本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种节能滤波型电力变压器。
背景技术
在现代电网中，各种新型电气设备不断涌现，包括一些非线性负荷、冲击负荷等，使得电网中的电能质量问题日益严重。随着电力系统用电负荷种类越来越复杂，系统中的谐波分量也越来越严重。这些谐波分量作用于变压器上，会引起谐波损耗，变压器温度增高，变压器使用寿命缩短等。特别是小型配电变压器，由于它抗谐波过载能力较差，当流过较大谐波电流时可能会损坏。因此需要采取措施来抑制这些谐波分量。
现有技术主要采用如下几种方式来抑制电力系统中的谐波分量：
1)采用变压器移相及多重化技术进行谐波治理，以降低整流装置产生的谐波向电网的注入程度。为此，要在高压侧增加多台移相变压器等设备，移相变压器能提高整流设备的脉波数，将谐波电流隔离在网侧(高压侧)，减小高压侧谐波电流，提高功率因数等，从而达到较好的滤波效果，但其成本投入高，运行环境要求严格。
2)在变压器中压侧的第三绕组处采用连接滤波器的方式进行谐波治理。其绕组排列方式如图1所示，沿铁心100的径向由内至外依次绕制有第三绕组103、第二绕组102和第一绕组101，其中，第一绕组101接高压侧，第二绕组102接低压侧，第三绕组103接中压侧，并在第三绕组103处接滤波器用以滤波，其实质上采用的是分流原理，滤波效果取决于第三绕组阻抗、第一绕组阻抗、系统阻抗等多方面的因素，滤波特性易受系统结构和参数变化的影响，滤波效果不稳定，可能产生谐振等。而且滤波器的装设位置应尽可能靠近谐波源，对于低压大电流整流变压器，在阀侧装设滤波器是不现实的；同时，由于滤波器要通过巨大的电流，使得滤波器的损耗很大，系统运行的效率也很低。
3)增加无功补偿装置。现有的无功补偿装置一般装设在高压侧或靠近高压侧的位置，从而将谐波电流隔离在高压侧，但同时会导致变压器绕组所通过的无功电流较大，损耗相对较高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种滤波效果好且稳定、实现简单、损耗低、成本也低的节能滤波型电力变压器。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种节能滤波型电力变压器，其包括铁心，以及沿铁心的径向由内至外依次绕制在铁心上的第二绕组、滤波绕组和第一绕组，所述第二绕组接低压侧，所述滤波绕组接中压侧，所述第一绕组接高压侧，且所述滤波绕组的等值阻抗uk3％≤0.1％，以使得所述滤波绕组起到滤波作用。
可选地，所述滤波绕组的抽头接入感应滤波补偿装置，所述滤波绕组与感应滤波补偿装置相配合用于将谐波电流隔离在二次侧，使谐波电流不能通过第一绕组向电网流入。
可选地，所述感应补偿装置具体用于，在负荷产生的谐波电流流入变压器绕组后产生的谐波磁通所感应出的谐波电流的触发下，输出补偿电流至滤波绕组，所述补偿电流产生的谐波磁动势与负荷侧绕组的谐波磁动势大小相等、方向相反，使得变压器绕组合成磁动势趋近于零，铁心中的谐波磁通趋近于零，第一绕组的谐波电流也趋近于零。
可选地，所述滤波绕组与感应滤波补偿装置相配合还用于实现无功功率的就近补偿。
可选地，所述感应滤波补偿装置采用全调谐设计。
可选地，所述感应滤波补偿装置包括多个支路的svg无功补偿装置。
可选地，所述滤波绕组的容量为变压器容量的1/3。
可选地，所述滤波绕组的电压为10.5kv或者35kv。
可选地，所述滤波绕组采用d型连接方式。
可选地，所述滤波绕组的等值阻抗uk3％＝(uk13+uk23-uk12)/2，
其中，uk13为第一绕组和滤波绕组运行时的阻抗电压百分数；uk23为第二绕组和滤波绕组运行时的阻抗电压百分数；uk12为第一绕组和第二绕组运行时的阻抗电压百分数。
有益效果：
本发明所述节能滤波型电力变压器中，由于滤波绕组等值阻抗百分比近似为零，同时，利用谐波磁通屏蔽原理消除谐波电流和实现无功功率的就近补偿，在原理上与现有滤波方式完全不同，滤波效果更显著；此外，还具有滤波效果稳定、实现简单、损耗低、成本低等优点。
附图说明
