论文部分内容阅读
摘要：分析中性线电流产生的原因，中性线电流超载的危害。介绍中线性滤波器专用于治理中线性电流超载的基本原理，及结合实际使用案例，来陈述中线性滤波器是解决系统零序谐波导致中性线电流超载问题的有效方案。
关键词：中线性滤波器 零序谐波 谐波 零序电流 中线性电流 非线性负载
1. 前言
随着城市的快速发展，种类繁多的电器，其所造成的谐波污染受到各国的谐波治理专家学者不断的深化研究，致力于提出治理谐波的有效方案。从起初的LC串联调谐滤波器，到双带通滤波器，再到阻尼滤波器，又从无源滤波器发展到有源滤波器，近年来，业界又出现了一种新型谐波滤波器-中线性滤波器，它专用于吸收中线性的零序电流，对中线性的零序电流问题提供了有效的解决方案。
2. 中线性电流的产生（只考虑非线性负载产生谐波电流）
实际电网中通常含有非线性负载，这些非线性负载在工频正弦电压作用下，会产生高频谐波电流，通常为3、5、7、9……次谐波等等，其中3、6、9、12……3k次谐波产生零序电流（k为正整数），2、5、8……3k-1次谐波产生负序电流，7、13……3k+1次谐波产生正序电流。
需要注意的是3、6、9……次零序谐波（特别是3次谐波），这些谐波大量存在于低压电气系统中，主要是由荧光炮、节能保温灯电子整流器、UPS（不间断电源）、相控设备、高频设备、变频设备以及计算机设备等脉宽调制（PWM）模式电源设备产生的，这些谐波在存在将产生零序电流，从而在中线性中叠加产生大量的中性线电流。
图1表示含有3次谐波的三相电流在中性线中的叠加现象：
3. 中线性滤波器原理
电网中谐波的存在，会对电气系统的正常工作造成多种负面影响和危害，而零序谐波的存在，将导致中性线产生的电流甚至超载，中性线的过热，使绝缘加速老化，造成系统短路故障，严重的甚至诱发火灾。因此，如何解决中线性的电流，是业界关注的焦点。
中线性滤波器为我们提供一种全新的治理方案，它专门用于冶理中线性上的电流，有效抑制零序电流。笔者针对拥有相关专利权的光达电气公司生产的ZSFGD系列滤波器进行了深入的研究，分析了中线性滤波器的基本原理，图2为中性线滤波器在三相四线制配电系统中的安装示意图。图中ZZn为滤波器阻抗；ZLn为滤波器与负载间的中线阻抗；ZSn为滤波器与电源间的中线阻抗；ZS为系统阻抗。
图3所示是与图2所示的滤波器安装示意图所对应的滤波原理图，图中电流源iS0代表零序谐波电源，它包括由非线性负荷引起的零序谐波电流分量。
根据图3 的滤波分析原理图知，在加装中性线滤波器后，系统电源侧的零序电流分量表达式如下
iSn=ZZn/（ZS+ZSn+ZZn）*iS0（1），由于中性线滤波器电抗器的零序阻抗接近于零，即有Zzn≈0，根据式（1）的计算结果知，只要中性线滤波器的零序阻抗设计得尽量小，通过它的分流作用，系统零序谐波电流都可得到很大程度的滤除。对于零序电流而言是一个低阻抗（ZZn，0），能使零序电流短路，滤除3次谐波电流；另一方面，它对于正、反向电流而言则是一个无穷大的阻抗（ZZn，V）。特殊的电路及磁路结构。可使负载中性线与电网中性线进行隔离，且不会造成负载端中性线电压的偏移。在电气回路中接入中性线谐波滤波器后，通过阻止了零序电流流过电源，同时通过将零序电流短路，使得电源端不会加载零序谐波电压，从而避免对电源产生干扰。
4. 应用实例
某大型数据机楼的一层配电室，其负载的主要设备是：大量的荧光灯和节能灯、UPS电源以及计算机、打印机、复印机等办公设备。从负载的特性上来看，它们可能产生大量的零序谐波，造成中性线电缆电流过大，超载，发热，存在火灾的安全隐患。通过使用电能质量分析仪进行测试，证实了这一点。在配电箱进线端安装一台中性线滤波器，型号为ZSFGD-300/0.4，额定电流为300A。对比测试的结果如下图表所示：
