專利名稱：新型中性線三次諧波電流抑制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電力技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可用于低壓配電網(wǎng)、抑制中性線三
次諧波電流的新型中性線三次諧波電流抑制器。
背景技術(shù)：
隨著科技和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市中大型的商場(chǎng)、寫字樓、居民小區(qū)不斷涌現(xiàn)，其中的 照明、計(jì)算機(jī)、復(fù)印機(jī)、空調(diào)為主要用電設(shè)備。目前的照明設(shè)備多為L(zhǎng)ED等新型的電力電子 燈具，一般為單相整流設(shè)備或者晶閘管調(diào)壓方式；計(jì)算機(jī)和復(fù)印機(jī)也是單相設(shè)備，也為整流 設(shè)備；隨著空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，變頻空調(diào)越來越受到親睞，它的主電路也是交流-直流-交流 的整流-逆變電路。因此這些設(shè)備都是非線性的，且多為單相負(fù)荷，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)將產(chǎn)生大 量的諧波，對(duì)電網(wǎng)造成一定影響。三相電流中零序分量將通過中性線和電源構(gòu)成通路，特別 是3次諧波分量在中性線中的流動(dòng)，經(jīng)常使得中性線的電流超過相線中的電流。在配電網(wǎng) 設(shè)計(jì)時(shí)，中性線的導(dǎo)線半徑通常與各相導(dǎo)線的半徑相同甚至更小，這樣將造成中性線的過 載甚至燒毀。在大型的商場(chǎng)和寫字樓低壓配電系統(tǒng)中，中性線過載造成停電的事故時(shí)有發(fā) 生。相線過載、燒毀僅影響本相的供電，與其相比，中性線過載造成的影響更為嚴(yán)重，因?yàn)橹?線斷開后將使整個(gè)系統(tǒng)中的單相負(fù)荷無法工作。因此減小中性線電流稱為電力工作者亟需 解決的問題。通過對(duì)中性線電流的成分進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其中三次諧波占主要部分，如何進(jìn)行 三次諧波電流的抑制是減小中性線電流的關(guān)鍵。 中性線電流抑制方法有無源濾波、有源濾波器、曲折變壓器等方法。有源濾波器的 造價(jià)相對(duì)較高，且由于開關(guān)器件的耐壓水平的限制，大容量有源濾波器制造較為困難。曲折 變壓器和無源濾波應(yīng)用相對(duì)較多。 串聯(lián)補(bǔ)償方式就是采用一個(gè)電容和電抗串聯(lián)的裝置，該裝置串聯(lián)接入中性線。對(duì) 于基波，電容和電感處于接近諧振的狀態(tài)，呈現(xiàn)的阻抗很小，因此對(duì)基波電流的流動(dòng)和分布 影響很?。粚?duì)于三次諧波該設(shè)備呈現(xiàn)很大的阻抗，抑制3次諧波的流動(dòng)。采用這種方式時(shí)， 該設(shè)備的接入點(diǎn)靠近用戶側(cè)的三次諧波較大，對(duì)用戶電能質(zhì)量的造成嚴(yán)重影響，造成用戶 設(shè)備不能正常工作甚至造成用戶設(shè)備的損壞。 曲折變壓器方法對(duì)接入點(diǎn)的電壓沒有影響，但是存在濾波效果不理想，而且在電 源電壓存在零序分量時(shí)，容易造成曲折變壓器過流甚至燒毀。在低壓配電網(wǎng)中，電壓不對(duì)稱 的情況經(jīng)常存在，造成設(shè)備不能投入使用或不能正常運(yùn)行。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種能夠有效濾除 中性線中的三次諧波電流，而且對(duì)用戶的用電設(shè)備影響小，受電源零序電壓影響小的新型 中性線三次諧波電流抑制器。 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的，一種新型中性線三 次諧波電流抑制器，其特點(diǎn)是包括由電容、電抗組成的兩個(gè)LC電路I、 II和一個(gè)曲折變壓