图1为现有滤波变压器的绕组排列示意图；
图2为本发明实施例提供的节能滤波型电力变压器的应用示意图；
图3为本发明实施例提供的节能滤波型电力变压器的绕组排列示意图；
图4为本发明实施例提供的滤波绕组的联结示意图；
图5a为现有滤波变压器的网侧电压(上排)和网侧电流(下排)的波形示意图；
图5b为本发明实施例提供的节能滤波型电力变压器的网侧电压(上排)和网侧电流(下排)的波形示意图；
图6a为现有普通变压器的磁通观测绕组中的电压和电流的波形示意图；
图6b为本发明实施例提供的节能滤波型电力变压器的磁通观测绕组中的电压和电流的波形示意图；
图7a为现有普通变压器的铁心振动噪声波形示意图；
图7b为本发明实施例提供的节能滤波型电力变压器的铁心振动噪声波形示意图。
图中：100－铁心；101－第一绕组；102－第二绕组；103－第三绕组；200－铁心；201－第一绕组；202－第二绕组；203－滤波绕组；204－感应滤波装置；205－svg无功补偿装置。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供一种应用于需要进行谐波治理和无功补偿的电力系统(如风力发电、光伏发电等领域)的节能滤波型电力变压器。
如图2、3所示，所述变压器包括铁心200，以及沿铁心200的径向由内至外依次绕制在铁心200上的第二绕组202、滤波绕组203和第一绕组201，所述第二绕组202接低压侧，所述滤波绕组203接中压侧，所述第一绕组201接高压侧，且所述滤波绕组203的等值阻抗uk3％≤0.1％，以使得所述滤波绕组203起到滤波作用。其中，由于第一绕组201接在高压侧(网侧)，故也可称为高压绕组；由于第二绕组202接在低压侧，故也可称为低压绕组；且第一绕组201为一次绕组，第二绕组202和滤波绕组203均为二次绕组。
所述滤波绕组203的等值阻抗uk3％＝(uk13+uk23-uk12)/2，其中，uk13为第一绕组和滤波绕组运行时的阻抗电压百分数；uk23为第二绕组和滤波绕组运行时的阻抗电压百分数；uk12为第一绕组和第二绕组运行时的阻抗电压百分数。
本实施例中，通过在高、低压绕组之间设置等值阻抗uk3％≤0.1％的滤波绕组，从而一方面将非线性负载产生的谐波电流与无功电流约束在非线性负载侧，抑制其向变压器高压侧和交流网侧的扩散，可极大降低谐波电流和无功电流在高压绕组和交流网侧，以及电网中其它电力设备中产生的损耗，还能够为低压侧的负荷提供合适的电压和电流，另一方面由于滤波绕组的等值阻抗百分比被设计为尽量小，即近似为零，优选控制在≤0.1％，使得变压器具有较好的滤波效果。
进一步地，所述滤波绕组203的容量为变压器容量的1/3，电压为10.5kv或者35kv。
而且，所述滤波绕组203优选采用d型连接方式，即首尾相连的三角形连接方式，如图4所示，其中，ah、bh、ch分别为滤波绕组203的a、b、c三相。
如图2所示，所述滤波绕组203的抽头可接入感应滤波补偿装置204，所述滤波绕组203与感应滤波补偿装置204相配合用于将谐波电流隔离在二次侧，使谐波电流不能通过第一绕组向电网流入，而现有的滤波方式一般是将谐波电流隔离在高压侧(网侧)，以使其不向电网流入。当然，滤波绕组203的抽头也可不接入感应滤波补偿装置204，此时，变压器仍能正常运行，对变压器的可靠运行没有任何影响。
所述感应补偿装置204具体用于，在负荷产生的谐波电流流入变压器绕组后产生的谐波磁通所感应出的谐波电流的触发下，输出补偿电流至滤波绕组，所述补偿电流产生的谐波磁动势与负荷侧绕组的谐波磁动势大小相等、方向相反，使得变压器绕组合成磁动势趋近于零，铁心中的谐波磁通趋近于零，第一绕组的谐波电流也趋近于零。
此外，所述滤波绕组203与感应滤波补偿装置204相配合还用于实现无功功率的就近补偿。
可见，滤波绕组203就是在变压器中设置的等值短路阻抗百分比趋近于零的、用于连接感应滤波补偿装置204的滤波用绕组。滤波绕组203与感应滤波补偿装置204连接后，二者共同作用以实现谐波隔离和无功补偿的功能。
较优地，所述感应滤波补偿装置203采用全调谐设计，以使得变压器的滤波效果达到最优。
