[发明专利]一种配电变压器二次侧谐波提取和利用方法及其装置

说明书

技术领域

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

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。

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。

现阶段针对谐波的研究主要集中在谐波治理的方法与装置研究上，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——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。这对节能降损的研究具有重要意义。

发明内容

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。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一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。

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；

单调谐无源滤波器对n次谐波的阻抗计算式为：

式中，ω₁为基波角频率，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，Z_n＝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。