簡介
感應濾波技術是湖南大學劉福生教授最先提出、歷經羅隆福教授，張志文教授，李勇教授和許加柱教授的改進，歷經多年發展成具有自主智慧財產權的新型濾波技術。感應濾波技術的發展與套用，歷經阻抗匹配平衡牽引變壓器，諧波隔離單相牽引變壓器，新型換流變壓器，直至研究的諧波隔離四繞組電力變壓器。
感應濾波技術的概念，源於湖南大學劉福生教授提出的阻抗匹配平衡牽引變壓器。通過引出抽頭，外接濾波調諧支路構成的具有諧波隔離功能的平衡變壓器。該變壓器運用於機車的兩相供電。
諧波隔離單相牽引變壓器是將感應濾波技術運用與電氣化鐵路改造過程中，提出的一種具有諧波隔離功能的單相牽引變壓器，該變壓器運用於電氣化鐵道的單相機車牽引負荷供電，該變壓器濾波和無功補償相比傳統無源濾波技術效果顯著改善。新型換流變壓器通過進一步改善變壓器繞組的接線方式，實現了將感應濾波技術套用於直流輸電領域。該換流變壓器二次側繞組採用延邊三角形，通過兩個引出端點分別於換流器電容支路相連線，通過脈波整流機組的一系列關鍵設計實現良好的濾波和無功補償功能。諧波隔離四繞組電力變壓器是為有效解決目前某些220kV變電站諧波含量超標的問題所提出的。該220kV變電站，有110kV和35kV兩個負荷側，都有較重諧波傳入電網，需要在變電站進行諧波治理。直接在220kV側治理是不現實的;分別在110kV側和35kV側治理，則需要安裝兩套濾波器，也沒有現實可行性。採用加裝濾波繞組的方案，使得變壓器成為四繞組變壓器，則有兩種方案，傳統四繞組變壓器方案和新型感應濾波變壓器方案。
傳統四繞組方案是在變壓器220kV繞組、110kV繞組和35kV繞組側之後加裝濾波繞組。新型方案是:在220kV之後，安裝35kV濾波繞組(也可以為110kV，取決於濾波器成本)，之後，才是110kV和35kV負載繞組，使得兩負載繞組的諧波與220kV繞組被隔離，所以，也稱這種變壓器為諧波隔離變壓器。諧波隔離變壓器有兩個濾波組(3繞組變壓器):220kV繞組、濾波繞組、110kV繞組和220kV繞組、濾波繞組、35kV繞組。兩個感應濾波組均要求滿足等值阻抗值趨近於零的濾波條件。經過仿真研究，感應濾波的方案比傳統繞組方案好:傳統方案無法同時保證35kV和110kV側諧波負載的濾波要求，從220kV側觀察，就是諧波無法達標。而感應濾波方案，220kV側諧波能夠達標。
該技術研究的實用意義在於通過充分利用變壓器設備自身的電磁特性進行濾波，在各種電力濾波方式中開創了一條感應濾波的新路。將感應濾波技術運用於多種變壓器，依靠變壓器內部繞組構成的安匝平衡消除諧波和濾波器的全調諧等方式，可大大減少了諧波與無功對電網系統造成的危害。變壓器感應濾波技術利用了有源濾波思想，但不是利用其它設備來製造一個大小相同、方向相反的電流，來消除系統中的諧波，其創造性的使用變壓器的自藕原理，這也是該種濾波方式的新穎之處 。
變壓器系統結構及理論分析
對於目前電網中，由於存在化工企業和鋼鐵企業等不同負荷，他們所帶來的諧波，使變電站諧波污染變得越來越嚴重。目前變電站的諧波治理主要採用的技術為無源濾波技術和有源濾波技術，但這兩種技術存在著一定的缺點。無源濾波要為避開諧振過電壓和諧波放大的危害，常常進行偏調諧設計，從而影響濾波器的濾波效果，其發展受到限制。有源濾波要備有大量的電力電子裝置和複雜的跟蹤檢測控制系統，成本高昂，且受電力電子器件容量的限制，也無法從完全的解決諧波電流對交流電網和對輸變電設備運行的影響。
一種新型的高效諧波治理的諧波隔離四繞組電力變壓器，通過變壓器繞組阻抗的特殊設計，利用變壓器的安匝平衡原理和“諧波超導迴路”原理，在變壓器鐵芯中抑制諧波磁通，實現諧波隔離目的。變壓器的諧波隔離技術利用了原有濾波技術的特點，但不是利用其它設備來製造一個大小相同、方向相反的電流，來消除系統中的諧波，其創造性的使用變壓器自身的自藕感應，這也是該種濾波方式的新穎之處。本章重點分析了諧波隔離四繞組電力變壓器的基本結構，從諧波隔離四繞組電力變壓器的等值電路角度解釋變壓器設計原理。提出了諧波隔離四繞組電力變壓器設計的兩個必要條件，通過磁通分析和等值電路分析兩方面揭示變壓器的諧波隔離原理 。
諧波隔離四繞組電力變壓器的基本結構
諧波隔離四繞組電力變壓器諧波隔離四繞組變壓器的電路結構如圖，該變壓器基本結構是由鐵心，繞組構成，相比三繞組電力變壓器，諧波隔離變壓器僅僅是多出一個濾波繞組。其一次繞組城，二次繞組城、城和城。一次繞組城接入220kV電網，稱之為網側繞組;城接入35kV配套全調諧濾波支路。濾波繞組為諧波隔離四繞組電力變壓器的核心。其關鍵設計是濾波繞組在各種諧波條件下呈現零阻抗和外接特殊設計的配套調諧裝置。繞組城接入35kV電網，稱之為35kV側負載繞組，繞組城接入110kV電網，稱之為110kV側負載繞組。
變壓器繞組布置
通過上述對諧波隔離四繞組變壓器及其感應調諧裝置的諧波隔離原理分析可知，要將220kV繞組與110kV及35kV繞組隔離，滿足變壓器的兩負荷側，對220kV網側的諧波隔離，必須使變壓器濾波繞組等值阻抗為零，這就是諧波隔離四繞組電力變壓器設計的核心。
在變壓器中，其繞組的等值阻抗和繞組之間的短路阻抗有密切聯繫，而兩繞組之間的短路阻抗可以由變壓器兩兩短路實驗測得，其值和繞組之間的氣隙、幅向、尺寸是成正比例關係，通過調整繞組的結構和布局就可實現諧波隔離變壓器濾波繞組的設計要求。因此，為了實現諧波隔離四繞組變壓器濾波側的等值阻抗為零的特殊目的。同時把濾波繞組設計在220kV側繞組和110kV負荷側繞組之間，並且微調繞組的間隙。一般常規設計變壓器時，通常都在鐵心的最外側放置220kV側繞組，在鐵心的最內側放置35kV側。所以，諧波隔離四繞組電力變壓器，任沿用這一設計思路 。
