赵北涛

（国网天津市电力公司武清供电分公司，天津 301722）

含分布式电源的分布式发电设备包括风力发电、光伏发电、太阳能发电等，与传统发电相比，分散发电与用户之间的距离更近，碳排放量更少，环境污染也更小。根据负荷需求，灵活地选用不同用电方式并联合大电网，以增强供电可靠性。然而，由于采用了分布式电源，给配电系统带来一些不利影响。由于将大量的直流电通过接地电极注入到地表，在接近极点的地方形成了一个恒定直流电场。在配电系统中存在着一种由地面输入的电流，再由另一台（变压器中间线）输出电位差值。由于配电变压器额定工作点位于铁心磁化曲线饱和处，若有直流电流通过变压器线圈，则使变压器铁心磁场的工作点与设计值有偏差，从而产生直流偏移，严重时可能导致变压器损坏。

因此，如何有效抑制电磁干扰对配电变压器的影响，是确保电力系统正常工作的关键。当前应用较多的方法主要有两种，分别为基于LC 滤波的抑制方法和基于空域对消的抑制方法。基于LC 滤波抑制方法充分考虑配电变压器短路阻抗和额定容量的影响，计算配电变压器的谐波电流值。当该谐波电流数值超过设定的阈值时，通过三相全控整流方式抑制电磁干扰[1]；基于空域对消的抑制方法在缺失电磁干扰数据的情况下，依然能够模拟出配电变压环境，在该环境下使用嵌入时域信号处理方式，能够获取有效电磁干扰幅值，由此实现电磁干扰抑制[2]。

但是上述这两种方法对稳态情况下的电磁干扰研究仍不够深入，对配电变压器稳态电磁干扰的抑制效果不佳，因此，该研究提出了含分布式电源的配电变压器稳态电磁干扰抑制方法。

1 配电变压器稳态特性

首先，建立配电变压器潮流方程，根据配电变压器辐射型结构的特点，在潮流计算过程中，通常将传送端母线处理为平衡节点，其他节点处理为PQ 节点[3]。对于PQ 节点潮流计算过程如下：计算含分布式电源机组并网后的有功功率P如下：

式中，P1表示有功功率；P2表示初始功率。

设机组并网后的吸收无功功率为W1，机组并网前的负荷功率为W2，无功补偿装置所补偿的无功功率为W3，则含分布式电源的机组并网后节点注入的无功功率W为：

为了实现自动投切，并联一组电容器，保证机组功率因素在允许范围内变化，由此得到的无功补偿装置功率因数可表示为：

式中，W′1 表示补偿装置补偿下的无功功率[4]。通过这种处理方式在每次迭代处理过程中，分布式电源是无功输出的，所以有功和无功总是恒定的。在确切的功率因数稳定裕度指标下，设计了电磁干扰抑制方案[5]。

2 电磁干扰抑制方案

配电变压器是电力系统中的一个关键设备，电流偏磁是变压器在遭受电磁干扰后的一种特殊工作状态。在变压器线圈中存在直流分量时，由于磁通的存在，会导致变压器铁心饱和，电流出现畸变且产生大量谐波，增大了金属构件损耗[6]。因此，设计配电变压器稳态电磁干扰抑制方案。

2.1 变压器参量改进

2.1.1 铁心磁通密度改进

铁心额定工作磁通密度与噪声有关，由工作磁通密度变化造成的噪声影响可用式（4）来表示：

式中，φ0、φ′分别表示变化前和变化后的铁心额定工作磁通密度参量；gFe0、分别表示磁通密度变化前和变化后的铁心重量[7-8]。为了保持总磁通量不变，必须增加铁心的截面积，以此弥补磁密度降低带来的磁通量损失。当铁心磁密、重量上升时，噪声也变大，因此，通过控制磁通密度、重量来抑制噪声。

2.1.2 磁致伸缩率改进

磁致伸缩率是指在磁场中硅钢晶粒发生的转动现象。变压器铁心是用硅钢板堆砌而成的，高压线圈的激励电流被铁心激发后，在交流磁场作用下，铁心硅钢板的大小会因硅钢板转动而改变，这种随着电磁干扰变化而改变的现象就是磁致伸缩[9]。磁致伸缩率变化公式可表示为：

式中，ΔL表示励磁时硅钢片长度增量；L0表示硅钢片初始长度。由于在含分布式电容的配电变压器中，电流每发生一次变化，硅钢片磁致伸缩两次。因此，为了抑制噪声，应减少磁致伸缩次数，避免产生高谐分量[10]。

2.1.3 斜接缝区搭接面积改进

斜接缝区搭接面积也会对变压器的噪音产生影响，尽管铁心增大了硅钢板的搭接面积，增大了硅钢板间的摩擦力，但是也增加了硅钢板磁通方向上的噪音[11-12]。斜接缝区搭接面积变化引起的噪声变化量可用公式表示为：

