整流器高次谐波的抑制及其工程计算方法(下)一机部二院电气组丁明往谐振回路的工程计算方法谐振回路的参数根据不同的出发点可以有多种不同的计算方法。《电气传动》1973年第3期中曾介绍了以补偿换流损耗为出发点计算回路参数的方法。其要点是以谐振回路中电容的贮能瞬时补偿换流时的损耗，以减小换流压降所造成的电源电压波形缺口，并据此计算电容量。再以能量比例方式来分配各次谐振回路的电容量，然后据谐振条件计算谐振电感，同时用这些电容来补偿工频无功。谐振回路的计算主要是决定谐振电容量。本文企图以谐振点偏移为出发点来选择谐振电容．并称这个方法为“频率偏移法”。(一)谐振电容的工程计算——频率偏移法1．计算公式推导图2中Sd和X。为整流变压器B电网一侧的短路容量和短路电抗。电网的运行方式是多变的，Sa平NX．亦随之而改变。下文的Sd。。。，X。mt。(或Sdmf。，X。。。。)分别为电网最大(或最小)运行方式时的S。和X．。龟 j9|il图2谐振抑制原理图遒，谐振回路的频率特性决定于谐振电容C。，捩据这个观点来计算C。。兹推导如下：如果将n次谐振回路的参数按下式设置L n=1T丢吾瓦L。一C。为n次谐振回路，R。为回路电阻，I。为n次谐波相电流有效值II．‘。’为流入电网的n次谐波相电流有效值。谐振回路的抑制效果将因电网频率的波动而变差。这就要求电网频率在允许的波动范围内变化时，谐振回路的阻抗偏移量必须给予限制，使I。7在允许值之内。大家知C。大则频带宽，C。小则频带狭，因此可(1)一29—则L n—C n将对频率为f n的电流谐波发生谐振。在任一频率f时，回路等效电抗X。‰。2科k一裔．一一蠢}i(亡卜11(2)频率正偏移即f>f n时，X。呈感性，f负偏移则X。呈容性。电网频率在f o±A f内变化，相应的11次谐波的频带为n(f。一△f)～n(f。+A f)。调整L n—c n，使f”=n(f o一△f)，则当电网频率最大正波动厶f时，在妇次谐波的频率范围内，11次谐振回路的阻抗最大值为Z¨=／X n2+R。2忽略R。，贝IJZ。=X。 x n2T而可古可丁百[( f o+△f f o一△f一4△f f o——————2—————n——。。n“1。。C。1。—。．。”‘““‘(—————f—————o————-’1。‘‘—A——‘————f————)。1’。‘—————(—————f———’o。。‘—2———_——————A———————f———2) m百丽者等而令k=等×loo％则k2丁瓦而音 f oX lm‘n+X“)2—1 i(忽略其它并联阻抗的影响)为便于谐振点在n(f。一△f)～n(f。+△f)小范围内的调整，改为XIml n+XnX。=』警j且掣(条件：K<1)”一——r=r————r■一L系1午lK<1)图2中，谐振回路为人接改成△接时， x n△2旦芈j与掣与(3)式比较，璺璺鉴茎!竺!!!!!二垒121一K f o一4△f2兀11C”(f o一岔f)f i．，、一4A f(1一K)一L一■再—Fi丁‘=百可—i：：i n‘次谐振回路的三相总电容C。。C3 n=4△f(1一K)2兀n2K(f o一△f)2X lmf”其标称工频无功容量Q3“=U12∞oC3n一30一(8)(4)4△f(1一K)U l2∞o2“n2K(f o一△f)2X lm‘n一4△f(1一K)S dm。。f0且2K(f o一△f)2‘K的选择应受到前面所说的邑。，值的限制，亦即流入电网的最大允许谐波电流应不大于其临界值I，。。，1：因为毫。，是在统计规律的基础上确定的，因而可以不必细加考虑不同整流器的最小控制角o【。。。和K。值的差异，认为矿一I7n e，一P。e，一毫e，S d—I nP8P8最保守的考虑是Sd=Sdmf。，则K=粤(毫=———1—·———一●芒一 f。I’P。Sdmf n因K<1．故毫>薹。，，当童≤专。，时不必考虑谐波抑制。得Q3“=4△f s批z f。(1一--％上) n2…一△…旱4△fPm(1一々一)I"I2(f o一△f)2量。，Sdmd∞Sdml n考虑R。的存在÷设计时使谐振回路最大电抗减小5％，则Q。。：～一磐拿』旦譬晕了∑二：I!靼(5)／1 b0，、妣”一1丁订了i丽—_T-1丽。7公式(5)即为谐振电容的频率偏移法计算公式。工翟计算中可取f。=50赫，△f=2赫，则式(5)可化为，．毫t，、’一，Q。o』粤一!≠’蒜 c6，(注；上式—鲨较大时，可以用—F兰』{警旦一来代替。下速公式中的—鲨一项3dm c件3d佛d￡+3dml n’3d晴‘冉都作同样理解，不另说明。)1，按频率偏移法选择的谐振电容量一般比较小，这当然对避免谐振回路的等效工频羌功引起过补偿的现象有利，但电容量过小，谐振电压就会相当大，通过单元电容器的谐波电流也较大，会给电容器的选择带来相当大的困难。因此，一般应在不超过工频无功补偿量的范围内，适当增大谐振电容。．_．另一方面，由于上述方法将1"1次谐振回路对13．