一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法及其装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力技术领域，涉及一种谐波提取和利用技术，特别是涉及一种配电 变压器二次侧谐波提取和利用方法及其装置。
【背景技术】
[0002] 伴随着我国及世界各国经济的良好发展，目前对电力的需求较大，电力建设的空 间也还很大。各区域电网也在加快规划设计步伐。东北电网、华北电网、华中电网、华东电 网、西北电网规划依据各自区域城市及产业能源等不同而规划不同，但都注重强调要加大 科学技术的投入力度，提高电网科技含量及电能质量。积极推广先进的技术，努力实现技术 升级。比如在远距离输电方案中采用串联补偿技术，保证无功功率和线路尾端的正常电压 水平；在用电企业密度大的末端电网使用大容量的降压变压器；安装SVC、SVG等类型的无 功补偿装置保证系统无功功率的补偿能力和电压稳定水平；安装PPF、APF等类型的谐波滤 波装置以控制滤除电网谐波，提高电能质量。虽然我国各地区电网（除西北电网以外）的 主网架已经陆续升级到500kV电网，对于区域电力供应有良好保障。但从目前情况来看，国 内电力系统承担的建设压力还很大。例如宁夏银川以北地区的主网的网架虽然早已升级为 220KV及以上等级，但是近年来各地区经济发展迅速，所带负荷强度也很大程度上增加，一 些耗能的厂也从沿海发达地区转到内陆，各种电弧炉、大功率整流装置以及电气化铁路都 向电网注入大量谐波。电网中的非线性负荷所占的比例越来越大，势必将电能质量问题摆 到一个不可忽视的位置，否则将很大程度上影响整个电网系统的安全运行与节能。电能质 量的治理与节能降损问题已经迫在眉睫。
[0003] 电力公司总是努力为用户提供可靠而清洁的基波频率正弦电能。然而在配电变压 器的二次负载侧（用户侧），越来越多传统非线性设备和现代电力电子非线性设备的使用 导致电网中的谐波含量大幅度上升，造成了很多严重的后果。对电网本身而言，谐波含量的 上升增加了电力线路和变压器中的损耗，降低了电网的功率因数，使供配电的效率降低而 造成电力公司的巨大经济损失；对用户而言，各种用电器在含有较多谐波的供电情况下更 容易发生故障，电气设备的使用寿命会不同程度地缩短。在其他方面，例如通信系统可能会 受到谐波感应电磁场的干扰，导致临近地区的通信效果变差。总之，谐波的存在对电能质量 存在巨大的影响，因而被人们认为是一种对电网的"污染"。无论从电网运行角度还是经济 角度，都必须对这种污染进行处理。
[0004] 现阶段针对谐波的研宄主要集中在谐波治理的方法与装置研宄上，例如从谐波源 本身着手，降低其产生谐波的含量；使用无源或者有源滤波器将谐波直接滤除以降低谐波 含量；改善供电环境，提高设备抵抗谐波干扰能力；等等。然而，虽然配电变压器用户侧产 生的谐波对电网造成了一定的影响，但是其本身也是一种电能。如果能将最常用的谐波治 理手段一一滤波进行改进，将谐波电能提取出来并加以利用，则既能降低谐波在电网中造 成的损耗、改善电能质量，又能使能源利用率达到最大。这对节能降损的研宄具有重要意 义。
【发明内容】
[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法及 其装置，该方法和装置将谐波电能进行分离、提取并储存，能够减小谐波对电网造成的影 响，改善电能质量，并实现电能的充分利用。
[0006] 为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法，包括以下步骤：步骤一：对谐波进 行监测和分析：对配电网中存在的各次谐波的含量进行分析和处理，以便调整相关参数； 步骤二：对谐波进行分离：利用无源电力滤波器的谐振滤波原理，将特征次谐波从电力线 路中分离；步骤三：对谐波进行提取：利用互感线圈的耦合原理，将谐波电流引入到后续电 路，从而进行提取；步骤四：对谐波进行回收利用：将谐波电流转换成直流电能进行储存， 实现对谐波电能的回收利用。
[0008] 进一步，在步骤二中，采用单调谐无源滤波器，将特征次谐波从电力线路中分离；
[0009] 单调谐无源滤波器对n次谐波的阻抗计算式为：
[0010]
【主权项】