具体地，如图2所示，所述感应滤波补偿装置204包括多个支路的svg无功补偿装置205。由于svg(staticvargenerator、静止无功发生器)无功补偿装置为现有设备，因此关于其具体结构和参数等不再赘述。
因此，本实施例所述变压器所采用的滤波原理为感应滤波原理，感应滤波原理可以从零谐波电压限制谐波磁通原理加以说明，所述变压器的滤波回路对于谐波电流而言，是一个接近于零谐波阻抗的回路，故铁心中的谐波磁通也接近于零，一次绕组的谐波电流也趋近于零。
具体地，在变压器运行过程中，负荷产生的谐波电流流入变压器绕组后会产生谐波磁通，进而感应出谐波电流并注入电网或其它电压等级的用户侧，本发明通过在高、低压绕组之间设置等值阻抗uk3％≤0.1％的滤波绕组，以及使滤波绕组的抽头接入感应滤波补偿装置(多个支路的svg无功补偿装置)，使得由svg无功补偿装置在感应出的谐波电流的触发下输出补偿电流至滤波绕组，此时，流经滤波绕组的补偿电流产生的谐波磁动势与负荷侧绕组的谐波磁动势大小相等、方向相反，使得变压器绕组合成磁动势趋近于零，铁心中的谐波磁通趋近于零，第一绕组的谐波电流也趋近于零，达到采用无源滤波方式取得比有源滤波技术更好的滤波效果。
因此，本发明所述变压器采用的滤波方式与现有变压器采用的滤波方式相比，本质区别在于，滤波绕组等值阻抗百分比近似为零，同时，巧妙地将变压器与l、c参数相结合，形成短路环，利用谐波磁通屏蔽原理消除谐波电流和实现无功功率的就近补偿，在原理上与现有滤波方式完全不同，滤波效果更显著。
下面详细叙述本发明相比于现有技术所具有的有益效果：
1)节能效果更好
由于本发明所述变压器的滤波绕组的容量为变压器容量的1/3，从而减少了滤波绕组的质量，而且滤波绕组采用三角形连接方式，则极大削弱了三次谐波磁通(三次谐波只能通过油箱壁等铁磁部件构成的回路形成杂散损耗)，从而减少了变压器的杂散损耗。
同时，本发明将变压器感应滤波技术与无功补偿技术有效结合，一方面，能够有效抑制变压器铁心中的谐波磁通，降低变压器的铁心损耗；另一方面，由于滤波绕组设置在高压侧和低压侧之间，从而将非线性负载产生的谐波电流与无功电流约束在非线性负载侧，抑制其向变压器高压侧和交流网侧的扩散，可极大降低谐波电流和无功电流在高压绕组和交流网侧，以及电网中其它电力设备中产生的损耗。
因此，相比于现有技术，本发明的节能效果更好。
2)滤波效果更突出
本发明所述变压器的谐波滤除率高达90％以上，远优于现有的无源滤波技术和有源滤波技术；同时还能将变压器铁心中的谐波磁通极大削弱。
图5a和图5b分别为现有滤波变压器与本发明所述变压器的网侧电压、网侧电流的波形示意图，其中ch1、ch2、ch3分别为网侧的a、b、c三相电压/电流波形；图6a和图6b分别为现有普通变压器与本发明所述变压器的磁通观测绕组中的电压和电流的波形示意图，其中ch1为电压波形，ch2为电流波形。对比图5a和图5b，以及图6a和图6b可以看出，应用本发明的感应滤波技术后，网侧谐波电流得到了极大削弱，变压器铁心中的谐波磁通也得到可极大抑制。
3)变压器噪声更低、振幅更小
在现有普通变压器中，由于变压器铁心中通过大量的谐波磁通，噪音大，电磁振动频繁，影响设备寿命，而本发明所述变压器由于采用了感应滤波技术，使得变压器的振动与噪声极大降低。图7a和图7b分别为现有普通变压器与本发明所述变压器的铁心振动噪声波形示意图，对比图7a和图7b可以看出，应用本发明的感应滤波技术后，极大地削弱了变压器的振动，系统噪声可降低5～20db。
4)功率因数更高
本发明所述变压器集成了感应滤波技术与无功补偿技术，可将系统的功率因数整体提高至0.97以上。
综合上述，本发明所述节能滤波型电力电压器的特色主要表现在绿色和节能两个方面。
第一、绿色。
对电网的绿色：谐波污染小，功率因数高；对环境的绿色：振动与噪声低，延长变压器使用寿命。
第二、节能。
较现有补偿变压器的效率更高，更节能，技术优势明显。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。