一种具有滤波作用特高压换流变压器制造技术

本发明专利技术提供一种具有滤波作用特高压换流变压器。所述具有滤波作用特高压换流变压器包括以下步骤：S1：以特高压直流输电系统换流变压器为对象，计及换流变压器磁路饱和状况和谐波流通状况，其中包括单个铁心柱电路磁路分析结构；S2：考虑换流变压器磁路分布和电路结构，根据特高压直流输电运行场景，引入四绕组式换流变压器电磁耦合电路和电磁耦合电路等效电路模型。本发明专利技术提供的具有滤波作用特高压换流变压器具有适用于特高压直流输电系统的，在具备普通换流变压器电压匹配和电气隔离功能的同时，还具有谐波滤除功能，以减小现有特高压直流输电工程换流变压器网侧谐波和无功负担，从而减小网侧交流滤波器的投入的优点。从而减小网侧交流滤波器的投入的优点。从而减小网侧交流滤波器的投入的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种具有滤波作用特高压换流变压器


[0001]本专利技术涉及电气工程
，尤其涉及一种具有滤波作用特高压换流变压器。

技术介绍

[0002]换流变压器作为特高压直流输电系统换流站的重要组成部分，是承担交直流转换的核心设备之一。在特高压直流输电工程换流站中，换流变压器通过连接交流系统和换流阀，实现交、直流侧的电压匹配和电气隔离及限制短路电流的重要设备。特高压直流换流站运行期间，换流阀在交、直流转换时产生大量谐波电流和谐波电压并在换流阀交流和直流两侧之间互相传递。由于换流变压器在漏抗、谐波等方面与普通电力变压器存在较大差别，当运行中的换流变压器绕组线圈中流通大量谐波电流时，会产生较大的附加损耗，并且换流变压器漏磁的谐波分量会使变压器的杂散损耗增大，数值较大的谐波磁通还会引起的听觉范围内磁致伸缩噪声；谐波电流注入电网，会使电网公共连接点处(PCC)的电压波形产生畸变，并且产生很强的电磁干扰(EMI)。
[0003]现已投运的特高压直流输电工程中，换流阀产生的交流谐波经过换流变压器，由阀侧流向网侧，并在网侧通过外加交流滤波器滤除。换流变压器两侧绕组受到谐波电流的侵扰，导致换流变压器噪声增大、无功和有功损耗增加，同时由于换流阀常运行在较大功率，谐波电流会引起换流变压器阀侧绕组过热而产生腐蚀性故障，进而引发系统故障，从而降低了换流变压器使用寿命和直流输电系统运行稳定性和可靠性。
[0004]因此，有必要提供一种新的具有滤波作用特高压换流变压器解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是提供一种适用于特高压直流输电系统的，在具备普通换流变压器电压匹配和电气隔离功能的同时，还具有谐波滤除功能，以减小现有特高压直流输电工程换流变压器网侧谐波和无功负担，从而减小网侧交流滤波器的投入的具有滤波作用特高压换流变压器。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供的具有滤波作用特高压换流变压器包括以下步骤：
[0007]S1：以特高压直流输电系统换流变压器为对象，计及换流变压器磁路饱和状况和谐波流通状况，其中包括单个铁心柱电路磁路分析结构；
[0008]S2：考虑换流变压器磁路分布和电路结构，根据特高压直流输电运行场景，引入四绕组式换流变压器电磁耦合电路和电磁耦合电路等效电路模型，其中，下层从属者包括磁路结构和电路结构，分别以各磁回路磁通、磁阻、磁导、磁路电感、磁动势、绕组匝数和等值磁回路节点关联矩阵为目标函数和矩阵，以四绕组式换流变压器各绕组磁通平衡、磁动势平衡和电压电流平衡为约束，并以特高压直流输电系统晶闸管运行触发角和附加绕组接入供电交流电压和相角约束为约束条件；
[0009]S3：采用电磁耦合电路等效电路结合特高压直流输电系统在PSCAD/EMTDC软件计
算四绕组式换流变压器电路磁路模型。
[0010]优选的，所述S1中所述单个铁心柱电路磁路分析结构生成过程如下：
[0011]四绕组式换流变压器绕组部分包括交流网侧绕组A、直流阀侧绕组D、两组附加绕组Ex(A)和Ex(D)，铁心结构包括网侧绕组绕线铁心柱、阀侧绕组绕线铁心柱、附加绕组Ex(A)绕线铁心柱、附加绕组Ex(D)绕线铁心柱和四组铁轭；
[0012]单个铁心柱电路磁路分析结构中，主磁通为Φ
k
，漏磁通为Φ
s
，绕组部分磁动势为F
k
，非绕组部分磁动势为F
ek
。其绕组磁路关系约束可用下式表示：
[0013][0014]其中，A为等值磁回路节点关联矩阵；Φ
m
为磁通列向量；R为支路磁阻矩阵；F
n
为节点磁动势矩阵；N为绕组匝数对角阵，对非绕组支路对应元素为0。
[0015]优选的，所述S2中所述的换流变压器电磁耦合电路生成过程如下：
[0016]对于四绕组变压器，其绕组磁通、磁动势、节点磁势、磁通矩阵、磁通矩阵Φ
m
对应元素Φ
k
、磁路电感矩阵、铁心磁通磁导率及磁路电感计算公式关系及约束可表示为：
