12脉波整流电路谐波治理方案研究Study on12-pulse rectifier circuit harmonic control plan吴畏文冲刘超WU Wei，WEN Chong，LIU Chao（广西电力职业技术学院，广西南宁市530007）（广西崇左市供电局，广西崇左市532200）（Guangxi Electric Power Institue Of V ocational Training，Nanning530007，China）（Guangxi Chongzuo Power Supply Bureau，Chongzuo532200，China）摘要：广西崇左网区，存在着许多电解锰一类的企业，其非线性负荷在运行过程中会产生谐波，对整个网区都造成污染。
通过对这类污染源的运行环境的了解，谐波的测试和分析以及仿真研究，针对电解锰行业用电特点，在各种谐波治理方式中，找出了一种性价比较高，而且企业也易于接受的治理方式，以点带面，逐步推广。
关键词谐波污染；Matlab仿真；谐波治理[课题项目]本文是广西壮族自治区教育厅科研项目课题“电网谐波治理”的研究报告之一。
Abstract：Guangxi Chongzuo power grid area,there are many electrolytic manganese kind of enterprise,the nonlinear load in the operation process will generate harmonic wave,the power grid area are cause pollution.Through this kind of pollution sources to the operating conditions of understanding,harmonic of testing and analysis and simulation,in view of the electrolysis manganese industry consumption characteristics,in all kinds of harmonic governance mode,find out a low cost and high performance,and enterprise also easy to accept the governance mode, from point to area,and gradually promotion.Key words：harmonic pollution；Matlab simulation；harmonic management [Project]This paper is the Guangxi Zhuang autonomous region provincial scientific research project topics"The Harmonic Management"one of the research report.0引言广西壮族自治区崇左市锰矿资源丰富，初步探明储量1.49亿吨，居全国第一。
整个网区的电解锰企业众多，在用电过程中会产生大量的谐波注入公用电网，从而导致电网的电压、电流波形发生畸变，电能质量下降，影响客户正常用电。
本文以该网区的某典型电解锰企业负荷为例，说明治理这类谐波的方法。
1谐波治理情况分析目前谐波污染治理的解决方案，无外乎是有源滤波和无源滤波两大类。
有源滤波器是利用可控的功率半导体器件，向电网注入与谐波源电流幅值相等且相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的，补偿效果非常理想。
但是，有源滤波器的价格却是无源滤波器的数倍，客户不易接受。
无源滤波器的价格则较低，在一些特定情况下，滤波效果也非常理想。
它是由电容器、电抗器、电阻器等无源元件组成，对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，达到滤除谐波的作用。
对于任意h次的高次谐波，当滤波器满足h X L=X c/h条件时发生谐振，即可滤除该次谐波。
根据上式，当频率低于h次谐波时（如基波），此时容抗就大于感抗，滤波器呈现容性。
因此，无源滤波器不仅能消除高次谐波的影响，还能对客户进行无功补偿，提高功率因数，节约电费。
由于电解负荷是典型非线性负荷，所以，为了减少谐波，该企业采用了等效12脉波的整流变压器。
它是通过两个6脉波三相桥式电路组合而成，如图1所示，它的接线方式为Y/Y/△，二次侧的Y形和△形接线相位差是30°，故使整流的输出电压在一个周期内脉动12次，可以实现12脉波整流的效果。
