TWI691153B - 相量化變壓器結線的諧波消除系統 - Google Patents

Abstract

本發明為一種相量化變壓器結線的諧波消除系統，係電性連接設置於一發電系統與至少一負載間，其包括：第一變壓器組，具有相互並排設置之第一變壓器、第二變壓器與第三變壓器，其中該第二變壓器之相移較該第一變壓器之相移差第一角度，且該第三變壓器之相移較該第一變壓器之相移差第二角度，但該第二變壓器之相移與該第三變壓器之相移不同。藉此，於電力系統中設置具有相移差之變壓器而達到消除諧波之功效。

Description

相量化變壓器結線的諧波消除系統

本發明係關於一種諧波消除系統，特別指一種相量化變壓器結線的諧波消除系統。

按，由於家用電器設備的電子化與大量使用如轉換器(Converter)、反流器(Inverter)及整流器(Rectifier)等非線性負載，使得諧波問題日漸嚴重，甚至造成用戶端的電容器燒毀損壞。

其中，產生諧波的根本原因是由於發電系統中部分設備和負載的非線性特性，使得所加的電壓與產生的電流不成線性關係而造成的波形畸變。

因此，當發電系統向非線性設備及負載供電時，這些設備或負載在傳遞(如變壓器)、變換(如交直流轉換器)、吸收(如電弧爐)系統發電機所供給基波能量的同時，也將部分的基波能量轉換為諧波能量，並向發電系統反送大量的諧波，造成發電系統的正弦波形畸變且電能質量降低，故不能忽視產生諧波之問題。

然而，係如第1圖之發電系統流程示意簡圖所示，整個發電系統大致可區分為發電系統A、高壓變電裝置B與低 壓變電裝置C及負載D，其中，高壓變電裝置B與低壓變電裝置C皆裝配了相同相移之變壓器20(例如：Dy11)，而為了消除諧波的產生，係於發電系統A與負載D間之高壓變電裝置B與低壓變電裝置C間安裝濾波器30，像是被動式濾波器或主動式濾波器(如同第2圖之習知變壓器配置架構示意圖所示)，但被動式濾波器只能濾掉一種數值的波，且會因環境變動(像是系統更換時)而需重新調整參數，而主動式濾波器雖然具有自動調整參數之功能，但建置成本高，且具有一極限值，若超過該極限值則無法進行濾波。

綜觀以上所述，本發明之發明人經多年苦心潛心研究、思索並設計出一種相量化變壓器結線的諧波消除系統，以期針對習知技術之缺失加以改善，進而增進產業上之實施利用。

本發明之主要目的，在於提供一種相量化變壓器結線的諧波消除系統，該系統係於發電系統與負載間之高壓變電裝置、低壓變電裝置或者兩者都有安裝一變壓器組形成單階層-相量化變壓器結線的諧波消除系統或雙階層-相量化變壓器結線的諧波消除系統，且該變壓器組具有相互並排設置且具有相移差之三個變壓器，因此可藉由於電力系統中設置具有相移差之變壓器而達到消除諧波之功效，更可針對不同的電氣特性搭配不同相移差之變壓器組合。此外，當該些變壓器係為隔離式變壓器時，更能達到區域性的電性保護，消除諧波之效果更加。

