新型换流变压器在矿山直流供电系统中的应用

新型换流变压器在矿山直流供电系统中的应用作者：朱红平，罗隆福，许加柱，ZHUHong-ping，LUOLong-fu，XUJia-zhu作者单位：朱红平,ZHUHong-ping(湖南科技大学,信息与电气工程学院,湖南,湘潭,411201;湖南大学,电气与信息工程学院,湖南,长沙,410082)，罗隆福,许加柱,LUOLong-fu,XUJia-zhu(湖南大学,电气与信息工程学院,湖南,长沙,410082)刊名：电气传动英文刊名：ELECTRICDRIVE年，卷(期)：2009，39(8)引用次数：0次参考文献(9条)1.王兆安.杨君.刘进军谐波抑制和无功补偿19992.罗隆福.刘福生自耦补偿和谐波屏蔽换流变压器及其应用前景[期刊论文]-大众用电2005(7)3.刘福生.聂光前利用阻抗匹配的方法构成的新型平衡变压器[期刊论文]-铁道学报1988(4)4.许加柱.罗隆福.李季.李勇.刘福生自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器的接线方案和原理研究[期刊论文]-电工技术学报2006(9)5.罗隆福.李季.许加柱.刘福生基于新型换流变压器的谐波治理研究[期刊论文]-高压电器2006(2)6.刘传彝电力变压器设计计算方法与实践20027.袁进禹110kV直降式自耦调压变压器在铝电解整流电源中的应用1998(1)8.王永必.宋身全电解铝大功率硅整流机组的运行和分析1998(5)9.崔立君特种变压器理论与设计1994相似文献(7条)1.学位论文俞华基于新型换流变压器的高压直流输电系统滤波研究2007当前我国三峡电站输电线积极建设，西部大型水电站筹建和大量西电东送，大区高压电网互联，宜于采用HVDC线路，直流输电在我国的发展前景良好。而换流变压器是直流输电中的重大技术装备，它不仅关系交直流的变换和输送，也涉及到谐波的抑制和运行安全问题。本文是结合湖南省重大科技专项“高压直流输电新型换流变压器研制”（05GK1001-2）而开展的研究工作。本文的研究工作主要包括以下方面：本文介绍了高压直流输电的发展概况、前景及应用，在此基础上提出了“谐波”这一热点问题，并针对当前传统的换流变压器采用的滤波方式提出了一些不足,为此很有必要探索新的滤波方式。本文阐述了谐波分析的理论基础及谐波的基本概念，然后系统地阐述了高压直流输电换流站的交、直流侧的谐波分析，它们分别包括特征谐波、非特征谐波及其他谐波源。接着给出了谐波含量计算公式，这一部分主要是为基于新型换流变压器的实验平台的谐波分析和谐波含量计算提供理论基础。本文阐述了新型换流变压器的接线，并详细阐述了基于新型换流变压器的HVDC系统谐波抑制原理，从磁势平衡的角度重点分析了其滤波效果，在此基础上提出了采用新型换流变压器的主要技术性能。本文给出了无源滤波器、有源滤波器及混合滤波器的结构，并分析了它们的特性和滤波原理，为后一部分的研究提供理论指导和参考价值。本文给出了实验平台需要用到的参数计算公式，结合实际情况，分配各滤波器的无功补偿容量。应用这些条件和公式，对实验平台的整流侧和逆变侧的滤波方式的参数分别进行计算。根据实际参数，对实验平台的整流和逆变侧运用MATLAB/Simulink分别进行建模和仿真，对比两者仿真结果，验证了采用新型换流变压器的实验平台具有的优势。最后分析了采用新型换流变压器的HVDC系统的应用前景和效益分析。2.学位论文张志文新型平衡变压器和谐波抑制变压器理论与应用研究2006本论文围绕电力系统负序和谐波两大热点问题，从电力系统重要装备-变压器本身原理和结构出发，就如何利用变压器潜能解决负序和谐波问题，展开了一系列理论和应用研究。本论文的研究具有重大的理论意义和工程实用价值，并有广阔的工程应用背景。本论文结合教育部重点研究项目“新型变压装置及应用”(102174)和湖南省“十五”重大科技专项“高压直流输电新型换流变压器研制”(05GK1001-2)，开展了大量的研究工作。本文的主要研究工作包括以下几个方面。本文系统性地分析了电力系统负序和谐波及其抑制方法，阐述了现有各种平衡变压器的主要技术特点和应用范围，指出了其使用的局限性。