新型换流变压器的谐波电流分析与计算

谐波电流的计算
请教关于谐波电流的计算方法，哪本书上有公式？
有一台10KV、3000KVA整流变压器，供给一套6脉动整流装置，10KV侧工作基波电流I1＝150A，5次谐波电流含有率20%。

整流变压器由工厂自用35/10KV总降压变电站供电，总降压变电站10KV最小短路电流容量Ssc10=120MVA。

工厂自用总降压变电站引自220/110/35KV区域变电站，区域变电站35KV母线供电能力20000KVA，最小短路容量500MVA。

工厂用电协议为10000KVA。

假定无其他谐波源，无其他放大谐波电流的容性负荷，不讨论除5次谐波而外的其他次数谐波。

问题一：在这种情况下，公共连接点应该是（）
1、整流变压器10KV侧母线；
2、工厂自用总降压变电所10KV母线；
3、工厂自用总降压变电所35KV母线；
4、区域变电所35KV母线。

问题二：该整流变压器注入公共连接点（35KV）的5次谐波电流值约为（）要写出计算过程1、6－7A；2、8－9A；3、10－11A；4、20－40A
问题三：按GB/T14549－1993《公用电网谐波》附录B1、C6式计算，允许该用户注入公用连接点的5次谐波电流值约为（）要写出计算过程
1、6－7A；
2、8－9A；
3、10－11A；
4、12－14A
问题四：该5次谐波电流在公共连接点引起的5次谐波电压含有率，按GB/T14549－1993《公用电网谐波》附录C2式计算，约为（）要写出计算过程
1、0.4%－0.6%；
2、1%－2%；
3、3%－4%;
4、5%－6%
答：。

换流变压器中的谐波分析和抑制方法摘要：换流变压器在直流输电系统中起着关键的作用，但由于系统中存在的非线性负载和电力电子装置的使用，谐波问题成为了一个严重的挑战。

本文将对换流变压器中的谐波问题进行分析，并介绍一些常用的抑制方法。

引言：换流变压器是直流输电系统中的核心设备之一，它将交流电转换为直流电，并解决了长距离高功率输电的难题。

然而，换流变压器工作于非线性的环境下，由于电力电子装置的使用和非线性负载的存在，谐波问题成为了一个重要的关注点。

谐波会导致变压器内部电磁波形畸变、电流和电压非谐波、温升增加等问题。

1. 谐波分析1.1 谐波产生原因谐波产生的原因主要包括非线性负载、电力电子装置的开关动作以及线路和传输设备的不对称性。

非线性负载如整流装置、电弧炉等会引入高次谐波；电力电子装置的开关动作会产生开关谐波；线路和传输设备的不对称性会引入奇次谐波。

1.2 谐波对换流变压器的影响谐波会导致换流变压器内部电磁波形畸变，进而引起电流和电压的非谐波。

由于谐波电流和电压的存在，变压器中的铁芯会遭受谐波磁场的作用，引起铁芯损耗的增加和磁通泄漏。

此外，谐波还会导致变压器温升的增加，降低其运行效率，缩短其寿命。

2. 谐波抑制方法2.1 谐波源的抑制在换流变压器的周围设立滤波电容器可以有效抑制谐波源的产生。

滤波电容器能够吸收谐波电流，使其不进入到变压器中。

此外，对于电力电子装置，可以采用优质滤波电容器和滤波电感器来降低开关谐波的产生。

2.2 谐波源的隔离将产生谐波的设备与其它设备进行隔离，可以减少谐波的传播和对换流变压器的影响。

例如，将非线性负载和电力电子装置独立供电，使用单独的变压器和稳压器，可以降低谐波对主变压器的影响。

2.3 谐波控制装置的应用通过引入谐波控制装置，可以有效地降低谐波对换流变压器的影响。

谐波控制装置可以根据谐波的频率和幅值，采取相应的控制措施，如滤波、干扰抑制等，来减少谐波的传播和影响。

2.4 谐波测量和监控对于换流变压器，定期进行谐波测量和监控是必要的。

大容量变流设备谐波的产生和一种谐波计算方法理想的三相供电系统中，流过的电流与施加的电压成正比，电流和电压都是正弦波。

在实际的供电系统中，由于有非线性负荷的存在，当电流流过与所加电压不呈线性关系的负荷时，波形将发生畸变，周期性非正弦波形可通过傅立叶级数分解为一个基频正弦波加上许多谐波频率的正弦波。