因此，為達上述目的，本發明為一種相量化變壓 器結線的諧波消除系統，係電性連接設置於一發電系統與至少一負載間，其包括：第一變壓器組，具有相互並排設置之第一變壓器、第二變壓器與第三變壓器，其中該第二變壓器之相移較該第一變壓器之相移差第一角度，且該第三變壓器之相移較該第一變壓器之相移差第二角度，但該第二變壓器之相移與該第三變壓器之相移不同。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器組係設置於該發電系統與該負載間之一高壓變電裝置或一低壓變電裝置。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器組係成對設置於該低壓變電裝置，且該些第一變壓器組之第一變壓器係電性連結至相同物理特性之第一負載，該些第一變壓器組之第二變壓器係電性連結至相同物理特性之第二負載，該些第一變壓器組之第三變壓器係電性連結至相同物理特性之第三負載。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器組係設置於該高壓變電裝置時，更包括設置於該低壓變電裝置之第二變壓器組，且該第二變壓器組具有相互並排設置之第四變壓器、第五變壓器與第六變壓器，其中該第五變壓器之相移較該第四變壓器之相移差該第一角度，且該第六變壓器之相移較該第四變壓器之相移差第二角度，但該第五變壓器之相移與該第六變壓器之相移不同。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第二變壓器組係成對設置於該低壓變電裝置，且該些第二變壓器組之第四變壓器係電性連結至相同物理特性之第一 負載，該些第二變壓器組之第五變壓器係電性連結至相同物理特性之第二負載，該些第二變壓器組之第六變壓器係電性連結至相同物理特性之第三負載。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一角度及該第二角度係為30度角或60度角。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器、該第二變壓器、該第三變壓器、該第四變壓器、該第五變壓器與該第六變壓器皆為三相變壓器。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器、該第二變壓器、該第三變壓器、該第四變壓器、該第五變壓器與該第六變壓器皆為隔離式變壓器。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該隔離式變壓器係為非晶質隔離式變壓器。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器、該第二變壓器與該第三變壓器皆為K4變壓器，而該第四變壓器、該第五變壓器與該第六變壓器皆為K20變壓器。

承上所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器、該第二變壓器與該第三變壓器係分別為Dy1、Dz0、Dz2之K4三相非晶質隔離式變壓器，而該第二變壓器組之第四變壓器、該第五變壓器與該第六變壓器係分別為Dy1、Dz0、Dz2之K20三相非晶質隔離式變壓器。

綜上所述，本案不但在空間型態上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步 性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

10a、10b、10c、10d:諧波消除系統

11:第一變壓器組

111:第一變壓器

112:第二變壓器

113:第三變壓器

12:第二變壓器組

121:第四變壓器

122:第五變壓器

123:第六變壓器

20:變壓器

30:濾波器

A:發電系統

B:高壓變電裝置

C:低壓變電裝置

D:負載

D1:第一負載

D2:第二負載

D3:第三負載

第1圖為發電系統流程示意簡圖。

第2圖係為習知之變壓器配置架構示意圖。

第3圖為本發明之相量化變壓器結線的諧波消除系統之第一配置架構示意圖。

第4圖為本發明之相量化變壓器結線的諧波消除系統之第二配置架構示意圖。

第5圖為本發明之相量化變壓器結線的諧波消除系統之第三配置架構示意圖。

第6圖為本發明之相量化變壓器結線的諧波消除系統之第四配置架構示意圖。

以下根據第3、4、5及6圖所示，而說明本發明的實施方式。該說明並非為限制本發明的實施方式，而為本發明之實施例的一種。

首先，請參閱第3圖所示，本發明之相量化變壓器結線的諧波消除系統10a，係電性連接設置於一發電系統A與至少一負載D間，其包括：第一變壓器組11，具有相互並排設置之第一變壓器111、第二變壓器112與第三變壓器113，其中該第二變壓器112之相移較該第一變壓器111之相移差第一角 度，且該第三變壓器113之相移較該第一變壓器111之相移差第二角度，但該第二變壓器112之相移與該第三變壓器113之相移不同。

此外，該第一角度及該第二角度係為30度角或60度角，例如，該第一變壓器組11之第一變壓器111、第二變壓器112、第三變壓器113可分別為Dy1、Dz0、Dz2，該第二變壓器112之相移較該第一變壓器111之相移少30度角，該第三變壓器113之相移較該第一變壓器111之相移多30度角，或者該第一變壓器組11之第一變壓器111、第二變壓器112、第三變壓器113可分別為Dz0、Dy11、Dz2，該第二變壓器112之相移較該第一變壓器111之相移少30度角，該第三變壓器113之相移較該第一變壓器111之相移多60度角。