图1中的VT1（Y 接线）侧电流的傅立叶级数展开式为：......)19sin 19117sin 17113sin 13111sin 1117sin 715sin 51(sin 32+--++--⨯=t t t t t t t I i d y ωωωωωωωπVT2（△接线）侧线电压比VT1滞后30︒，傅立叶级数展开式为：......)19sin 19117sin 17113sin 13111sin 1117sin 715sin 51(sin 32△+++++++⨯=t t t t t t t I i d ωωωωωωωπ故两侧合成电流为：......)13sin 13111sin 111(sin 34△+++⨯=+=t t t I i i i d y d ωωωπ由上式可见，从理论而言，两个整流桥产生的5、7、17、19……等次谐波相互抵消，注入电网的只有12k ±1（k 为正整数）次特征谐波，谐波种类大大减少，这为选用无源滤波器滤波创造了有利条件。
2Matlab 仿真2.1仿真电路图2是Matlab软件的仿真接线图，图中的主要设备有：2.1.1三相电源（Three-Phase Source）及输电线路等值电路（Three-Phase Parallet RLC Branch），给整流电路提供和输送电能；2.1.2三相变压器（Three-Phase Transformer）该企业的三相变压器变比为35/0.4kV，它的接线方式为Y/Y/△，其原理接线图见图1中的T部分；2.1.3整流器组（Rectifier）它是由两个6脉波整流器（即图1中的VT1和VT2）连接而成，如图3所示。
它的输入端电压由三相变压器二次侧的Y形接线和△接线分别引入，门极的脉冲则来自于同步12脉冲发生器，输出端则以串联的方式连接后再输出直流电压。
最后对整个子系统进行封装，形成一个整流器组，所以它实际上等效为一个12脉波整流器；2.1.4同步12脉冲发生器（Synchronized12-Pulse Generator）输入端的三相电源来自于母线B1，输出端有PY和PD两组，每组有6个脉冲，其中PY输出到变压器二次绕组Y形连接的整流桥，PD则输出至二次绕组△形连接的整流桥，PY的输出脉冲比PD的输出脉冲超前30°。
2.1.5Breaker为断路器，用于检验滤波器在投入或退出状态下的滤波效果；2.1.6UDC为直流输出端；2.1.7Scope为示波器，此处设置为可观察母线B1处的三相电压波形和电流波形，以及母线B2处的电流波形；2.1.8powergui是一个电力图形用户界面，其中包含有FFT Analysis，可对各次谐波进行傅立叶分析，包括波形图和频谱图；2.1.9无源滤波器2.1.9.1C型滤波器（C type）：在实际运行中，如果出现整流设备的对称性较差，或触发角控制不好等情况，会在电路中出现一些其他次谐波（如3、5、7次等）小幅超标或接近限值，此时可用它将其滤除，该处调谐为与5次谐波发生谐振；2.1.9.2双调谐滤波器：如图中的11th/13th滤波器，专门用于滤除超标严重的11、13次谐波；2.1.9.3高通滤波器：如图中所示的23th HP滤波器，用于滤除23次及以上的高次谐波。
2.2未接入滤波器如图4所示，当断路器Breaker断开时，无源滤波器并未接入电路中，从powergui的FFT analysis可以清楚的看到，波形变形严重，频谱图中的11、13次超标严重，35、37也略微超标。
由此也可看出，超出国标限值谐波的次数很少，因此，可以针对为数不多的超标谐波，采用价格较低的无源滤波器，就完全能在滤除超标谐波方面达到一个很好效果，同时，无源滤波器还能给企业提供无功补偿，提高功率因数。
2.3接入滤波器如图5所示，当断路器合闸后，C型滤波器、双调谐滤波器以及高通滤波器接入电路，滤除了各自相对应的超标谐波。
从波形图可以看出，正弦波形已基本恢复到正常波形，而频谱图显示的总谐波畸变率THD=0.61%，完全能满足要求。
进一步通过观察各次谐波畸变率列表List(relative to Fund.or DC)显示，所有次数谐波的畸变率数值均远低于相应的国标限值。
3结论综上所述，有源滤波器的滤波效果较好，但价格相对也较高。
对于电解锰这一类采用12脉波整流设备的企业，在产生的超出限值的谐波次数并不太多的情况下，完全可以利用相对简单、且价格较低的无源滤波器滤波，同样也能达到理想的治理效果，而且还给企业补偿了无功功率。
实践也证明，企业更易于接受这种解决谐波污染的方式。
4参考文献[1]李维波MATLAB在电气工程中的应用中国电力出版社2007年8月第一版[2]黄忠霖黄京MATLAB实践国防工业出版社2009年1月第一版[3]洪乃刚MATLAB仿真机械工业出版社2006年5月第一版[4]乔治·J·瓦基勒(奥地利)译者:徐政电力系统谐波－基本原理、分析方法和滤波器设计（Power Systems Harmonics:Fundamentals,Analysis and Filter Design）机械工业出版社2003年8月第一版[5]/。