3器，LC電路I串聯(lián)接入中性線，LC電路I的電抗端與低壓配電網(wǎng)輸入端的中性線連接，LC 電路I的電容端與負(fù)載側(cè)的中性線連接，曲折變壓器的A、B、C三個(gè)端頭與低壓配電網(wǎng)的三 相線連接，曲折變壓器的N端與LC電路II的電抗端相接，LC電路II的電容端與LC電路I 的電容端相連接。 本實(shí)用新型是以基本的曲折變壓器及串聯(lián)諧振電路為基礎(chǔ)，將兩者有機(jī)的結(jié)合在 一起，能夠在有效抑制中性線電流的基礎(chǔ)上，解決了零序電壓對(duì)曲折變壓器的影響，而且該 裝置對(duì)用戶電能質(zhì)量影響很小。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(l)它的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià) 低；(2)利用常見設(shè)備進(jìn)行構(gòu)建，易于實(shí)施；(3)電網(wǎng)存在零序電壓時(shí)，曲折變壓器的電流不 大，負(fù)載設(shè)備可以安全穩(wěn)定運(yùn)行；(4)中性線三次諧波電流的抑制效果好。
圖1為本實(shí)用新型的電路原理圖。 圖2為本實(shí)用新型的等效電路圖
具體實(shí)施方式
—種新型中性線三次諧波電流抑制器，包括由電容、電抗組成的兩個(gè)LC電路i、n
和一個(gè)曲折變壓器5，電抗1、電容2構(gòu)成LC電路I，電抗3、電容4構(gòu)成LC電路II， LC電路 I串聯(lián)接入中性線，LC電路I的電抗端與低壓配電網(wǎng)輸入端的中性線連接，LC電路I的電 容端與負(fù)載側(cè)的中性線連接，曲折變壓器的A、 B、 C三個(gè)端頭與低壓配電網(wǎng)的三相線連接， 曲折變壓器的N端與LC電路II的電抗端相接，LC電路II的電容端與LC電路I的電容端 相連接。 本實(shí)用新型中LC電路I在參數(shù)設(shè)置上要滿足基波接近諧振，LC電路II在參數(shù)上 滿足三次諧波諧振。電抗1、電容2、電容3、電抗4、曲折變壓器5的容量和耐壓水平由實(shí)際 應(yīng)用時(shí)根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)。 其中LC電路I對(duì)基波諧振，對(duì)三次諧波阻抗較大；LC電路II對(duì)三次諧波諧振，對(duì) 基波呈現(xiàn)較高阻抗。該裝置可以采用兩種安裝方式(l)LC電路I設(shè)在靠近電源側(cè)，曲折變 壓器和LC電路II分散裝設(shè)在各個(gè)負(fù)載側(cè)；(2)將LC電路I、LC電路II及曲折變壓器都安 裝在負(fù)載側(cè)，進(jìn)行分散安裝。方式(1)中LC電路I是公用的，整體成本較低，但若LC電路 I發(fā)生故障影響較大；方式(2)中每一個(gè)裝置都有一個(gè)LC電路I，造價(jià)高，安裝費(fèi)用高，如果 一個(gè)裝置故障僅影響其所屬的部分供電，可靠性高。 將負(fù)荷中的三次諧波電流等效成電流源，可以得出三次諧波等效電路圖6和基波 零序的等效電路圖7，如圖2所示。圖中Z3s、 Z3Z分別表示系統(tǒng)側(cè)和曲折變壓器150Hz時(shí)的 阻抗，Z^d表示LC電路I的電容、電感組合在150Hz時(shí)的阻抗，為方便假設(shè)中線的阻抗已經(jīng) 計(jì)及，表示LC電路II的電容、電感組合在150Hz時(shí)的阻抗洞樣，Zs、 Zz、 Z^、 Z口代表 相對(duì)50Hz時(shí)的阻抗；I3f表示負(fù)荷中零序三次諧波電流；U^表示系統(tǒng)中的零序三次背景諧 波；U。S表示系統(tǒng)電壓中基波零序電壓。 根據(jù)三次諧波電路，利用疊加定理，可以計(jì)算出曲折變壓器的電流 z = (Z3,+3Z3LC,)/3/___^_[0017] <formula>formula see original document page 5</formula>[0018] 系統(tǒng)側(cè)電流L和曲折變壓器電流L表達(dá)式中的第一項(xiàng)是由負(fù)載電流中的零序三 次諧波的分流作用，根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)，LC電路I對(duì)三次諧波呈現(xiàn)高阻抗，LC電路II對(duì)三次諧 波諧振，即Z3ra >> Z^2 " 0，而Z3s、 Z3Z都較小，因此 _(z"U _》_(z"Dv_ (2) 則I3s和I3Z中的第二項(xiàng)是由系統(tǒng)的零序3次背景諧波引起，同樣由于Z3ra數(shù)值較 大，第二項(xiàng)的數(shù)值都較小，對(duì)I3s和I3Z的影響不大。由上述分析可得