安装中性线滤波器后，测试点的相线电流频谱图如图5所示。
对比测试结果表明，在安装中性线零序谐波滤波器之后，测试点中性线电流锐减。主要是由于零序谐波电流H3的锐减引起，同时，负序谐波电流（H5、H11…）和正序谐波电流（H7、H13… ）几乎没有改变。
5. 总结
中性线滤波器采用了纯电感式的特色技术。是一种专门针对中性线滤波器。无需滤波电容器，可靠性高，维护简单方便，为解决由于零序谐波导致中性线电流超载问题提供了有效的实施方案。
参考文献：
1.张选正，徐智林，张金远.《谐波治理与无功补偿技术问答》.北京：化学工业出版社，2009；
2.贺益康，潘再平.《电力电子技术》.北京：科学出版社，2004；
3.王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].2版.北京：机械工业出版社，2005；
4.俞永杰.串联电抗器的谐波抑制与电抗率选择[J].电气应用，2005，24（3）：74—77；
5.杨昌兴，华水荣.关于串联电抗器选用疑题的剖析[J].电力电容器，2001（4）：15—20；
6.刘介才.供配电实用手册[M].北京：中国电力出版社；
7.GB/T14549—93.电能质量公用电网谐波标准[S]；
8.陈振生.电网谐波的危害及抑制技术[J].电气开关，2003（6）；1-3.
9.肖湘宁.电能质量分析与控制.北京：中国电力出版社，2004.
10.钱照明，叶忠明，董伯藩.谐波抑制技术.电力系统自动化，1997；
11.李国栋，冯力鸿.曲折接线变压器抑制零序三次諧波电流方法研究[J].现代电力，2006，23（6）40-44.
12.吴坚.消除电网三次谐波[J].低压电器，2003；
作者简介：
吴景营（1985-），男，本科，电气工程师，主要从事谐波冶理及无功补偿的电能质量产品设计、生产工作。
关键词：中线性滤波器 零序谐波 谐波 零序电流 中线性电流 非线性负载
1. 前言
随着城市的快速发展，种类繁多的电器，其所造成的谐波污染受到各国的谐波治理专家学者不断的深化研究，致力于提出治理谐波的有效方案。从起初的LC串联调谐滤波器，到双带通滤波器，再到阻尼滤波器，又从无源滤波器发展到有源滤波器，近年来，业界又出现了一种新型谐波滤波器-中线性滤波器，它专用于吸收中线性的零序电流，对中线性的零序电流问题提供了有效的解决方案。
2. 中线性电流的产生（只考虑非线性负载产生谐波电流）
实际电网中通常含有非线性负载，这些非线性负载在工频正弦电压作用下，会产生高频谐波电流，通常为3、5、7、9……次谐波等等，其中3、6、9、12……3k次谐波产生零序电流（k为正整数），2、5、8……3k-1次谐波产生负序电流，7、13……3k+1次谐波产生正序电流。
需要注意的是3、6、9……次零序谐波（特别是3次谐波），这些谐波大量存在于低压电气系统中，主要是由荧光炮、节能保温灯电子整流器、UPS（不间断电源）、相控设备、高频设备、变频设备以及计算机设备等脉宽调制（PWM）模式电源设备产生的，这些谐波在存在将产生零序电流，从而在中线性中叠加产生大量的中性线电流。
图1表示含有3次谐波的三相电流在中性线中的叠加现象：
3. 中线性滤波器原理
电网中谐波的存在，会对电气系统的正常工作造成多种负面影响和危害，而零序谐波的存在，将导致中性线产生的电流甚至超载，中性线的过热，使绝缘加速老化，造成系统短路故障，严重的甚至诱发火灾。因此，如何解决中线性的电流，是业界关注的焦点。
