在电力系统中的串联谐振电源-论文发表__墨水学术,论文发表,发表

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:143

副标题#e#
　　在电力系统中的串联谐振电源
　　杨雪莲
　　浙江省邮电器材公司杭州设备分公司
　　【摘要】本文简要认识谐振现象，掌握RLC串联谐振产生的条件和它的特性，以及电力系统中谐振产生的原因。既要利用串联谐振，让它为电力行业服务，又要防止它对电力系统造成危害。并例举运用串联谐振原理而被广泛用于电力行业的变频串联谐振试验装置，用以说明串联谐振电源在电力系统应用中所具有的优势。
　　【关键词】串联谐振（SeriesResonant），电力系统（ElectricPowerSystem）,
　　变频串联谐振（RXFrequencySeriesResonant）
　　在电力系统中的串联谐振电源
　　串联谐振（SeriesResonant）在具有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流位相一般是不同的。如果我们调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们位相相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。在谐振状态下，电路的总阻抗达到极值或近似达到极值。研究谐振的目的就是要认识这种客观现象，并在科学和应用技术上充分利用谐振的特征，同时又要预防它所产生的危害。按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振两种。
　　在电阻R、电感L及电容C所组成的串联电路内，当容抗XC与感抗XL相等时，即XC＝XL，阻抗角∮＝0，电路中的电压U与电流I的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振(也称为电压谐振)。当电路发生串联谐振时，电路的阻抗Z=[R2+（XC-XL）2]1/2=R,电路中总阻抗最小，电路呈电阻性。在电压U不变的情况下，电流I将达到最大值。由于谐振时XL=XC，所以UL=UC，而UL和Uc的相位相反，相加时互相抵消，所以电阻上的电压等于电源电压。LC谐波滤除装置就是利用串联谐振的特点，分别虑除主要各次谐波。在普通无功补偿装置中应避免串联谐振，这是因为，当串联谐振发生时，电容元件上的电压将增高，这样很可能导致电容器绝缘层被击穿或者电流过大而烧坏。串联谐振会产生过电压，可能击穿电力设备的绝缘，从而造成电力系统故障。
　　RLC串联谐振电路中，谐振电路的选频特性通常用Q值表示，Q值越大，则选频特性越好。为充分发挥串联谐振的选频作用，对于串联电路，Q=ωL/R=1/ωCR，因此，R=（外阻+内阻）越小越好。对于并联电路，则R越大越好。当然，还要考虑到功率输出最大问题，所以，一般是内阻等于外阻。如果信号源一定时，外设电阻一定时，要适当调整外围的电容、电感，以增加电路的选频特性。
　　串联谐振（SeriesResonant）由隔离变压器、调频调压电源、激励变压器、电抗器和电容分压器组成。被试品的电容与电抗器构成串联谐振连接方式；分压器并联在被试品上，用于测量被试品上的谐振电压，并作过压保护信号；调频功率输出经激励变压器耦合给串联谐振回路，提供串联谐振的激励功率。
　　谐振过电压是指在电力系统中铁芯电感元件，如发电机、变压器、电压互感器等非线性元件和系统中的电容元件组成许多复杂的振荡回路，如果满足一定的条件，就可能发生谐振，常常引起严重的、持续时间较长的过电压。
　　在一般电力系统中，通常容易识别潜在的谐振电路，因为谐波比尖峰更容易分析，而且处理方法也较容易。谐振电流和电压的产生，必须具备谐振电路和激励两个条件，如果两个条件成立，将会造成振荡，从而引发过电流和过电压。
　　下面对这两个条件做简要分析。
　　在确定谐振产生的第一个判据（即谐振电路）时，重点应了解谐振频率是否匹配激励频率。谐振频率取决于电路的电感（L）和电容（C）：f=1/（2л*SQRT（LC））其中：f的单位是赫兹，L的单位是亨，C的单位是法拉。在电力系统中，L和C主要包括以下因素：
　　a.变压器阻抗（Z）（铭牌标注），这是电力系统中主要的感性元件。
　　b.变压器与电容器之间电力线路的阻抗#p#副标题#e#（电抗）（计算值）。
　　c.变压器之前供电系统的等值阻抗，通常由当地供电部门以阻抗(Z)或短路容量(KVA)的形式给出。
　　d.所研究电路内电容器额定容量（KVAR），如果电容器遍布配电系统，则可首先近似地考虑装在负荷中心的电容器。可以通过现场试验确定系统的电抗，具体作法是：根据已知的电容，将一些激励施加到电路上，观察振荡频率，然后推算出电感及电抗。示波器（最好具有屏幕记忆功能）可以读出震荡频率，其波型图将记录线路的状况。采用示波器分析谐波时应注意，5次以上谐波（如11次）的幅值，在扫描时可能已经发生了变化，因此只可用于定性分析。
