晶闸管整流装置的谐波

1 晶闸管整流装置的谐波分析

谐波电流注入电网，使供电系统各处电压产生谐波分量，有可能和供电系统形成并联谐振或串联谐振，所在供电系统接入大功率的整流装置之前，应进行谐波分析，预测谐波量的大小及产生的危害，并提出相应的抑制措施。

整流装置所产生的谐波，有特征谐波和非特征谐波之分。特征谐波是指整流装置运行在正常条件下所产生的谐波，所谓正常条件是指：（1）网侧电压各相对称且为正弦波；（2）变压器、整流臂（阀）的参数和整流延迟角也对称；（3）直流侧电流为理想恒定值。特征谐波具有离散性的幅值频谱，可利用数学方法进行比较准确的计算。下面以中国铝业河南分公司水电厂（以下简称：河电）整流直降工程中的整流装置为例来分析晶闸管整流产生的高次谐波的特征。

1.1 晶闸管整流设备的概况

河电整流所现装备4组整流直降机组，4台整流变压器参数如下：

A

I kVA

S V

kV U ZHSFP

N N N )142802/(74.249:49588:1005/115:⨯型号：

接线方式：N d n I I U d d Y %23.0%;84.10;/115==Φ

移相角分别为： 5.22,5.7,5.7,5.22++--

4台整流柜参数如下： 输入电压：V 1000~3 AC

接线方式：同相逆并联

额定输出：40.25MW

输出电压：1120V DC

输出电流：35000A DC

其接线方式如图1

所示

每台整流变阀侧共有两组（共6相）交流绕组，以#

1变为例，即分别输出111111c b a 、、和121212c b a 、、两组三相对称交流电压，同相之间互差 180电角度，与网侧绕组分别组成11/d Y n 和5/d Y n 的接线组别，考虑到4台整流变相邻之间有 15的移相角（即从 5.22~5.7~5.7~5.22--++）则整流变阀侧电压相序如图2所示。

整流柜采用同相逆并联的接线方式，组成两组三相桥式全控整流电路，其整流柜接线如图3（以整流柜接线为例，每个桥臂上有四个晶闸管并联使用，图中只画出一个）所示。

从图1~图3的分析可知：河电直降整流系统，在4台整流机组同时运行时，对于110kV 的网侧来说，等效于一个整流相数为24相，整流脉波数P=48的整流线路。则该整流系统在网侧所产生的高次谐波的谐波次数n 由下式决定：

1±=kp n

式中：

整流脉波数

；

、、自然数，取谐波次数；

------p k n (321)

可见，当k 取自然数时，该系统所产生的谐波次数n=47、49、95......。以上的结论，是基于这样的一个条件，即4台机组同时运行并且接在一条母线上组成一个等效24相、对称的整流系统。但在实际应用中，如若4台机组中有一台退出运行，或者是4台机组不在同一条母线上运行时，情况就不同了，此时，整流机组所产生的谐波量将大大增加，且所产生的特征谐波也只能由三相桥式整流方式来决定了。

1.2 晶闸管整流装置的谐波分析

如图3中，设整流柜输出直流电流为d I ，以整流变阀侧A 相为例，设A 相电流为a i ，若设晶闸管触发延迟角

0=α，则a i 的波形如图4所示：

a i 的表达式为：

⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧<≤<≤<≤--<≤---<≤-==ππππππππππwt wt I wt wt I wt wt f i d

d a 6/506/56/6/6/0

6/6/56/50)(

从a i 的函数表达式及a i 的图形中可清晰地看出：该函数)(wt f i a =的周期是π2，每只晶闸管在一个整流周期内导通3/2π，并且符合狄利克雷收敛定理的条件，那么，该函数a i 一定能用傅里叶级数来表达。根据该函数a i 的特点，a i 的傅里叶级数展开式为：