次谐波的谐振点调整在该次谐波频带的最小点，这样有利于避免电网频率波动时该次谐振回路的等效容抗和电网感抗产生并联谐振的现象，但仍然有可能在其它次谐波的频带中发生这种谐振，也有可能在其本身的频带中或者是在其它次谐波频带中产生各次谐振回路之间或者是和电网侧的补偿电容之间的并联谐振现。．象。因此，根据频率偏移法选得电容后，还应据式(2)进行计算，绘制系统的阻抗一频奉酶性图，、对上述情况加以检鸯，必要对应调聱各次凰路构CⅢ篓德蠛馥察其浩擐点：‘。分析肘常常7、、．·．‘一零童意，须考虑R。的影响。图3是】=2相整流器P s2告sd—t*， f。25。赫，△f=2赫，R n=。，{言专}=1．55时的11、13次及23、25次谐振回路的Z—f特性。图3Z—f特性曲线‘从图3可见，要避免并联谐振，应力求避免实线和虚线在影阴区域内相交，图中f点即为并联谐振点，f点落入阴影区的原因是23及25次的谐波频带较宽。e点虽落入阴影区，但由于Z t-在此点的感抗很小，此点的感抗并联值很小，不会发生并联谐振。图8中，A、B两点靠得很近，主要原因是C。较大，由于谐振回路电阻R。的存在和电容器电容的温度漂移或者由于电网频率的不正常波动等等原因，都可能使C点落入阴影区产生并联谐振。 j要消除z—f曲线上的这些缺陷，可以改变C。，或者改变f佛点使曲线移动，移动对曲线形状会有所改变。但必须兼顾抑制效果，并避免某些次谐振回路的电流或电压负担增大。一般的说，谐振点的移动以在该次谐波频带内及其附近为佳。，比如，我们可以使Z z。右移使“。移至25次谐波频带之外，这样f点可以离开阴影区，但25次谐振回路的抑制效果将大为丧失，且将大大增大23次回路的谐波电流，与其如此，。不如取消筋次回路，，将其电容并到23次回路，并将f z s右移至1200赫处为佳。因C。加大，其频带变绩艮。有时泌须复校其它次谐●●一32一‘-‘，，波杂散电流的影响。又如要拉开A、B两点的距离时，可以将C-。减小，或者移动Z-t或Z-s，或者将其合并等等，总之，要根据具体情况兼顾各种要求加以处理。在6相整流中，由于5、7、11、13次谐波分量都比较大，一般均必须考虑抑制，其谐波频带又靠得比较近，互相之间的影响比较复杂，调整时尤须多方面统筹兼顾妥当处理。还须指出，随着我国社会主义建设事业日新月异地迅速发展，电业部门提供的S dma一和S d。‘。范围不时有所变动，设计时亦须考虑这个因索，以便随之而调整。图8中未考虑母线上其余补偿电容器的影响，当母线上接有相当数量的补偿电容时，仍然有可能形成这些电容和电网感抗发生并联谐振的现象，此时可在这些补偿电容回路中串接电抗器，组成低通滤波器，谐振点应调整在电网高次谐波电流中的最低次以下。谐振电容无功量Q。。的最后确定，还必须综合考虑其他要求。例如，、当系统不允许整流器过补偿时，Q。。必须和整流器的实际无功相配合；谐振电容的参数应能和国内可供选择的电容器规格性能相适应；同时还应考虑其补偿换流损耗的能力，这样才有可能把谐振抑制的方法应用到工程实践中去并收到预期的效果。下面就这几个方面的问题加以讨论。2．与整流器实际无功量的配合谐振回路接于工频母线上?其工频阻抗为Z。o z旷一j暑[1一({})2] f。为谐振频率，如按上述调整即f。=11(f o—A f)则Z no一一j}l l一÷c呈容性阻抗，等值工频无功量 f o f o一△fQ。=Q。c[1一古c志(7)当n≥5时，Q n—Q no即谐振回路的等值工频无功量近似等于谐振电容的工频无功容量。因此，谐振回路也同样可看成是工频无功补偿装置．其无功补偿额就认为是谐振电容的标称容量。，另一方面，整流器在输出有功功率即直流功率时，交流侧将伴随无功的传送。在需要考虑谐波抑制的范围内，整流器的毫值大于临界值，整流器容量较大，其无功功率对馈电母线端说来有时可能占相当大的分量，起着举足轻重的影响，因而实际网铬中有时将要求整流器在运行过程中必须限制其过补偿或欠补偿的范围，以保证供电质量和母线上负荷设备的安全运行。因此，在这种不允许整流器过补偿的运行条件下，谐振回路的等效无功就必然要限制在整流器的实际无功量范围之内，并且根据运行靓律加以调节，使得谐振回路随工况调整时既能保证对谐波电流有同等的抑制作用又不致引起过补偿，这就是上述的谐振回路等值无功量与整流器实际无功量的配合问题．下文简称为“无功的配合”。．整流器的无功可以自无功圆图求得，图4是n种典型线路的无功圆图。无功圆图是在整流电流为某—定值，即Id=Id‘时作出的，因此无功圆图实际上包含如下两个含义，即整流器无功和Id成正比，而当Id一定时则和有功功率P存在着如圆图所示的关系。工程计算中，可简单理解为Q正比于Id，同时随控制角a而改变。。?，：：，?·．_·一33一 t1引j、，┏━━━━━━━┳━━━━━┓┃S┃～～／l┃┃／，一一┃一＼＼┃┃笊┃／／弋，┃┃┃／、’┃┗━━━━━━━┻━━━━━┛，三褶全控抒52终晏垄剖羹量，d。．