　　实际应用系统中，一般发生的是并联谐振。即用户的非线性负载产生的谐波电流Ih，在经由电容器组电容和供电网电感（含变压器）形成的并联谐振回路，由于谐振发生，流经变压器和电容器的谐波电流It和Ic被放大到10-15倍。被放大的谐波电流将导致电容器和变压器内部组件过热甚至损坏。
　　另一种较少见的谐振串联谐振，它是在上一级供电网系统电压发生波形畸变的情况下，由电容器和供电变压器之短路电感形成的串联谐振回路会吸引高次谐波电流流入电容器，串联谐振可导致在变压器的低压侧和电容器上出现很高的谐振电压，引起电容器或变压器的绝缘击穿。
　　从安全角度考虑，调度中心在系统恢复时应根据具体情况尽可能采取投低抗、切电容、双回线只充一回、充短线路、低电压等级线路等措施来限制线路末端的高电压。
　　变频串联谐振（RXFrequencySeriesResonant）试验装置是运用串联谐振原理，利用励磁变压器激发串联谐振回路，调节变频控制器的输出频率，使回路电感L和试品C串联谐振，谐振电压即为加到试品上电压。变频谐振试验装置广泛用于电力、冶金、石油、化工等行业，适用于大容量，高电压的电容性试品的交接和预防性试验。
　　发电机交流耐压试验要求采用工频电压，目前国标对工频电压的频率定义为45Hz～65Hz，但是在很多试验场合，要求对发电机进行的是50Hz±2Hz的交流试验，而发电机定子绕组的对地电容量又比较大，国内目前大多数试验单位采用的是谐振变压器对它进行试验，但是谐振变压器本身很重，动辄上吨，现场试验很不方便。因此制造了调频调感式发电机交流耐压谐振升压装置。
　　该系列装置既可以采用调整电抗器电感量的方式达到谐振状态，也可以采用调整系统工作频率的方式达到谐振状态，还可以同时采用上述两种方式达到谐振状态。当需要什么频率做试验时，就将激励源的频率调整到需要的频率，然后根据被试品的电容量调节电抗器的感抗，使系统谐振，产生高压，在升压过程中，如果谐振点偏离，可以通过微调频率的方式准确找到谐振点，保证高Q值，从而最大程度的减小电源容量和试验设备体积重量。
　　该系列装置与交流耐压同类装置相比，具有多种革命性技术优势：
　　1.做同电压等级、同容量的发电机交流耐压试验其设备整体重量大大减轻，且单件设备重量小于60公斤，彻底解决现场搬运困难问题；
　　2.整套装置原理先进，同时应用新型调频调感技术，严格保证发电机工频耐压试验要求；适用范围宽，大大提升设备使用价值；
　　3.配置20Hz－300Hz变频控制源，其保护功能强，输出波形好，稳定性好，具备多种工作模式，操作方便，而且采用220V单相电源，方便现场取电；
　　4.先调感后调频方式能准确找到最大Q点，避免电压上升导致的谐振偏移；
　　5.配置灵活，扩展功能强。可选配不同类型电抗器或采用多节串并联的方式，满足电力系统所有容性试品试验要求；同时可以满足需要做工频试验的场合，也可以满足变频方式做试验的场合；实现一机多用，性价比高。
　　综上所述，总结串联谐振电源（seriesresonantinverter）在电力系统应用中有5点优点：
　　1、所需电源容量大大#p#副标题#e#减小。串联谐振电源是利用谐振电抗器和被试品电容谐振产生高电压和大电流的，在整个系统中，电源只需要提供系统中有功消耗的部分，因此，试验所需的电源功率只有试验容量的1/Q.
　　2、设备的重量和体积大大减少。串联谐振电源中，不但省去了笨重的大功率调压装置和普通的大功率工频试验变压器，而且，谐振激磁电源只需试验容量的1/Q，使得系统重量和体积大大减少，一般为普通试验装置的1/5-1/10.
　　3、改善输出电压的波形。谐振电源是谐振式滤波电路，能改善输出电压的波形畸变，获得很好的正弦波形，有效的防止了谐波峰值对试品的误击穿。
　　4、防止大的短路电流烧伤故障点。在串联谐振状态，当试品的绝缘弱点被击穿时，电路立即脱谐，回路电流迅速下降为正常试验电流的1/Q。而并联谐振或者试验变压器方式做耐压试验时，击穿电流立即上升几十倍，两者相比，短路电流，击穿电流相差数百倍。所以，串联谐振能有效的找到绝缘弱点，又不存在大的短路电流烧伤故障点的忧患。
　　5、不会出现任何恢复过电压。试品发生击穿时，因失去谐振条件，高电压也立即消失，电弧即可熄灭，且恢复电压的再建立过程很长，很容易在再次达到闪落电压前断开电源，这种电压的恢复过程是一种能量积累的间歇振荡过程，其过程长，而且，不会出现任何恢复过电压。
　　因此，在电力系统中既要利用串联谐振电源产生的高电压和大电流，又要避免谐振引发的过电流和过电压。
　　【参考文献】周峰;《变频串联谐振设备在发电机交流耐压试验中的应用》；科技资讯，2006年07期