三相四線制配電系統(tǒng)的零序諧波治理方案2

1、三相四線制配電網(wǎng)的零序諧波治理方案摘要為了消除非線性負(fù)載在三相四線制配電系統(tǒng)中引起的零序電流問題，提出了一種基于曲折接線的相間耦合電抗器的零序諧波電流治理方案。對某配電網(wǎng)工程項目的實驗表明，曲折接線的相間耦合電抗器能有效濾除零序電流。它雖然繼承了傳統(tǒng)LC調(diào)諧濾波器的諧波濾除原理，但它不含電容，不存在諧振與諧波放大問題。并且具有結(jié)構(gòu)簡單，濾波效果受系統(tǒng)參數(shù)的影響小等優(yōu)點，能顯著改善三相四線制配電網(wǎng)的電能質(zhì)量，降低配電變壓器及線路的電能損耗，提高對負(fù)荷的供電可靠性。關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量；曲折電抗器；零序濾波器中圖分類號：TM761ZeroSequenceHarmonicSuppressionMetho

2、dforThree-PhaseFour-WirePowerDistributionSystemQiuLing1,ZhouXianping1,ZhouChangqing2(1.WuhanXindianElectricalTechnologyCO.,LTD.HongshanDistrict,Wuhan430070;2.KunMingPowerSupplyCorporation,KunMingofYunNanProvince650000)AbstractInordertosolvetheproblemofthezerosequencecurrentcausedbynonlinearloadinthe

3、three-phasefour-wiredistributionsystem,akindofzerosequencecurrentsuppressionmethodbasedonzag-zagconnectedinter-phasecouplingreactorwasproposed.Theexperimentresultoftheprojectforacertainpowerdistributionsystemshowedthatthezag-zagconnectedinter-phasecouplingreactorcansuppressthezerosequencecurrentperf

4、ectly.AlthoughithasfollowedtheharmonicsuppressiontheoryofthetraditionLCtunedfilter,itemployednocapacitortopologyandthereisnoresonanceoscillationproblemexist.Therefore,thiskindoffilterwontamplifyharmoniccurrent.Besides,itsstructureisverysimpleanditsfilteringeffectisnoteasytobeinfluencedbysystemparame

5、ter.Itcanperfectthepowerqualityofthethree-phasefour-wiredistributionsystem,minuspowerlossesofthetransformerandthetransmissionline,anditalsocanimprovethereliabilityofthepowersupply.Keywords:powerquality;zag-zagconnectedreactor;zerosequencefilter0引言隨著城市的快速發(fā)展，種類繁多的家用電氣涌入普通家庭，如變頻空調(diào)、洗衣機、各種節(jié)能照明燈具及不間斷電源等，還

6、有數(shù)量龐大的個人計算機等辦公設(shè)備。它們都會在電網(wǎng)中產(chǎn)生大量的諧波電流，即使它們的單臺功率較小，但由于數(shù)量龐大，其所造成的諧波污染也逐漸受到人們的關(guān)注。在諧波電流中，零序性質(zhì)的諧波電流占有相當(dāng)重的分量，特別是與基波頻率較接近的3次諧波電流，它對配電系統(tǒng)造成的危害不容忽視1-4。目前，諧波治理有無源和有源兩種方式。無源方案就是通過電容電感構(gòu)成諧振回路來濾除諧波分量的，由于其投資少、結(jié)構(gòu)簡單等特點在工程中得到廣泛應(yīng)用。但電容器容易出現(xiàn)老化失諧和過負(fù)荷爆炸等問題，并且它的濾波效果受系統(tǒng)參數(shù)的影響較大。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，有源濾波器不斷得到開發(fā)應(yīng)用。有源濾波器是通過可控的電力電子半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入