[0017][0018]其中，μ0和μ
r
为磁化特性下的铁心磁导率；l和S分别为铁心长度和横截面积；R
k
为Φ
k
磁通对应磁阻，R
sk
为漏磁通Φ
s
对应的磁阻，R
′
mx
为均匀分布气隙铁心磁通Φ
′
mx
对应的磁阻，k＝1，2，exA，exD，E为单位阵；R对应矩阵Λ为支路磁导矩阵，且对应元素存在R
k
Λ
k
＝1；
[0019]根据磁路节点定律，电磁耦合电路中磁通连接矩阵和磁通列向量可以写为：
[0020][0021]根据电磁耦合电路在满足基尔霍夫电压电流定律约束下可得四绕组式换流变压器绕组电压电流关系式，表示如下：
[0022][0023]优选的，所述S2中所述的换流变压器电磁耦合电路等效电路生成过程如下：
[0024]当附加绕组电压为三角形接线标准正弦波时，磁路电感矩阵中等值负电感L
ex
和绕组端电压分别表示为：
[0025][0026]电磁耦合电路等效电路中等效变压器变比值满足m＝N1/N2，r＝N1/N
exA
，网侧、阀侧和附加绕组中电流关系和各绕组等效电感及附加绕组电源等效电感可表示如下：
[0027][0028]其中，L
′
sm
为附加绕组电源三相等效电感；u
sm
为角形接线时附加电源电压；L
A
，L
D
，L
′
D
，L
′
ex
为电磁耦合电路等效电路在网侧、阀侧和附加绕组等效电感。
[0029]优选的，所述S3中所述的特高压直流输电系统场景下电磁耦合电路等效电路运行计算方法包括：
[0030](1)特高压直流输电系统模型建立，建模和连接直流滤波器、直流平波电抗器、换
流变压器、换流阀、采用分裂导线的直流输电线路、接地极、交流滤波器，其中特高压直流输电系统模型采用两个完整单极，每极采用12脉动换流器结构，考虑变压器饱和特性，Ex(A)绕组采用均匀分布气隙铁心构成附加磁回路，每个换流变压器绕组均等效为集总线圈进行建模；
[0031](2)当四绕组式换流变压器作为Y/y接线三相换流变压器使用时，其A、D绕组接线形式均为Y型，附加绕组接线形式为三角形；
[0032](3)以四绕组式换流变压器对比于使用普通换流变压器网侧和阀侧绕组电压电流波形、谐波电流谐波电压总畸变率和含有率判断是否具有滤波效果，若四绕组式换流变压器网侧和阀侧绕组电压电流波形在含有谐波状况下发生畸变状况发生改善，波形更接近于正弦交流波形，且网侧和阀侧绕组谐波电压总畸变率和含有率发生降低，特高压直流输电系统正常运行，即模型计算证本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有滤波作用特高压换流变压器，其特征在于，包括以下步骤：S1：以特高压直流输电系统换流变压器为对象，计及换流变压器磁路饱和状况和谐波流通状况，其中包括单个铁心柱电路磁路分析结构；S2：考虑换流变压器磁路分布和电路结构，根据特高压直流输电运行场景，引入四绕组式换流变压器电磁耦合电路和电磁耦合电路等效电路模型，其中，下层从属者包括磁路结构和电路结构，分别以各磁回路磁通、磁阻、磁导、磁路电感、磁动势、绕组匝数和等值磁回路节点关联矩阵为目标函数和矩阵，以四绕组式换流变压器各绕组磁通平衡、磁动势平衡和电压电流平衡为约束，并以特高压直流输电系统晶闸管运行触发角和附加绕组接入供电交流电压和相角约束为约束条件；S3：采用电磁耦合电路等效电路结合特高压直流输电系统在PSCAD/EMTDC软件计算四绕组式换流变压器电路磁路模型。2.根据权利要求1所述的具有滤波作用特高压换流变压器，其特征在于，所述S1中所述单个铁心柱电路磁路分析结构生成过程如下：四绕组式换流变压器绕组部分包括交流网侧绕组A、直流阀侧绕组D、两组附加绕组Ex(A)和Ex(D)，铁心结构包括网侧绕组绕线铁心柱、阀侧绕组绕线铁心柱、附加绕组Ex(A)绕线铁心柱、附加绕组Ex(D)绕线铁心柱和四组铁轭；单个铁心柱电路磁路分析结构中，主磁通为Φ
k
，漏磁通为Φ
s
，绕组部分磁动势为F
k
，非绕组部分磁动势为F
ek
。其绕组磁路关系约束可用下式表示：其中，A为等值磁回路节点关联矩阵；Φ
m
为磁通列向量；R为支路磁阻矩阵；F
n
为节点磁动势矩阵；N为绕组匝数对角阵，对非绕组支路对应元素为0。3.根据权利要求1所述的具有滤波作用特高压换流变压器，其特征在于，所述S2中所述的换流变压器电磁耦合电路生成过程如下：对于四绕组变压器，其绕组磁通、磁动势、节点磁势、磁通矩阵、磁通矩阵Φ
m
对应元素Φ
k
、磁路电感矩阵、铁心磁通磁导率及磁路电感计算公式关系及约束可表示为：
其中，μ0和μ
r
为磁化特性下的铁心磁导率；l和S分别为铁心长度和横截面积；R
k
为Φ
k
磁通对应磁阻，R
sk
为漏磁通Φ
s
对应的磁阻，R
′
mx
为均匀分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈生栋，
申请(专利权)人：陈生栋，
类型：发明
国别省市：