在公共电网中主要的谐波源是有：电解、电镀行业和轨道交通系统的直流电源、风机和水泵变频调速装置、交流调压设备、电弧炉等，以及家用电器、电子办公设备和气体放电灯等非线性设备。

电网中的谐波使电能的产生、传输和利用效率降低，增加传输线路和电气设备的附加损耗，产生振动和噪声，并加快绝缘老化；谐波可引起电力系统局部发生谐振，使谐波放大，造成电容器等设备烧毁；使继电保护可能误动和拒动；还会对通信系统和电子设备的工作产生干扰。

为减少谐波的危害，GB/T 14549-93对用户注入公共电网中的谐波进行了规定，若超出规定的谐波限值，用户应对谐波采取相应的治理措施。

本文主要针对大容量变流装置产生的谐波进行计算分析，可作为设计时谐波评测和谐波治理的重要依据之一。

通常公共电网电压的波形畸变都很小，故以下的计算假定电源电压波形均为正弦波。

一、 忽略换相过程和直流侧电流脉动的情况忽略换相过程即假定交流侧的电抗为0，忽略直流侧电流脉动即假定直流侧电感无穷大，直流电流为理想恒定值。

1. 三相桥式整流电路以a 相电流为例，如图1所示，将电流负、正两半波之间的中点作为时间零点进行傅立叶分界，则有()t n n I t I t t t t t t t I i k n k d d d a ωπωπωωωωωωωπsin 1162sin 62]19sin 19117sin 17113sin 13111sin 1117sin 715sin 51[sin 3216⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯+⎪⎪⎭⎫⎝⎛⨯=+--++--=∑∞±=基波和各次谐波的有效值分别为dI I π61=和dnI n I π6=，谐波含量nI I n 11=。