7、與原有諧波電流幅值相同、相位相反的電流，從而使電源側(cè)諧波電流接近于0，達(dá)到實時補償諧波電流的目的。有源濾波方案具有很強的自適應(yīng)能力，可實時補償諧波和無功，不受系統(tǒng)參數(shù)的影響。盡管如此，但由于其電路拓?fù)浜涂刂葡到y(tǒng)復(fù)雜，且成本高，可靠性相對較低等問題使得它的廣泛應(yīng)用受到限制4-6。針對三相四線制配電系統(tǒng)的零序諧波較嚴(yán)重的現(xiàn)狀，本文提出了一種基于磁通補償原理而開發(fā)的零序濾波電抗器，它繼承了LC調(diào)諧濾波器的諧波濾除原理，但它具有無電容拓?fù)洌淮嬖谑еC和諧波放大得問題，并且它具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、過載能力強、運行可靠和免于維護(hù)等優(yōu)點，在低壓配電網(wǎng)濾波中具有較大的應(yīng)用價值7-9。零序濾波電抗器原理

8、零序濾波電抗器的原理圖如圖1所示，濾波電抗器共有三個鐵芯柱，每個鐵芯柱上并繞有兩個匝數(shù)相同，繞向相反的繞組，三相間繞組以輪換的方式實現(xiàn)曲折連接，最終實現(xiàn)了三相間的相互耦合。ABCin0圖1零序濾波電抗器原理圖Fig.1Principleofzerosequencefilterreactor由零序濾波電抗器的原理圖可以看出，當(dāng)A、B、C三相線中有大小相等、方向相同的零序電流流過時，三相之間就能夠?qū)崿F(xiàn)磁通的相互抵消。因此，零序電流對濾波電抗器鐵芯產(chǎn)生不了激磁作用，故零序濾波電抗器可以為大小相等、方向相同的零序電流提供低阻通道。并且，從理論上來講，如果不計繞組間漏抗和變比誤差的影響，零序濾波電抗器的

9、零序阻抗就等于三相繞組的并聯(lián)交流電阻I。設(shè)每個繞組的交流電阻為R，則零序濾波電抗器的零序阻抗可由下式表示：Zr二2R/3將零序濾波電抗器并聯(lián)到系統(tǒng)后，由不平衡和非線性負(fù)載產(chǎn)生的零序電流就能沿電抗器就近形成回路，避免了零序電流成分通過系統(tǒng)形成回路，從而達(dá)到平衡三相負(fù)載和濾除零序諧波的目的。零序濾波電抗器的應(yīng)用分析圖2為零序濾波器在三相四線制配電系統(tǒng)中的安裝示意圖。圖中zzn為濾波器阻抗；zLn為濾波器與負(fù)載間的中線阻抗；ZSn為濾波器與電源間的中線阻抗；ZS為系統(tǒng)阻抗。iSniLn圖2零序濾波器安裝示意圖Fig2.Installationschematicdiagramofthezero-seq

10、uencefilter圖3所示是與圖2所示的濾波器安裝示意圖所對應(yīng)的濾波原理圖，圖中電流源iS0代表零序諧波電源，它包括了三相負(fù)荷不平衡帶來的零序基波分量和由非線性負(fù)荷引起的零序諧波電流分量。iS0圖3濾波分析原理圖后，F(xiàn)ig3.Filteringprinciplediagram根據(jù)圖3的濾波分析原理圖知，在加裝阻零器系統(tǒng)電源側(cè)的零序電流分量表達(dá)式如下：i=Zni(i)SnZs+Zsn+Zzs0Zn由于零序濾波電抗器的零序阻抗接近于零，即有：Zzn沁0，因此根據(jù)(1)式的計算結(jié)果知，只要零序濾波器的零序阻抗設(shè)計的盡量小，那么通過它的分流作用，系統(tǒng)零序不平衡基波電流和零序諧波電流都可得到很大程度

