[发明专利]一种变压器集成调控滤波系统谐波电流分布计算方法

权利要求书

1.一种变压器集成调控滤波系统谐波电流分布计算方法，所述变压器集成调控滤波系统包括一台集成滤波电抗型感应滤波变压器和一条由调谐滤波器和有源滤波器构成的滤波支路；

所述集成滤波电抗型感应滤波变压器采用四绕组式排布，并分别编号一至四；一号绕组为网侧绕组，采用星形接法；二号绕组为负载绕组，采用星形接法；三号绕组为滤波绕组，采用角形接法，其等效阻抗为零；四号绕组为集成滤波电抗器，其由匝数相等的两段子线圈反向串联而成以实现其与一至三号绕组之间的功率解耦；

所述滤波支路包括一组全调谐设计的单调谐滤波器和一台采用虚拟阻抗控制策略的电压源型逆变器；

其特征在于，所述谐波电流分布计算方法包括如下步骤：

根据基本电路的电流电压关系式，建立了变压器集成调控滤波系统的电磁解耦数学模型，获得了集成滤波电抗器与集成滤波电抗型感应滤波变压器供电绕组之间互感的网侧电流定量计算关系式，具体如下：

滤波支路的交流端出口电压V_cmn满足如下关系式：

V_cmn＝K_n·I_SMn (1)

其中，K_n是量纲为欧姆的虚拟阻抗，也可等效为一个纯电阻，I_SMn为网侧谐波电流，“M”代表“A、B、C”三相，“m”代表“a、b、c”三相，下标“n”代表谐波次数；

根据磁势平衡原理，可得变压器绕组之间的电流关系：

N₁I_SMn+N₂I_LMn+N₃I_3mn＝0 (2)

式中，I_LMn是负载绕组电流；I_3mn是滤波绕组电流；N₁、N₂、N₃分别为变压器一至三号绕组的匝数；

根据基尔霍夫电流电压定律，可得公式2-4：

V_1Mn＝V_SMn-Z_SnI_SMn (2)

按照多绕组变压器电压平衡方程式可得公式5：

上式2-5中，j是虚数单位，ω是角速度；V_1Mn、V_2Mn、V_3mn和V_4mn分别是变压器一到四号绕组上的电压；I_SMn、I_LMn、I_3mn和I_fmn分别是网侧谐波电流、负载绕组电流、流经滤波绕组电流和滤波支路电流；V_SMn和Z_Sn是电网电压和系统阻抗；V_mon是滤波支路相电压；L₁-L₄，R₁-R₄分别为各绕组的漏自感和内阻，M_xy为x号绕组和y号绕组间的互感，x或y＝1,2,3,4，E_xMn为x号绕组中的感应电动势；C_f是滤波电容器容值；

结合上述关系式1-5，考虑负载谐波电流时，变压器集成调控滤波系统网侧谐波电流与负载谐波源之间的分布可作如下表达：

式中，Z_A1、Z_A2、Z_P均为系统特性阻抗，该特性阻抗由系统各部分的阻抗参数所决定，其具体表达式为：

式中，Z_1n、Z_3n为变压器一号和三号绕组的等值阻抗；Z_fn为单调谐滤波器的等值阻抗；Z_1n、Z_3n和Z_fn可作如下表述：

为实施感应滤波方法，需满足在特定谐波频率下的零阻抗设计，即Z_3n＝0，Z_fn＝0。

2.根据权利要求1所述的变压器集成调控滤波系统谐波电流分布计算方法，其特征在于，利用推导得到的谐波分布矩阵计算关系式可对变压器集成调控滤波系统滤波性能做如下分析：

首先，由有限元电磁仿真软件获取集成滤波电抗型感应滤波变压器的基本电感矩阵，该矩阵由变压器所有线圈的自感和互感组成；

然后，将基本电感矩阵的元素代入Z_3n和Z_fn的表达式，可判断该滤波系统是否满足实施感应滤波方法的基本前提；

最后，将Z_1n、Z_3n、Z_fn及基本电感矩阵元素代入系统特性阻抗表达式和变压器网侧电流表达式，可获知经滤波系统之后网侧谐波电流的残余量，并依此判断该滤波系统的滤波性能。