变压器谐波计算变压器是一种重要的电力设备，用于改变交流电的电压水平。

在变压器的运行过程中，由于磁路饱和、电流不平衡、电压波形失真等原因，会产生谐波。

谐波是指频率是基波频率的整数倍的电压或电流成分。

谐波的存在会对电力系统产生一系列的不良影响，因此对变压器的谐波计算是非常重要的。

谐波计算是指通过对变压器的电路参数进行分析和计算，确定谐波电压和谐波电流的幅值和相位关系。

谐波计算的结果可以用来评估变压器的谐波性能，并采取相应的措施来减小谐波对电力系统的影响。

变压器的谐波计算可以分为两个步骤：谐波电压计算和谐波电流计算。

首先，需要确定谐波电压产生的原因。

常见的谐波电压产生原因有电力电子装置的非线性特性、电弧炉的工作方式以及其他谐波源。

然后，根据谐波电压的产生原因，可以计算出谐波电压的幅值和相位。

谐波电流的计算与谐波电压的计算类似，也需要确定谐波电流产生的原因。

常见的谐波电流产生原因有非线性负载、电力电子装置以及其他谐波源。

根据谐波电流的产生原因，可以计算出谐波电流的幅值和相位。

在进行谐波计算时，需要考虑变压器的特性参数。

包括变压器的变比、漏抗、短路阻抗以及变压器的额定容量等。

这些参数对于谐波电压和谐波电流的计算都有着重要的影响。

谐波计算的结果可以用来评估变压器的谐波性能。

当谐波电压和谐波电流超过了一定的限制值时，会对电力系统产生不良影响，如电压失真、电流超载等。

因此，通过对变压器的谐波计算，可以及时发现问题，并采取相应的措施来减小谐波对电力系统的影响。

为了减小变压器谐波的影响，可以采取以下措施：首先，增加变压器的容量，使其能够承受更大的谐波电流。

其次，采用谐波滤波器来减小谐波电压和谐波电流的幅值。

此外，还可以通过改善电力系统的谐波源，如更换非线性负载设备、改进电力电子装置等来减小谐波的产生。

变压器的谐波计算是电力系统中重要的一环。

通过对变压器谐波的计算和评估，可以及时发现问题，并采取相应的措施来减小谐波对电力系统的影响。

变压器谐波损耗计算及影响因素分析摘要：近年来，在电力系统中，工作效率高的变压器系统能够使得电网的转化效率提高，实现用户安全用电。

一般在配电网中，产生大量的谐波会使得变压器出现损耗，因此，保证电路中变压器正常运行，需要对变压器谐波损耗进行计算。

本文主要对变压器谐波损耗计算及影响因素进行分析，以期对相关人员有一定的参考。

关键词：变压器；谐波损耗计算；影响因素；分析1 谐波对变压器的影响1.1 电力系统中谐波的出现对变压器产生一定的影响，增加变压器的负载损耗。

其中负载损耗的增加主要表现为铜损耗和杂散损耗，非线性负载引起变压器铁心发热，杂散损耗是非线性负载损耗的重要原因；1.2 引起涡流损耗的增加，谐波频率增加带动涡流损耗增加，同时还会产生一些磁滞损耗。

变压器中铁心外层硅钢片发热引起线圈温度升高；2 变压器谐波损耗计算与分析2.1 变压器短路阻抗选择短路阻抗计算是变压器的重要性能参数，对电力系统中主回路参数、交直流侧谐波的运行损耗产生重要影响，因此，短路阻抗参数选择，是决定着变压器可靠性和运行效率的关键因素[1]。

例如，短路阻抗百分数过大或者过小，都会导致变压器的生产成本增加。

在对短路阻抗进行选择时，需要遵循以下原则：2.1.1 满足晶闸管阀的浪涌电流水平要求；2.1.2 变压器消耗的无功功率要求最小；2.1.3 变电站的成本要最低。

在电力系统中，主分接下阻抗所允许的最大偏差为±5%，在其他范围内不得超过±10%。

2.2变压器谐波损耗计算2.2.1变压器损耗计算变压器从构造上分析，主要由一次绕组线圈、二次绕组线圈和铁芯组成。

由于在材料选择上的不同，以及铁芯的构造工艺存在差异性，在变压器在运行中将会出现各种类型的损耗。

对于同一类型的变压器来说，使用条件不同其负载的损耗也不同，同样会产生损耗值。

变压器的损耗主要有三种：空载损耗、负载损耗以及总损耗。

其中铜损耗和杂散损耗组成了负载损耗，而线圈中的杂散损耗主要为涡流损耗。

换流变压器作用：1、参与实现交流电与直流电之间的相互转换；2、实现电压变换（高压到低压）；3、抑制直流故障电流；4、削弱交流系统入侵直流系统的过电压；5、减少换流器注入交流系统的谐波；6、实现交、直流系统的电气隔离。

换流变压器特点：短短路阻抗大；绝缘要求高；噪声大；损耗高；有载调压范围宽；直流偏磁严重一、新型换流变压器的提出1、传统换流过程中将产生严重的特征谐波和非特征谐波，并产生输电总功率40% 60%的滞后无功。

谐波功率及无功功率在换流变压器的全部阀侧绕组和网侧绕组中传送，给换流变压器增加许多负担，因而必须增大设计容量，才能解决谐波引起的所有绕组的绝缘问题，这种方案下，换流变压器的损耗和噪声都会很大2、新型一种自耦补偿与谐波屏蔽的换流变压器,包括原绕组(1)、副绕组、铁心(4),其特征在于:在供电变压器绕组的副方绕组中间引出自耦抽头,抽头将副方绕组分为两段类似自耦变压器的公共绕组(2)与串联绕组(3),公共绕组(2)与串联绕组(3)保持紧密耦合,并与其同相的原绕组(1)在圆柱铁心(4)上构成三绕组的同心布置,布置在中间层的公共绕组(2)的两端与容抗X↓[C]串有感抗X↓[L]的支路(7)并联,且基波下阻抗X↓[C]远大于X↓[L],公共绕组(2)为屏蔽绕组,其等值阻抗为零,原绕组(1)的两端与电网电源相连,供电负荷(5)与公共绕组(2)和串联绕组(3)并联。