11、的濾除11。濾波效果仿真分析用EMTDC/PSCAD軟件對接入低壓系統(tǒng)的3個單相二極管全波整流電路進(jìn)行仿真。每相的負(fù)載都為并聯(lián)的電阻、電容，單相整流電路會產(chǎn)生如3次、5次、7次等一系列豐富且含量大的奇次諧波，能代表大多數(shù)不良負(fù)荷的情形。仿真參數(shù)為:系統(tǒng)線電壓為380V，50Hz；系統(tǒng)阻抗ZS的電阻和電感分Sn別為0.01Q，0.2mH；線路阻抗ZS的電阻和電感S分別為0.05Q，0.1mH；濾波器阻抗Zzn的電阻和電感分別為0.02Q，0.02mH；每相負(fù)荷電阻R為100Q；每相負(fù)荷并聯(lián)電容C為1000pF。圖4、圖5給出加裝濾波電抗器前后的中性線電流波形。CurrentAnalysis10.

12、036.71762圖4加裝濾波器前中線電流波形Fig.4CurrentwaveformbeforethefilterisinstalledCurrentAnalysis10.00.01245e7&910111213141530.SS80S5還進(jìn)行了掛網(wǎng)試驗研究。試驗地點的配電變壓器型號為SZ7-800/10,低壓側(cè)輸出電壓為0.4kV,其短路電壓Uk=4.63%,三相繞組聯(lián)接組標(biāo)號為YynO。低壓母線共有四回饋線和一組低壓電容補償。在安裝零序濾波電抗器后，用Topas2000電能質(zhì)量分析儀精確測量了投入濾波電抗器前后變壓器中性線中零序電流的情況,并進(jìn)行了對比分析,結(jié)果如圖6和圖7所示,從試驗結(jié)

13、果不難看出,零序濾波器投入后,三相不平衡基波電流和零序三次諧波電流都得到了明顯降低。l.S9e31K)e31.91*31.92*31.93e3時間msi0.050.0100.0150.0200.0250.0300.0S50.0400.04M.0500.0頻率呦圖5加裝濾波器后中線電流波形Fig.5Currentwaveformafterthefilterisinstalled從圖5、圖6可以清楚地看到，加裝濾波電抗器后中性線上諧波電流峰值從40A減少到4A,并且還可以看出每相中的3次諧波電流都大為減少，電流總的諧波畸變率從216.3%降到了168.5%；說明此時零序電流大都通過濾波器回流至負(fù)載

14、,減小了中性線電流，但由于零序阻抗Zzn與系統(tǒng)零序阻抗ZS的比值還不是很小,零序電流沒有完全經(jīng)濾波器濾除，相電流頻譜中還存在基波不平衡電流和次諧波電流。掛網(wǎng)試驗結(jié)果在對濾波電抗器的濾波原理進(jìn)行詳細(xì)分析和仿真實驗的仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合了某科技項目圖6加裝濾波器前中線電流波形及頻譜分析Fig.6Currentwaveformanditsspectrumanalysisbeforethefilterisinstalled圖7加裝濾波器前中線電流波形及頻譜分析Fig.7Currentwaveformanditsspectrumanalysisbeforethefilterisinstalled5結(jié)論

15、為了消除三相不平衡和非線性負(fù)載在配電系統(tǒng)中性線上引起的零序電流，提出了一種利用相間耦合電抗器濾波的配電網(wǎng)零序電流治理方案。這種濾波器不含電容，體積小，不會產(chǎn)生諧振和諧波放大問題，受系統(tǒng)參數(shù)變化影響小，是一種適合在三相四線制配電網(wǎng)中進(jìn)行大力推廣的濾波參考文獻(xiàn)王兆安，楊君，劉進(jìn)軍諧波抑制和無功功率補償M.北京：機械工業(yè)出版社，1998：1-60夏道止，沈贊塤.高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析與濾波M.北京：水力電力出版社，1994：108-189.肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制M.北京：中國電力出版社，2004：164-197.4電力工業(yè)部電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波(GB/T1454993)S.北京：中國國家標(biāo)準(zhǔn)

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