新型換流變壓器故障建模及保護原理研究.pdf

1、換流變壓器是直流輸電系統(tǒng)中的重大技術(shù)裝備,為了從根本上解決傳統(tǒng)直流輸電網(wǎng)側(cè)濾波所不能解決的諧波與無功對換流變壓器的不良影響,“自耦補償與諧波屏蔽換流變壓器”(簡稱新型換流變壓器)以及相應(yīng)的感應(yīng)濾波技術(shù)被提出,并獲得了專利。目前該專利的推廣應(yīng)用已獲得湖南省“十五”、“十一五”重大科技專項(05GK1002-1)、(06GK1003-1)以及國家自然科學(xué)基金(50907018)資助。
　　 為了實現(xiàn)該專利的工程化,需要完成大量的理論

2、分析和科學(xué)試驗工作。由于換流變壓器的可靠性與可用性對于整個直流輸電系統(tǒng)來說很關(guān)鍵,其安全運行與否,將直接關(guān)系到整個直流輸電系統(tǒng)能否連續(xù)、可靠和穩(wěn)定地工作。因此本論文圍繞著新型換流變壓器的故障建模和保護原理開展了下面的研究工作:
　　 詳細研究了新型換流變壓器的接線方案、結(jié)構(gòu)型式及其工作原理。分析了直流輸電新技術(shù)研究平臺的構(gòu)造以及平臺各部分的功能,并介紹了新型換流變壓器和與之配套的濾波裝置的參數(shù)?；谥绷鬏旊娦录夹g(shù)研究平臺,對傳統(tǒng)

3、直流輸電以及基于新型換流變壓器的直流輸電系統(tǒng)在諧波抑制、節(jié)能降耗、減振降噪、改善換相方面進行了實驗對比研究,對比結(jié)果表明基于新型換流變壓器的直流輸電系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)直流輸電在這些方面具有明顯的優(yōu)越性,從而表明了新型換流變壓器原理的正確性,具有良好的應(yīng)用前景。
　　 與傳統(tǒng)的換流變壓器相比,新型換流變壓器具有獨特的繞組聯(lián)結(jié)方式,而在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真軟件中所用的均是傳統(tǒng)意義上的變壓器模型,沒有具有特殊繞組聯(lián)結(jié)方式的新型換流變壓器仿真

4、模型。本論文基于互耦的概念,把新型換流變壓器看作多個線圈的耦合,從而建立了新型換流變壓器的多線圈耦合模型。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)新型換流變壓器特殊的接線方式,結(jié)合有限元仿真軟件,采用MATLAB里的多線圈耦合模塊分別設(shè)計了新型換流變壓器正常狀態(tài)和發(fā)生內(nèi)部故障時的仿真模型,并設(shè)計了非線性電感支路來模擬新型換流變壓器鐵心飽和特性,從而設(shè)計出能仿真新型換流變壓器正常運行、內(nèi)外部故障、勵磁涌流的通用仿真模型。
　　 新型換流變壓器具有特殊的繞

5、組連接方式,因此需要研究合適的數(shù)學(xué)方法來推導(dǎo)新型換流變壓器正常狀態(tài)和內(nèi)部故障數(shù)學(xué)模型,并計算其任意的內(nèi)外部短路故障。電網(wǎng)絡(luò)分析中的稀疏列表法和添加法在建立電網(wǎng)絡(luò)方程方面各有特色,但是關(guān)于如何應(yīng)用稀疏列表法或添加法建立含互感支路的電網(wǎng)絡(luò)方程以及根據(jù)節(jié)點或支路的變化應(yīng)用稀疏列表法或添加法形成新網(wǎng)絡(luò)方程的方法目前還沒有相關(guān)文獻介紹。本論文將新型換流變壓器看作含互感支路的網(wǎng)絡(luò),根據(jù)新型換流變壓器特殊的繞組連接方式和相應(yīng)的耦合電路,首次分別將稀疏

6、列表法和添加法應(yīng)用于建立含互感支路的電網(wǎng)絡(luò)方程,從而建立了新型換流變壓器正常狀態(tài)的基本數(shù)學(xué)模型。為了便于在實際工程中靈活運用,對基本模型進行拓展,建立了更為詳細的計及中性點接地阻抗的節(jié)點拓展模型、計及副邊角接三角形繞組抽頭處濾波裝置的支路拓展模型?；谒⒌恼顟B(tài)數(shù)學(xué)模型,根據(jù)電網(wǎng)絡(luò)有向圖節(jié)點或支路的變化,分別采用稀疏列表法和添加法建立了新型換流變壓器內(nèi)部故障數(shù)學(xué)模型而且對新型換流變壓器各種內(nèi)外部短路故障進行了計算。
　　

7、在研究常規(guī)變壓器差動保護原理的基礎(chǔ)上,對新型換流變壓器差動保護原理進行了研究。在分析新型換流變壓器繞組接線方案和三繞組之間特定匝比關(guān)系的基礎(chǔ)上,根據(jù)新型換流變壓器是否接濾波裝置,分別推導(dǎo)出了相應(yīng)的新型換流變壓器兩側(cè)電流關(guān)系,進而分別提出兩種差動保護接線的理論方程式,據(jù)此給出了相應(yīng)的模擬式和微機式差動保護接線方案圖。詳細對比分析了新型換流變壓器正常運行、內(nèi)外部故障狀況時兩種保護接線方案的動作特性,并根據(jù)差動保護方案動作特性分析結(jié)果選擇出適

8、合新型換流變壓器的差動保護接線方案。
　　 對新型換流變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理進行了研究,并從電路基本原理的角度對勵磁涌流有可能引起新型換流變壓器差動保護方案誤動的根本原因進行了分析,鑒于差動保護方案在鑒別新型換流變壓器勵磁涌流方面的不足,對一種拋開差動保護思路、綜合利用變壓器電壓和電流信息量的新型微機型變壓器保護方案一基于模型的變壓器保護原理進行了研究,在數(shù)學(xué)推理驗證該保護原理同樣適用于新型換流變壓器的前提下,將該保護原理的思路