二、新型换流变压器——主要改进一种自耦补偿与谐波屏蔽的换流变压器，是在供电变压器的副方绕组中间引出自耦抽头，该抽头把副方绕组分为两段，类似自耦变压器公共绕组与串联绕组，两者紧密耦合，该两段副方绕组与原绕组在铁心圆柱上构成三绕组的同心布置，其中公共绕组布置在原方绕组与串联绕组间，其等值阻抗为零，公共绕组的两端与外接滤波容感支路相接。

本发明可对用户工频下的感性电流就近实行无功补偿，对谐波磁链利用抽头分开的两端绕组在相应谐波频率下感应电流的安匝平衡作用使之被迫抵消，疏导谐波电流经串联绕组就近返回负荷，阻止其越过气隙传送到原方电网，从源头对谐波根治，对原方电网实现谐波屏蔽和隔离时，也避免谐波电流和谐波磁通对变压器本身的损害。

单桥换流器带大电感负载情况下，直流侧电流恒定。

在不考虑换相角γ的条件下，交流侧输入电流的波形图如图6-1所示。

为方便推导，根据叠加原理，下面分三步完成交流输入电流的谐波分析：（1）正120°方波的谐波分析；（2）负120°方波的谐波分析；（3）完整的谐波分析。

图6-1 三相换流器交流侧电流波形（描图注意：图中的空心、实心小圆点不画出来）（1）正120°方波的谐波分析。

按图6-1所示，安排坐标原点与方波的相对位置，使得正方波为偶函数，周期T ＝2π，变量x ＝ωt ，写出其傅立叶级数形式如下：()∑∞1n n 01t cosn a 2a t f ＝＋＝ωω ⎰300Id 32t Idd 2a πωπ＝＝ （6-4b ） ⎰⎪⎭⎫ ⎝⎛30n 3n sin n 1Id 2t td Idcosn 2a πππωωπ＝＝ （6-4c ） ∴t cosn 3n sin n Id 23Id t f 1n 1ωππω∑∞⎪⎭⎫ ⎝⎛＝＋）＝（ （6-4a ） （2）负120°方波的谐波分析。

由图6-1可以看出，负120°方波与正120°方波有如下关系：()()πωω＋＝－t f t f 12∴()()()πωπππωωn t n cos 3n sin n Id 23Id t f t f 1n 12＋－＝－＋＝－＝∑∞⎪⎭⎫ ⎝⎛ （6-5）（3）完整的谐波分析。

同时考虑正负半波，根据叠加原理，就是将()t f 1ω和()t f 2ω相加，即：()()()()()()()[]()()[]πωωπππωωπππωωωωωn t n cos t n cos 3n sin n 1Id 2n t n cos t n cos 3n sin n Id 2t f t f t f t f t f 1n 1n 1121＋－＝＋－＝＋－＝＋＝＝＝∑∑∞∞⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛ （6-6） （4）电流的组成成分分析分析()f t ω表达式可以得出如下结论：①常数项抵消为零，表示不存在直流分量；②当n ＝2k ，k ＝1，2，3，……，即n ＝偶数时，()()0n t n cos t n cos ＝＋－πωω，即偶次项为零，表明不存在偶次谐波；③当n ＝3j ，j ＝1，2，3，……，即n 为3的倍数时，()0j sin 3n sin ＝＝ππ⎪⎭⎫⎝⎛，即3倍次项为零，表明不存在3倍次谐波；④根据上述分析结果，可知单桥换流器交流侧输入电流，除基波外只剩有5、7、11、13、……次等6k ±1次谐波。