器5采用无源LC滤波器。通过LC参数的选择可以消除特定次谐波和一定带宽的谐波。
2、谐波分离器5采用有源滤波器，电流检出器6只是检测变压器负载电流的谐波信号。通过有源滤波器调制放大，控制导入控制绕组4的谐波电流的大小和谐波成分。设计2导入控制绕组的谐波电流可以很好地跟随负载谐波的变化，取得更好的谐波抑制效果。
本发明的特点是1、在抑制谐波的原理上与现行的在线路上接滤波器(无源滤波或有源滤波)的方法不同，是通过对变压器磁路施加控制来抑制和消除电网谐波。2、由于一般电网谐波只占总电流的5％左右，因此增加的谐波抑制电路的容量较小，变压器上增加的控制绕组也不会影响变压器的原有运行。3、装置简单，投资少、经济性好。4、通过改变滤波器的参数和设计，可以有针对性地消除特定次谐波或一定频带范围内的谐波，必要时还可以增加抑制谐波的控制绕组，取得更好的谐波抑制效果。5、对负载谐波的跟踪性能好，在选定分流系数和谐波控制绕组匝数后，控制绕组电流自动跟随负载谐波的变化而变化。
图1本方法的电气原理2带谐波控制绕组的三相变压器结构1中1-变压器；2-变压器原边绕组；3-变压器副边绕组；4-增加的谐波控制绕组；5-谐波分离器；6-电流检出器；7-变压器基波磁链；8-负载产生的谐波磁链；9-谐波控制绕组产生的谐波磁链图2中uA、uB、uC分别为变压器原边的三相绕组，ua、ub、uc、分别为变压器副边的三相绕组，uka、ukb、ukc分别为变压器的三相谐波控制绕组。
具体实施例方式
变压器负载电流包含了基波(50HZ)和谐波两种分量，负载电流的两种分量通过变压器副边绕组时分别产生基波磁势F1和谐波磁势F2，负载的基波磁势和谐波磁势在变压器的磁路中分别产生基波磁链7和谐波磁链8。在变压器的负载侧通过电流检出器6，分流部分含有谐波的负载电流i3＝k1i2(式中i2-变压器负载侧电流、i3-电流检出器检出电流、k1-分流系数)。分流的电流i3经过谐波分离器5检出其中需要消除的谐波分量i4；将检出的谐波分量电流i4接入变压器的谐波控制绕组4，产生相关次谐波磁势F3＝Wi4(式中F3-控制绕组谐波磁势，W-控制绕组匝数)，通过改变控制绕组的接头，并调节分流系数k1和控制绕组匝数W，使谐波控制绕组产生相关次谐波磁势F3与变压器负载产生的谐波磁势F2大小相等而方向相反，从而达到由F3产生的谐波磁链(9)与F2产生的谐波磁链(8)相互抵消的目的。由于在变压器磁路中已经消除了谐波的磁势及磁链，因此在变压器原边绕组中不会再感应产生谐波电流，使由负载产生的谐波不会对变压器原边电网产生影响，达到治理电网谐波的目的，电网上其它用户可以得到不含谐波的清洁电能。
权利要求
1.变压器磁路控制抑制和消除电网谐波的方法，其特征在于在变压器原有原副边绕组的基础上增加谐波控制绕组(4)，在变压器的负载侧即谐波发生侧的线路上串联电流检出器(6)，电流检出器(6)后连接谐波分离器(5)，谐波分离器(5)的输出端接到变压器控制绕组(4)的两端，在变压器的负载侧通过电流检出器(6)分流部分含有谐波的负载电流，分流的电流经过谐波分离器(5)检出其中需要消除的谐波分量，将检出的谐波分量接入变压器的谐波控制绕组(4)，并通过改变控制绕组的连接方式，以及设计电流检出器的分流系数和控制绕组的匝数，使控制绕组产生的磁链与变压器负载侧产生的谐波磁链大小相同方向相反而抵消，从而能够在变压器内部磁路中抑制和消除谐波。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中的电流检出器(6)采用电流互感器，谐波分离器(5)采用无源LC滤波器。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于其中的谐波分离器(5)采用有源滤波器。
全文摘要
本发明提供一种变压器磁路控制抑制和消除电网谐波的方法，属于电力系统谐波治理和电力电子技术领域。该方法是在变压器原有原副边绕组的基础上增加谐波控制绕组，在变压器的负载侧即谐波发生侧的线路上串联电流检出器，电流检出器后连接谐波分离器，谐波分离器的输出端接到变压器控制绕组的两端，并通过改变控制绕组的连接方式，以及设计电流检出器的分流系数和控制绕组的匝数，使控制绕组产生的磁链与变压器负载侧产生的谐波磁链大小相同方向相反而抵消，从而抑制和消除谐波。该方法有针对性地消除特定次谐波或一定频带范围内的谐波，对负载谐波的跟踪性能好，并具有装置简单、投资少、经济性好的特点。
文档编号H02J3/01GK1722564SQ200510040290
公开日2006年1月18日 申请日期2005年5月30日 优先权日2005年5月30日
发明者洪乃刚, 黄松清 申请人:安徽工业大学