接著，將該第一變壓器組11設置於該發電系統A與該負載D間之一高壓變電裝置B(如第3圖所示之諧波消除系統10a)或一低壓變電裝置C(如第4圖所示之諧波消除系統10b)，透過該第一變壓器111、該第二變壓器112與該第三變壓器113間相移的抵銷，使得高壓側的總諧波失真率(Total Harmonic Distortion，THD)降低，如此可藉由該第一變壓器組11取代習知相同相移之變壓器達到消除諧波之功效。

然而，如第5圖之諧波消除系統10c所示，若同時將該第一變壓器組11設置於該高壓變電裝置B及該低壓變電裝置C，相較僅設置於該高壓變電裝置B或該低壓變電裝置C而言，高壓側所測得的合成諧波值更低，換句話說，也就是消除諧波之效果更好。

其中，請同時參閱第4及5圖之諧波消除系統10b、 10c所示，當該第一變壓器組11係成對設置於該低壓變電裝置C時，該些第一變壓器組11之第一變壓器111係電性連結至相同物理特性之第一負載D1，該些第一變壓器組11之第二變壓器112係電性連結至相同物理特性之第二負載D2，該些第一變壓器組11之第三變壓器113係電性連結至相同物理特性之第三負載D3。

此外，再請參閱第6圖之諧波消除系統10d所示，其中該第一變壓器組11係設置於該高壓變電裝置B時，更包括設置於該低壓變電裝置C之第二變壓器組12，且該第二變壓器組12具有相互並排設置之第四變壓器121、第五變壓器122與第六變壓器123，其中該第五變壓器122之相移較該第四變壓器121之相移差該第一角度，且該第六變壓器123之相移較該第四變壓器121之相移差第二角度，但該第五變壓器122之相移與該第六變壓器123之相移不同。

此外，該第一角度及該第二角度係為30度角或60度角，例如，該第二變壓器組12之第四變壓器121、第五變壓器122與第六變壓器123可分別為Dy1、Dz0、Dz2，該第五變壓器122之相移較該第四變壓器121之相移少30度角，該第三變壓器123之相移較該第四變壓器121之相移多30度角，或者該第二變壓器組12之第四變壓器121、第五變壓器122與第六變壓器123可分別為Dz0、Dy11、Dz2，該第五變壓器122之相移較該第四變壓器121之相移少30度角，該第六變壓器123之相移較該第四變壓器121之相移多60度角。

而且，該第二變壓器組12係成對設置於該低壓變電裝置C，且該些第二變壓器組12之第四變壓器121係電性連結至相同物理特性之第一負載D4，該些第二變壓器組12之第五 變壓器122係電性連結至相同物理特性之第二負載D5，該些第二變壓器組12之第六變壓器123係電性連結至相同物理特性之第三負載D6。

此外，前述之該第一變壓器111、該第二變壓器112、該第三變壓器113、該第四變壓器121、該第五變壓器122與該第六變壓器123皆可為三相變壓器、隔離式變壓器，尤其係為隔離式變壓器時，可於該變壓器形成區域性的保護並減少部分諧波，而該隔離式變壓器皆可為非晶質之材質，因此本發明係使用三相非晶質隔離式變壓器。

再者，由於K值是用來定義電力系統中諧波含量(Harmonic Content)的值，K值越大則代表諧波含量越多，因此，若要消除負載D向發電系統A所反送的諧波，前述之該第一變壓器111、該第二變壓器112、該第三變壓器113、該第四變壓器121、該第五變壓器122與該第六變壓器123皆可選擇K值大於負載D所測量出之K值的變壓器(例如：K4變壓器、K13變壓器、K20變壓器)。