式中，S表示斜接缝区搭接面积。因此，为了抑制噪声应减少斜接缝区的搭接面积，以达到降低噪音的目的。

2.2 干扰抑制装置设计

综合改进铁心磁通密度、磁致伸缩率、斜接缝区搭接面积参量，设计干扰抑制装置[13]。含分布式电源的配电变压器稳态电磁干扰抑制装置，是将合适的电容串联到变压器的中性点和系统地之间，并通过电容器通交隔直功能实现直流隔离，该方法能有效地将中性点处的直流电流抑制到零，抑制装置结构如图1 所示。

图1 抑制装置结构

由图1 可知，在系统运行过程中，若系统出现了单相接地故障，电容电压上升，则采用氧化锌阀片的大容量快速开关K2，实现对直流绝缘电容的双重保护[14]。氧化锌阀片的非线性性能好、反应速度快，该抑制器的大容量快速开闭合闸时间不超过15 ms，能准确预测电流过零点，并能在零点闭合，合闸无反弹，无冷焊现象[15]。在电压到达氧化锌工作状态时打开氧化锌，使其电压不超过电容所能承受的极限[16]。旁路快速开关在收到信号后立即合闸，并使中性点直接接地。旁路开关的快速开关功能，有效地保护了氧化锌，即将直流电流抑制到零。

2.3 方案设计

根据已知的各个出线瞬态电流信号的极性，建立了基于暂态电流信号极性对比的电磁干扰抑制方案。首先，对存在共母线相邻关系的信号进行检测，并标记序号，采用单向前循环方式对装置进行同或逻辑运算。然后用与逻辑运算方式处理所有运算，具体干扰抑制依据为：

式中，i和j分别表示检测处理点中对应的最小编号和变压器母线数量；⊕表示同或运算符号；&表示与逻辑运算符号；IB表示所有母线上所测得的暂态电流极性比较结果。对于母线上是否出现电磁干扰，判断公式为：

当IB=1 时，说明出现了电磁干扰，此时需要进行如下干扰抑制：

将滤波后的配电变压器运行曲线与受到电磁干扰的曲线进行比较，获取两者之间的关系。在该状态下的运行模式可表示为：

式中，Rt、Rt′分别表示第t、t′时刻经过滤波处理后的状态值。经过滤波处理后，滤除电磁干扰后的信号主要集中在50～250 Hz 范围内。将滤波处理后的信号经过A/D 变换处理后，由数字信号转变成模拟信号形式，该模拟信号由音频放大器的驱动扬声器发送，以防止其他高频设备干扰，达到抑制电磁干扰的目的。

3 实 验

空载合闸和短路故障恢复后，变压器的工作状态是稳定的，即为稳态。在稳态运行时，变压器的额定功率是50 Hz，在低频率范围内，电场所受到的交偏磁场干扰要小于直流偏磁干扰。因此，稳态下必须把直流偏磁干扰作为重点。选择2021 年6 月份某市直流输电工程为研究对象，该工程投运早期阶段采用的是单极大地运行方式。在2022 年2 月双极子调试期间，进行了变压器的双极型不对称操作实验，并对#1、#2、#3、#4 号变压器的主变压器的中性点对地电流进行了统计，数据见表1。

表1 配电变压器中性点对地电流

由表1 可知，#1 变压器受到的电磁干扰影响最严重，以此为研究对象得到的电磁频谱图如图2所示。

图2 电磁频谱图

由图2 可知，在600 Hz 频率下，电磁幅度达到最大值为1.3 W/cm2。

4 实验结果与分析

对于电磁干扰抑制效果验证，分别使用基于LC滤波抑制方法、基于空域对消的抑制方法和该文方法，进行电磁抑制效果对比分析，对比结果如图3所示。

图3 三种方法电磁抑制效果对比分析

由图3 可知，使用基于LC 滤波抑制方法电磁幅度最大值为1.02 W/cm2；使用基于空域对消的抑制方法电磁幅度最大值为0.95 W/cm2；使用该文方法电磁幅度最大值为0.4 W/cm2。通过该分析结果可知，使用该文方法能够有效抑制干扰电磁。

5 结束语

由于分布式电源的引入对配电变压器正常运行的电压稳定性造成一定影响，因此，该文设计了电磁干扰抑制装置。该方法结合逻辑运算方式实现了对变压器的稳态电磁干扰抑制。一旦分布式电源退出配电网，则正在运行的配电变压器依赖变频支撑的节点幅值就会大幅度下降，从而产生一系列的负面效应。因此，在今后的工作中要充分考虑变频器的动态性能，并对稳态电磁干扰抑制进行深入研究。