<formula>formula see original document page 5</formula>
<formula>formula see original document page 5</formula><formula>formula see original document page 5</formula> (3)
負(fù)荷的三次零序諧波電流主要流過曲折變壓器，有效的抑制了中性線電流c
同理，計(jì)算曲折變壓器接入點(diǎn)的三次諧波電壓可得 (4 +3Z3￡C1)(Z3z +3Z3ic2),3/
和系 上式中第一項(xiàng)是負(fù)載零序三次諧波電流流過曲折變壓器回路阻抗Z^+3Z3 統(tǒng)回路阻抗Z^+3Z^a并聯(lián)后產(chǎn)生的電壓。根據(jù)參數(shù)特點(diǎn)知 [酬 (Z3,+3Z，)(Z3z+3ZUC2)《 (5) 根據(jù)曲折變壓器的特點(diǎn)可知Z^較小。同樣由于Z^d〉X)，因此式(4)中第二項(xiàng) 數(shù)值也比較小。這證明中性線電流抑制新方法引起負(fù)荷側(cè)電壓三次諧波很小的變化，對(duì)負(fù) 荷影響不大。 同樣，根據(jù)基波電路計(jì)算當(dāng)系統(tǒng)電壓中含有基波零序分量時(shí)，流過曲折變壓器的 電流為<formula>formula see original document page 5</formula>(6) 由于LC電路I對(duì)基波諧振，阻抗較小，LC電路II對(duì)基波呈現(xiàn)容性，阻抗較大 >> " O，則I,受到的限制，數(shù)值較小。因此該方法可以有效地解決系統(tǒng)電壓不平 衡時(shí)，基波零序電壓引起的曲折變壓器電流過大的問題。 通過上述分析可知，本實(shí)用新型不但綜合了串聯(lián)和并聯(lián)補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，同時(shí)有效解 決了串聯(lián)補(bǔ)償及曲折變壓器補(bǔ)償所存在的問題。
權(quán)利要求一種新型中性線三次諧波電流抑制器，其特征在于包括由電容、電抗組成的兩個(gè)LC電路I、II和一個(gè)曲折變壓器，LC電路I串聯(lián)接入中性線，LC電路I的電抗端與低壓配電網(wǎng)輸入端的中性線連接，LC電路I的電容端與負(fù)載側(cè)的中性線連接，曲折變壓器的A、B、C三個(gè)端頭與低壓配電網(wǎng)的三相線連接，曲折變壓器的N端與LC電路II的電抗端相接，LC電路II的電容端與LC電路I的電容端相連接。
專利摘要一種新型的中性線三次諧波電流抑制器，包括由電容、電抗組成的兩個(gè)LC電路I、II和一個(gè)曲折變壓器5，LC電路I串聯(lián)接入中性線，LC電路I的電抗端與低壓配電網(wǎng)輸入端的中性線連接，LC電路I的電容端與負(fù)載側(cè)的中性線連接，曲折變壓器的A、B、C三個(gè)端頭與低壓配電網(wǎng)的三相線連接，曲折變壓器的N端與LC電路II的電抗端相接，LC電路II的電容端與LC電路I的電容端相連接。能夠在有效抑制中性線電流的基礎(chǔ)上，解決了零序電壓對(duì)曲折變壓器的影響，而且該裝置對(duì)用戶電能質(zhì)量影響很小。本實(shí)用新型具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低、易于實(shí)施、受電網(wǎng)存在零序電壓影響小、中性線三次諧波電流的抑制效果好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J3/01GK201440609SQ200920043068
公開日2010年4月21日 申請(qǐng)日期2009年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月1日
發(fā)明者伏祥運(yùn), 姚鋼, 趙明 申請(qǐng)人:江蘇省電力公司連云港供電公司