舉例來說，若於負載D所測量出的K值約為11.9，且本發明係為單階層-相量化變壓器結線的諧波消除系統時(如第3圖及第4圖所示)，由於如第3圖所示之該低壓變電裝置C及如第4圖所示之該高壓變電裝置B所設置之變壓器20皆未具有消除諧波之特性，故相對設置於該高壓變電裝置B與該低壓變電裝置C之該第一變壓器組11所包括之該第一變壓器111、該第二變壓器112、該第三變壓器113可選用K值大於負載D所測量出的K值的變壓器(例如：K4變壓器、K13變壓器、K20變壓器)；然而，當本發明係為雙階層-相量化變壓器結線的諧波消除系統時(如第5圖及第6圖所示)，由於如第5圖所示於該高壓 變電裝置B及該低壓變電裝置C皆設置包括該第一變壓器111、該第二變壓器112、該第三變壓器113之第一變壓器組11，故皆可選用K值大於負載D所測量出的K值的變壓器(例如：K4變壓器、K13變壓器、K20變壓器)，但若是如第6圖所示於該高壓變電裝置B設置包括該第一變壓器111、該第二變壓器112、該第三變壓器113之第一變壓器組11，而於該低壓變電裝置C皆設置包括該第四變壓器121、該第五變壓器122與該第六變壓器123之第二變壓器組12，則位於該低壓變電裝置C較靠近負載D的該第二變壓器組12之第四變壓器121、該第五變壓器122與該第六變壓器123則可選用K值大於11.9的變壓器(例如：K13變壓器、K20變壓器)先行消除部分諧波，也由於該第二變壓器組12消除了部分諧波，使得該第一變壓器組11之該第一變壓器111、該第二變壓器112、該第三變壓器113可選用K值略小的變壓器(例如：K4變壓器)消除剩餘諧波。

最後，以較佳的實施例舉例說明，當該第一變壓器組11之第一變壓器111、第二變壓器112、第三變壓器113係分別為Dy1、Dz0、Dz2等K4非晶質隔離式變壓器且如第3圖所示設置於該高壓變電裝置B時，形成單階層-相量化變壓器結線的諧波消除系統，係於Dz2之K4非晶質隔離式變壓器之該第三變壓器113之二次側測得總諧波失真率為28.71%，於該第三變壓器113之一次側測得總諧波失真率為27.84%，雖有消除部分諧波，但總諧波失真率仍有25%以上，不過在與Dy1、Dz0等K4非晶質隔離式變壓器之第一變壓器111與第二變壓器112交會處之高壓側係測得總諧波失真率為0.50%，大幅降低了負載D向發電系統A所反送的諧波，藉以避免發電系統A的正弦波形產生畸變且電能質量降低進而導致負載D燒毀損壞之情形發 生。

另外，當該第一變壓器組11之第一變壓器111、第二變壓器112、第三變壓器113係分別為Dy1、Dz0、Dz2等K4非晶質隔離式變壓器，而該第二變壓器組12之第四變壓器121、該第五變壓器122與該第六變壓器123係分別為Dy1、Dz0、Dz2等為K20非晶質隔離式變壓器且如第6圖所示分別設置於該高壓變電裝置B與該低壓變電裝置C時，形成雙階層-相量化變壓器結線的諧波消除系統，係於該低壓變電裝置C之Dz2之K20非晶質隔離式變壓器之該第六變壓器123之二次側測得總諧波失真率為25.75%，於該第六變壓器123之一次側測得總諧波失真率為25.16%，於該第三變壓器113之二次側測得總諧波失真率為9.36%，於該第三變壓器113之一次側測得總諧波失真率為9.30%，仍有部分諧波，但最後在高壓側所測得總諧波失真率僅為0.30%，確實大幅降低負載D向發電系統A所反送的諧波，藉以避免發電系統A的正弦波形產生畸變且電能質量降低進而導致負載D燒毀損壞之情形發生。

