新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)的理論與應(yīng)用研究.pdf

1、為了實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)明專(zhuān)利和實(shí)用新型專(zhuān)利：“自耦補(bǔ)償與諧波屏蔽整流變壓器”的產(chǎn)業(yè)化，湖南省以“十五”“十一五”重大科技專(zhuān)項(xiàng)05GK1002-1，06GK1003-1予以支持。本文以該重大專(zhuān)項(xiàng)為背景，圍繞著建立起此項(xiàng)專(zhuān)利在直流輸電領(lǐng)域應(yīng)用的新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)新系統(tǒng))的理論分析體系開(kāi)展了如下幾個(gè)方面的研究工作： 結(jié)合我國(guó)未來(lái)二十年“西電東送，南北互供，全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，電力市場(chǎng)”的電力工業(yè)發(fā)展方針，闡述了我國(guó)高壓及特高壓直流輸電技術(shù)的

2、應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀，指出我國(guó)發(fā)展特高壓直流輸電是必須的和可行的。但是，傳統(tǒng)高壓直流輸電中諧波抑制和無(wú)功補(bǔ)償方案存在濾波效果不好、增加換流變壓器負(fù)擔(dān)等問(wèn)題。 分析了換流變壓器的功能、技術(shù)特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)型式；建立起傳統(tǒng)換流變壓器的數(shù)學(xué)模型；并基于數(shù)學(xué)模型，分析了上下兩組換流變壓器阻抗不等對(duì)換相電壓的影響；分析了在不計(jì)及和計(jì)及換流變壓器換相電抗兩種條件下?lián)Q流變壓器的諧波特性；在此基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)換流變壓器的設(shè)計(jì)容量進(jìn)行了計(jì)算；給出了傳統(tǒng)換流變壓器

3、及其濾波和無(wú)功補(bǔ)償方案。 分析了新型換流變壓器繞組電壓之間的相量關(guān)系，給出了四種可能結(jié)構(gòu)型式；分析了新系統(tǒng)的自耦補(bǔ)償功能，并以單相諧波屏蔽變壓器以例，分析其諧波抑制的機(jī)理；分析了新系統(tǒng)的諧波特性；在此基礎(chǔ)上，對(duì)其設(shè)計(jì)容量進(jìn)行計(jì)算；最后，建立了基于新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)和傳統(tǒng)換流變壓器及其濾波系統(tǒng)的兩種直流輸電系統(tǒng)仿真模型，仿真結(jié)果驗(yàn)證了感應(yīng)濾波的思想。 提出了以多繞組變壓器理論為基礎(chǔ)，結(jié)合磁勢(shì)平衡方程、基爾霍夫定律、

4、回路電壓、電流方程的系統(tǒng)化建模方法，建立了新系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；分析了負(fù)載電流與繞組電流之間的矩陣變換關(guān)系及閥側(cè)端口電壓與網(wǎng)側(cè)繞組相電壓之間的矩陣變換關(guān)系；分析了網(wǎng)側(cè)三相電壓不對(duì)稱(chēng)對(duì)新系統(tǒng)運(yùn)行特性的影響；對(duì)電壓損失進(jìn)行了分析計(jì)算；建立了新系統(tǒng)在相坐標(biāo)下的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，為系統(tǒng)統(tǒng)一建模提供方便。 針對(duì)新系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種換相電抗的三相測(cè)量法，并同時(shí)采用單相及三相測(cè)量法對(duì)系統(tǒng)的換相電抗進(jìn)行計(jì)算，與基于數(shù)學(xué)模型的換相電抗計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比

5、，結(jié)果表明三者是完全一致的，驗(yàn)證了新系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的正確性；簡(jiǎn)要分析了濾波支路基頻阻抗對(duì)換相電抗的影響。 創(chuàng)造性提出了一種濾波換相換流器(Filter Commutated Converter，F(xiàn)CC)的概念；給出了FCC閥側(cè)無(wú)功補(bǔ)償度(簡(jiǎn)稱(chēng)補(bǔ)償度)的定義；分析了補(bǔ)償度對(duì)閥側(cè)線(xiàn)電壓損失、換相電抗、閥側(cè)空載線(xiàn)電壓、直流側(cè)電壓、換相角及功率因數(shù)的影響； 建立了FCC等效Graetz橋電路模型及其等效直流側(cè)電路模型，為進(jìn)一步研究

6、FCC提供了理論基礎(chǔ)；通過(guò)分析逆變器發(fā)生換相失敗的機(jī)理和影響換相失敗的因素，分析了FCC逆變器各運(yùn)行變量對(duì)換相失敗的影響及運(yùn)行變量對(duì)關(guān)斷角的靈敏度函數(shù)；依據(jù)上述分析結(jié)果，給出FCC逆變器避免換相失敗的預(yù)防措施。綜述了傳統(tǒng)濾波裝置的設(shè)計(jì)方法，給出了傳統(tǒng)單調(diào)諧、雙調(diào)諧及二階高通濾波器及并聯(lián)電容器的參數(shù)設(shè)計(jì)步驟；基于諧波屏蔽變壓器的諧波抑制機(jī)理，提出了基于諧波屏蔽變壓器的濾波器的設(shè)計(jì)方法，給出了此類(lèi)單調(diào)諧、雙調(diào)諧濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)步驟；最后，根據(jù)

7、擬建立的新型直流輸電系統(tǒng)研究平臺(tái)設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)平臺(tái)的濾波和無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行了綜合設(shè)計(jì)，詳細(xì)給出了濾波器和并聯(lián)電容器的設(shè)計(jì)參數(shù)。 詳細(xì)給出了新型直流輸電系統(tǒng)研究平臺(tái)的設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖和各子系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)；在建設(shè)完成的研究平臺(tái)上，開(kāi)展如下試驗(yàn)研究：閥側(cè)無(wú)功補(bǔ)償度對(duì)換相電抗的影響、閥側(cè)無(wú)功補(bǔ)償度K對(duì)閥側(cè)空載線(xiàn)電壓的影響、補(bǔ)償度K為零時(shí)各繞組諧波電流分析影響、閥側(cè)無(wú)功補(bǔ)償度對(duì)直流側(cè)電壓及換相角的影響及傳統(tǒng)濾波方式和新型濾波方式濾波