新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)對(duì)直流輸電換相的影響研究.pdf

1、我國(guó)地域幅員遼闊，能源分布和負(fù)荷需求發(fā)展很不平衡，遠(yuǎn)距離大容量輸電以及區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)勢(shì)在必行。在此方面，直流輸電具有技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，必將對(duì)我國(guó)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展起到十分重要的作用。 基于新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)的直流輸電系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱(chēng)新型直流輸電系統(tǒng))采用了一種全新的濾波方案，稱(chēng)為感應(yīng)濾波技術(shù)。它既有別于傳統(tǒng)的無(wú)源濾波方式，也有別于現(xiàn)有的有源濾波方式。這項(xiàng)技術(shù)在新型換流變壓器閥側(cè)繞組的中間抽頭處接入特征諧波濾波器，使得大

2、部分諧波電流通過(guò)濾波支路短路，而在網(wǎng)側(cè)繞組中流過(guò)的部分很小，可以忽略不計(jì)。本文的理論分析與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試均表明，新型直流輸電系統(tǒng)的濾波效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)：通過(guò)換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組的諧波很小，考慮諧波的影響而計(jì)入額定容量的設(shè)計(jì)裕度減小，有利于降低換流變壓器的制造成本和運(yùn)行損耗；此外，新型換流變壓器的振動(dòng)速度下降到傳統(tǒng)換流變壓器的1/3左右，在減振降噪方面有一定的優(yōu)勢(shì)。 進(jìn)一步考慮，新型直流輸電系統(tǒng)采用感應(yīng)濾波技術(shù)后，對(duì)換相會(huì)產(chǎn)生

3、什么樣的影響?和傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)相比，前者在換相方面有什么潛在的優(yōu)勢(shì)?針對(duì)這些問(wèn)題，本文主要完成以下幾方面的基礎(chǔ)研究工作： (1)計(jì)算直流輸電穩(wěn)態(tài)運(yùn)行參數(shù)時(shí)，傳統(tǒng)的方法要么非常復(fù)雜，一旦考慮相關(guān)濾波裝置，在計(jì)算與分析方法上都容易遇到困難；要么過(guò)于簡(jiǎn)化，導(dǎo)致計(jì)算誤差很大。針對(duì)此問(wèn)題，本文將換流變壓器閥側(cè)相電流進(jìn)行了完全傅里葉分解，并建立了計(jì)算直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的詳細(xì)數(shù)學(xué)模型。模型有利于計(jì)入濾波器時(shí)的分析與計(jì)算，能夠十分精確地反映

4、出各種運(yùn)行參數(shù)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的變化規(guī)律，而且計(jì)算過(guò)程特別簡(jiǎn)單。 (2)通過(guò)深入研究發(fā)現(xiàn)，交流系統(tǒng)耦合電抗及換流變壓器漏抗的存在是導(dǎo)致直流輸電逆變器換相失敗的重要因素之一；通過(guò)濾波，新型直流輸電系統(tǒng)與傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)均能消除耦合電抗對(duì)逆變器換相的不良影響，但前者能夠大大削弱變壓器漏抗的消極作用，改善了換相特性，后者卻無(wú)法避免變壓器漏抗對(duì)逆變器換相的消極作用。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步分析得出新型直流輸電系統(tǒng)能夠改善換相的內(nèi)在原因，即相比

5、于傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)，換相電抗大幅減小。 (3)通過(guò)系統(tǒng)研究表明，未接入濾波器時(shí)，新型換流變壓器換相電抗的計(jì)算方法與傳統(tǒng)計(jì)算方法完全一致，但是接入濾波器后，傳統(tǒng)的求解方法不再適用于新型換流變壓器換相電抗的計(jì)算。因此，本文提出全新的計(jì)算換流變壓器換相電抗的方法，認(rèn)為換相電抗的大小與換相電流的基波及諧波分量流通回路的等值電感以及各分量的占有率密切相關(guān)。 (4)傳統(tǒng)換流變壓器的換相電抗與短路電抗基本相同，主要由換流變壓器漏抗決定

6、。因此，換流變壓器漏抗必須足夠大，以限制短路電流，但又不宜過(guò)大，否則無(wú)功損耗增加，且造成換相失敗。本文研究發(fā)現(xiàn)，新型換流變壓器及其濾波系統(tǒng)在換相電抗減小的同時(shí)，短路電抗并無(wú)明顯變化，兩者并不矛盾。 (5)可行性研究表明，傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)難以應(yīng)用于弱交流系統(tǒng)，而新型直流輸電系統(tǒng)接入濾波器時(shí)所需換相壓降大幅減小，因而對(duì)交流系統(tǒng)的強(qiáng)度要求大大降低，具有應(yīng)用于弱交流系統(tǒng)的前景。 本文通過(guò)系統(tǒng)而深入的研究，建立了新型直流輸電系統(tǒng)在