故本發明確實提供一種相量化變壓器結線的諧波消除系統，該系統係於發電系統與負載間之高壓變電裝置、低壓變電裝置或者兩者都有安裝一變壓器組形成單階層-相量化變壓器結線的諧波消除系統或雙階層-相量化變壓器結線的諧波消除系統，且該變壓器組具有相互並排設置且具有相移差之三個變壓器，因此可藉由於電力系統中設置具有相移差之變壓器而達到消除諧波之功效，更可針對不同的電氣特性搭配不同相移差之變壓器組合。此外，當該些變壓器係為隔離式變壓器時，更能達到區域性的電性保護，消除諧波之效果更加。

綜上所述，僅為本發明之較佳可行實施例，非因 此即侷限本發明之專利範圍，舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之等效結構變化，均理同包含於本發明之範圍內，合予陳明。

10a:諧波消除系統

11:第一變壓器組

111:第一變壓器

112:第二變壓器

113:第三變壓器

20:變壓器

A:發電系統

B:高壓變電裝置

C:低壓變電裝置

D:負載

Claims (10)

1. 一種相量化變壓器結線的諧波消除系統，係電性連接設置於一發電系統與至少一負載間，其包括：第一變壓器組，具有相互並排設置之第一變壓器、第二變壓器與第三變壓器，其中該第二變壓器之相移較該第一變壓器之相移差第一角度，且該第三變壓器之相移較該第一變壓器之相移差第二角度，但該第二變壓器之相移與該第三變壓器之相移不同，其中該第一角度及該第二角度係為30度角或60度角。
2. 如申請專利範圍第1項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器組係設置於該發電系統與該負載間之一高壓變電裝置或一低壓變電裝置。
3. 如申請專利範圍第2項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器組係成對設置於該低壓變電裝置，且該些第一變壓器組之第一變壓器係電性連結至相同物理特性之第一負載，該些第一變壓器組之第二變壓器係電性連結至相同物理特性之第二負載，該些第一變壓器組之第三變壓器係電性連結至相同物理特性之第三負載。
4. 如申請專利範圍第2項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器組係設置於該高壓變電裝置時，更包括設置於該低壓變電裝置之第二變壓器組，且該第二變壓器組具有相互並排設置之第四變壓器、第五變壓器與第六變壓器，其中該第五變壓器之相移較該第四變壓器之相移差該第一角度，且該第六變壓器之相移較該第四變壓器之相移差該第二角度，但該第五變壓器之相移與該 第六變壓器之相移不同。
5. 如申請專利範圍第4項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第二變壓器組係成對設置於該低壓變電裝置，且該些第二變壓器組之第四變壓器係電性連結至相同物理特性之第一負載，該些第二變壓器組之第五變壓器係電性連結至相同物理特性之第二負載，該些第二變壓器組之第六變壓器係電性連結至相同物理特性之第三負載。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器、該第二變壓器、該第三變壓器、該第四變壓器、該第五變壓器與該第六變壓器皆為三相變壓器。
7. 如申請專利範圍第4或5項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器、該第二變壓器、該第三變壓器、該第四變壓器、該第五變壓器與該第六變壓器皆為隔離式變壓器。
8. 如申請專利範圍第7項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該隔離式變壓器係為非晶質隔離式變壓器。
9. 如申請專利範圍第4或5項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器、該第二變壓器與該第三變壓器皆為K4變壓器，而該第四變壓器、該第五變壓器與該第六變壓器皆為K20變壓器。
10. 如申請專利範圍第4或5項所述之相量化變壓器結線的諧波消除系統，其中該第一變壓器、該第二變壓器與該第三變壓器係分別為Dy1、Dz0、Dz2之K4三相非晶質隔離式變壓器，而該第二變壓器組之第四變壓器、該第五變壓器與該第六變壓器係分別為Dy1、Dz0、Dz2之K20三相非晶質隔離式變壓器。

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