中线性滤波器为我们提供一种全新的治理方案，它专门用于冶理中线性上的电流，有效抑制零序电流。笔者针对拥有相关专利权的光达电气公司生产的ZSFGD系列滤波器进行了深入的研究，分析了中线性滤波器的基本原理，图2为中性线滤波器在三相四线制配电系统中的安装示意图。图中ZZn为滤波器阻抗；ZLn为滤波器与负载间的中线阻抗；ZSn为滤波器与电源间的中线阻抗；ZS为系统阻抗。
图3所示是与图2所示的滤波器安装示意图所对应的滤波原理图，图中电流源iS0代表零序谐波电源，它包括由非线性负荷引起的零序谐波电流分量。
根据图3 的滤波分析原理图知，在加装中性线滤波器后，系统电源侧的零序电流分量表达式如下
iSn=ZZn/（ZS+ZSn+ZZn）*iS0（1），由于中性线滤波器电抗器的零序阻抗接近于零，即有Zzn≈0，根据式（1）的计算结果知，只要中性线滤波器的零序阻抗设计得尽量小，通过它的分流作用，系统零序谐波电流都可得到很大程度的滤除。对于零序电流而言是一个低阻抗（ZZn，0），能使零序电流短路，滤除3次谐波电流；另一方面，它对于正、反向电流而言则是一个无穷大的阻抗（ZZn，V）。特殊的电路及磁路结构。可使负载中性线与电网中性线进行隔离，且不会造成负载端中性线电压的偏移。在电气回路中接入中性线谐波滤波器后，通过阻止了零序电流流过电源，同时通过将零序电流短路，使得电源端不会加载零序谐波电压，从而避免对电源产生干扰。
4. 应用实例
某大型数据机楼的一层配电室，其负载的主要设备是：大量的荧光灯和节能灯、UPS电源以及计算机、打印机、复印机等办公设备。从负载的特性上来看，它们可能产生大量的零序谐波，造成中性线电缆电流过大，超载，发热，存在火灾的安全隐患。通过使用电能质量分析仪进行测试，证实了这一点。在配电箱进线端安装一台中性线滤波器，型号为ZSFGD-300/0.4，额定电流为300A。对比测试的结果如下图表所示：
安装中性线滤波器后，测试点的相线电流频谱图如图5所示。
对比测试结果表明，在安装中性线零序谐波滤波器之后，测试点中性线电流锐减。主要是由于零序谐波电流H3的锐减引起，同时，负序谐波电流（H5、H11…）和正序谐波电流（H7、H13… ）几乎没有改变。
5. 总结
中性线滤波器采用了纯电感式的特色技术。是一种专门针对中性线滤波器。无需滤波电容器，可靠性高，维护简单方便，为解决由于零序谐波导致中性线电流超载问题提供了有效的实施方案。
参考文献：
1.张选正，徐智林，张金远.《谐波治理与无功补偿技术问答》.北京：化学工业出版社，2009；
2.贺益康，潘再平.《电力电子技术》.北京：科学出版社，2004；
3.王兆安，杨君，刘进军.谐波抑制和无功功率补偿[M].2版.北京：机械工业出版社，2005；
4.俞永杰.串联电抗器的谐波抑制与电抗率选择[J].电气应用，2005，24（3）：74—77；
5.杨昌兴，华水荣.关于串联电抗器选用疑题的剖析[J].电力电容器，2001（4）：15—20；
6.刘介才.供配电实用手册[M].北京：中国电力出版社；
7.GB/T14549—93.电能质量公用电网谐波标准[S]；
8.陈振生.电网谐波的危害及抑制技术[J].电气开关，2003（6）；1-3.
9.肖湘宁.电能质量分析与控制.北京：中国电力出版社，2004.
10.钱照明，叶忠明，董伯藩.谐波抑制技术.电力系统自动化，1997；
11.李国栋，冯力鸿.曲折接线变压器抑制零序三次諧波电流方法研究[J].现代电力，2006，23（6）40-44.
12.吴坚.消除电网三次谐波[J].低压电器，2003；
作者简介：
吴景营（1985-），男，本科，电气工程师，主要从事谐波冶理及无功补偿的电能质量产品设计、生产工作。