基于电力电子器件的配电变压器无触点有载调压开关研究

摘要

智能电网的理论与技术近年来飞速发展，电能质量越来越受到人们的关注。近年来随着分布式电源的接入，在配电网尤其是辐射型网络中带来很多电压波动的问题。电压偏差是衡量电能质量的重要指标之一，在无功充足的情况下，有载调压可以很好的解决电网末端的电压波动。
　　传统的有载调压变压器采用的是机械式的分接开关，虽然其已经广泛应用于工程中，但仍有一些不可避免的缺陷：存在电弧、机械结构复杂、响应速度慢。为了更好的完善和改进有载调压变压器的结构和工作性能，适应电网发展的新需求，研究基于电力电子器件的有载调压配电变压器有着一定的应用前景。
　　本文提出了一种新的电磁路混合的变压器仿真模型，以此为平台对基于电力电子器件的配电变压器的有载调压开关进行了相关设计和研究。本文主要做了以下几方面的工作：
　　①本文提出了一种基于变压器工作原理、考虑变压器铁心铁磁特性的电磁路综合的变压器仿真模型。本文利用小型变压器对该模型的有效性进行了验证，实验证明该模型可以较为真实的模拟变压器运行时的电磁过程。故而基于该仿真模型，可以对有载调压配电变压器完成相应的分析与研究。该模型亦可以应用于变压器其他问题的研究中，有很好的理论价值。
　　②本文给出了较为详细的基于电力电子器件的无触点有载调压开关的方案。在开关模块的分析设计中，分析了开关模块应该达到的参数要求，并对比了传统的反并联晶闸管开关模块和本文提出的双向功率开关模块的相关性能，通过仿真分析了两种开关模块在触发、损耗以及保护性能方面的优缺点，最终确立选择以IGBT为核心的双向功率开关模块作为分接开关，并给出了调压流程的设计。
　　③本文基于电磁路综合的变压器仿真模型，建立了以双向功率开关为核心的无触点有载调压配电变压器模型。利用该模型，首先验证了本文设计可以完成恒磁通的调压过程；之后对有载调压过程中存在的环流问题进行了仿真，分析了开关切换方式以及限流电阻大小对环流的影响；最后通过物理实验验证了仿真结果。

目录

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 机械式有载分接开关的发展概况

1.3 新型有载调压装置的研究现状

1.4 论文完成的主要工作

2 电磁路综合的变压器仿真模型的研究

2.1 电磁路综合的变压器仿真模型

2.2 电磁路综合的变压器仿真模型的有效性验证

2.3 本章小结

3 基于电力电子器件的无触点有载调压开关研究

3.1 以电力电子器件作为分接开关的可行性论证

3.2 基于电力电子器件的配电变压器的无触点有载调压装置

3.3 分接开关模块的设计

3.4两种开关模块的对比与分析

3.5 调压流程设计

3.6 本章小结

4 无触点有载调压技术的仿真与实验研究

4.1 双向功率开关作为分接开关的有载调压仿真模型

4.2 恒磁通调压过程仿真分析

4.3 分接开关切换过程中环流问题的仿真分析

4.4无触点有载调压开关的实验验证

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的项目