UHVDC在不同运行方式下对换流变压器的影响研究

摘要

我国资源分布与能源需求的不平衡的特点决定了特高压直流输电是我国电网在未来20年里的重点发展方向。由于直流输电系统结构和运行方式不同使其与交流输电相比具有其独有的特点，即会在换流变压器中引入等效的连续直流电流。换流变压器是交流电和直流电相互变换的核心装备，其可靠运行对整个高压直流输电系统来说至关重要。直流电流入侵换流变压器绕组会导致变压器直流偏磁现象的发生，给换流变压器本身和系统造成一系列的不利影响，且导致换流变压器振动加剧、噪音增大的直接原因就是直流偏磁现象。本文就是从直流偏磁的角度出发，分析特高压直流输电系统在不同运行方式下产生的直流偏磁电流对换流变压器产生的影响。
　　首先，本文根据UHVDC输电的基本工作原理，分析了换流变压器直流偏磁产生的原因和机理，详细研究了单相双绕组变压器中励磁电流计算方法，并通过公式推导对换流变压器直流偏磁情况下励磁电流的各谐波成分进行理论分析。
　　其次，在PSCAD/EMTDC环境中搭建了±800kV特高压直流输电系统仿真模型，并对系统不同运行方式进行仿真，验证了模型的准确性。在该模型的基础上，本文利用了电阻等效分流法，提出一种评估换流变压器中性点直流偏磁与UHVDC输电系统运行方式关系的仿真模型，建立了传输功率与换流变压器中性点电流的映射关系。基于UMEC变压器模型本文定量的分析了不同大小的直流偏磁电流入侵换流变压器中性点时对换流变压器励磁特性、网侧和阀侧绕组谐波特性以及无功消耗特性的影响。
　　再次，本文采用二维非线性场路耦合有限元分析法，在Ansoft/Maxwell软件中建立了换流变压器直流偏磁有限元分析模型，对不同直流偏磁情况下换流变压器内部的磁场分布情况进行仿真分析，验证了换流变压器直流偏磁的理论。并选取了四条具有代表性的路径对换流变压器不同位置处的磁密分布情况进行了详细的分析。
　　最后，分析和比较了几种抑制换流变压器直流偏磁的措施:变压器中性点串联电阻法、串联电容法、反向注入电流法及电位补偿法，对其优缺点做了详细的说明，并以解决实际问题为研究目标，就直流偏磁抑制措施的相关研究提出了建议。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．1．1 我国UHVDC输电发展现状

1．1．2 UHVDC输电的特点及不同运行方式

1．1．3 换流变压器直流偏磁现象及研究意义

1．2 直流偏磁问题的国内外研究动态

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题研究的主要内容

第二章 换流变压器直流偏磁理论研究

2．1 UHVDC输电系统中直流偏磁电流的来源

2．1．1 换流器触发角不平衡

2．1．2 交流母线含二次谐波电压

2．1．3 交直流线路平行架设

2．1．4 换流站地电位不均衡

2．2 换流变压器直流偏磁产生的机理

2．3 换流变压器直流偏磁的相关概念

2．4 换流变压器直流偏磁产生的谐波分析

2．4．1 直流量物理意义说明

2．4．2 直流电流与其产生的直流磁通偏置的关系

2．4．3 直流电流与励磁电流谐波分量的关系

2．5 本章小结

第三章 UHVDC不同运行方式下换流变压器直流偏磁的仿真建模

3．1 系统仿真模型的建立

3．2 UHVDC输电系统不同运行方式的仿真

3．2．1 双极运行仿真分析

3．2．2 单极运行仿真分析

3．2．3 降压运行仿真分析

3．2．4 逆变侧交流系统单相故障仿真分析

3．3 换流变压器直流偏磁仿真平台的建立

3．4 UHVDC系统不同运行方式下产生直流偏磁电流的仿真

3．5 本章小结

第四章 直流偏磁对换流变压器影响的仿真

4．1 直流偏磁仿真换流变压器模型

4．2 直流偏磁对换流变压器励磁特性的影响

4．2．1 直流偏磁下换流变压器励磁电流波形

4．2．2 直流偏磁下换流变压器励磁电流谐波分析

4．3 直流偏磁对换流变压器绕组电流、电压的影响

4．3．1 特征谐波对换流变压器的影响

4．3．2 直流偏磁下非特征谐波对换流变压器的影响

4．4 直流偏磁对换流变压器消耗无功特性的影响

4．5 本章小结

第五章 换流变压器直流偏磁的有限元分析

5．1 有限元法概述

5．2 换流变压器有限元分析的方法

5．2．1 有限元分析的前提

5．2．2 换流变压器二维有限元模型

5．2．3 场路耦合瞬态分析模型

5．3 换流变压器受直流偏磁影响的有限元分析结果

5．4 本章小结

第六章 抑制换流变压器直流偏磁现象的措施研究

6．1 换流变压器中性点串小电阻法

6．2 接电容器抑制法

6．2．1 变压器中性点串联电容法

6．2．2 交流线路串联电容法

6．3 反向注入电流法

6．4 电位补偿法

6．5 本章小结

结论与展望

参考文献

研究生期间发表论文

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致谢