1. 一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤一：对谐波进行监测和分析：对配电网中存在的各次谐波的含量进行分析和处 理，以便调整相关参数； 步骤二：对谐波进行分离：利用无源电力滤波器的谐振滤波原理，将特征次谐波从电 力线路中分离； 步骤三：对谐波进行提取：利用互感线圈的耦合原理，将谐波电流引入到后续电路，从 而进行提取； 步骤四：对谐波进行回收利用：将谐波电流转换成直流电能进行储存，实现对谐波电 能的回收利用。
2. 根据权利要求1所述的一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法，其特征在于： 在步骤二中，采用单调谐无源滤波器，将特征次谐波从电力线路中分离； 单调谐无源滤波器对η次谐波的阻抗计算式为：
式中，ω 基波角频率，R、L、C分别为滤波器的总电阻、电感和电容；利用单调谐无源 滤波LC电路的谐振特性，对含量较高的特征次谐波进行分离；在谐振点处，Zn= R，因 R往 往较小，对特征次谐波构成了低阻抗通道，故该次谐波将大部分流入滤波器，而对于其他次 数的谐波，滤波器分流则较少，从而实现对特征次谐波的分离。
3. 根据权利要求1所述的一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法，其特征在于： 在步骤三中，利用带磁芯耦合电感的能量耦合特性，对普通的单调谐滤波器进行改进，即电 感部分L n由固定电感LjP匝数比可调耦合线圈的初级侧电感1^串联而成，且有Lf+Lm= Ln; 固定电感1^的数值较为精确，可在一定程度上保证电路的准确性；匝数比可调耦合线圈的 初级侧电感1^的工程实用计算公式为：
式中，k为计算系数，取决于线圈的半径R和长度1的比值，Utl为真空磁导率，μ s为线 圈磁芯的相对磁导率，N为匝数，S为线圈截面积； 特征次谐波电流经过谐振电路时，耦合电感的能量耦合作用使其从线圈初级侧转移到 次级侧，并流入到后续电路中。
4. 根据权利要求1所述的一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法，其特征在于： 在步骤四中，耦合电感线圈次级侧流入的谐波电流经过电容滤波的不可控整流电路之后变 为直流电能，并存储在储能装置中。
5. 根据权利要求3所述的一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法，其特征在于： 所述带磁芯耦合电感的芯采用硅钢片。
6. -种配电变压器二次侧谐波提取和利用装置，其特征在于：包括电流互感器、高速 数据采集器、谐波分析仪、电源管理电路、特征次谐波分离提取电路、整流滤波电路和储能 装置； 电流互感器和高速数据采集器分别将线路电流进行采集和处理，采集到的数据信号经 谐波分析仪后得到线路中的谐波含量；根据分析结果，调整特征次谐波分离提取电路的元 件参数，对若干次特征次谐波进行分离和提取；整流滤波电路将提取得到的特征次谐波进 行整流滤波处理，并最终将获取的直流电能储存在储能装置中。
7. 根据权利要求6所述的一种配电变压器二次侧谐波提取和利用装置，其特征在于： 所述储能装置采用蓄电池。
8. 根据权利要求6所述的一种配电变压器二次侧谐波提取和利用装置，其特征在于： 特征次谐波分离提取电路包括一个互感线圈和三个由可调电容器与可调电阻组成的串联 支路；三个串联支路的一端分别与配电变压器二次侧的三相线路连接，另一端与互感线圈 的初级绕组连接；多个特征次谐波分离提取电路根据实际谐波含量可并联使用，以提取和 利用若干次特征次谐波。
【专利摘要】本发明涉及一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法及其装置，属于电力技术领域。该方法包括谐波监测与分析、谐波分离、提取、谐波回收利用等步骤；在监测和分析步骤中，对配电网中谐波的含量进行分析和处理，以便技术人员调整相关参数；谐波分离、提取步骤包含分离和提取两个步骤，前者利用了无源电力滤波器的谐振滤波原理，将特征次谐波从电力线路中分离；后者利用了互感线圈的耦合原理，将谐波电流引入到后续电路达到提取的目的；谐波回收利用步骤则将谐波电流转换成直流电能储存起来，达到对谐波电能的回收利用的效果。本发明将谐波电能进行分离、提取和储存，能减小谐波对电网造成的影响，改善电能质量，并实现电能的充分利用，对节能降损的研究具有重要意义。
【IPC分类】H02J15-00, H02J3-01
【公开号】CN104868473
【申请号】CN201510299718
【发明人】张占龙, 黄松渝, 韩升, 左磊
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月3日