分析了无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器的主要拓扑结构及其特点，指出了实现有源滤波器的三个技术关键。本文探索了平衡变压器的内在规律，系统性地分析了Scott-Teaser变压器、LeBlanc变压器、WoodBridge变压器、阻抗匹配平衡变压器、多功能平衡变压器、YN/A平衡变压器、YN/〉/-V平衡变压器、四相四柱式变压器等现有平衡变压器的运行原理，形成了较为完整的平衡变压器的理论构架，为平衡变压器的分析、计算和运行提供了理论依据。本文提出了新型平衡变压器的理论构想，发明了三种新型平衡变压器，即“星形-双梯形接线三相变四相或三相变两相平衡变压器”，“星形-梯形接线三相变两相平衡变压器”以及“星形-三角形接线三相变两相和三相变三相平衡变压器”。提出了三种新型平衡变压器的接线方案，建立了新型平衡变压器的数学模型，形成了新型平衡变压器较为完整的理论体系。提出了以绕组短路阻抗作为平衡条件和解耦条件的构想，并导出了绕组短路阻抗所应满足的关系式。这些理论成果是新型平衡变压器设计、制造和运行的理论指导和依据。本文首创的三种新型平衡变压器具有结构简单、设计制造方便、综合性能优良，材料利用率高等特点，可消除零序电流，并对负序电流具有十分显著的抑制作用，特别适合于需要单相或两相或三相负荷的应用场合。对于星形-双梯形接线平衡变压器和星形-梯形接线平衡变压器，其材料利用率可达100％，具有十分广阔的应用前景。三种新型平衡变压器已申请国家发明专利。本文提出了谐波抑制变压器的基本概念和拓扑结构，阐述了感应型谐波抑制变压器和自耦型谐波抑制变压器的基本原理，给出了基于无源滤波器、有源滤波器和混合滤波器等多种谐波抑制变压器的结构形式，说明了谐波抑制变压器的技术特点。这些理论成果为今后进一步研究指明了方向。本文分析了多功能平衡变压器、谐波屏蔽变压器和新型换流变压器等多种实用的谐波抑制变压器之基本结构、技术特点、工作原理和应用场合。研制了三种变压器模型，并完成了模型的型式试验。提出了基于谐波抑制变压器的滤波器设计方法，阐述了基于变压器谐波磁势安匝平衡机理的滤波器设计原理，给出了滤波器设计实例和参数。本文完成了基于新型换流变压器的直流输电试验平台的设计工作，分析了系统结构和组成原理，阐述了控制系统各部分功能框图及控制特性，给出了滤波方案和滤波器结构及参数，为该试验平台投入运行做好了理论准备。本文对谐波抑制变压器进行了应用与试验研究，提出了基于多功能平衡变压器和谐波屏蔽变压器的滤波方案和试验方案，模拟了现场运行的多种工况，测取了大量的试验数据，分析了试验结果，证实了谐波抑制变压器的原理是正确的，且具有很好的滤波效果。本文研制了多功能平衡变压器样机，解决了多功能平衡变压器工程应用中的许多关键技术难题，实现了多功能平衡变压器样机及其配套滤波器的现场挂网运行，实施了该变压器的基本功能和高次谐波滤波、无功补偿和提供变电所用电源等多项辅助功能。通过现场测试数据，研究了该变压器的各种运行方式。现场试验结果证实了该变压器的运行原理和滤波效果，为该变压器的推广应用积累了宝贵的现场运行经验。该项成果已通过上海铁路局组织的技术鉴定，同意在铁路上推广应用。新型平衡变压器和谐波抑制变压器适应了电力系统抑制负序和谐波的迫切要求，它们利用变压器本身的磁势平衡原理，构造出适应不同应用领域的结构形式，充分利用了变压器的多项潜能，使之具有综合效应，符合节能、省材、简单等基本要求，具有十分广阔的应用前景。3.学位论文赵建强新型换流变压器及其滤波系统的短路故障研究2008随着我国电网的高速发展，直流输电将在西电东送以及全国联网中占有非常重要的地位。换流变压器是直流输电系统中的重大技术装备。相对于传统换流变压器，由于采用了一种新颖的绕组连接方式，新型换流变压器具有自耦补偿、谐波屏蔽等独特的优点。对新型换流变压器及其滤波系统短路故障的研究对该变压器的设计及保护措施的制定具有现实意义。本论文主要做了如下几方面的工作：本文论述了我国高压直流输电的发展趋势，分析了新型换流变压器及其滤波系统在高压直流输电中的应用前景；阐述了短路故障对变压器的危害，分析了对新型换流变压器及其滤波系统进行短路故障研究的必要性。本文详细阐述了新型换流变压器及其滤波系统的接线方案；分析了该系统自耦补偿和谐波屏蔽的工作原理及达到该功能所需的设计条件。以多绕组变压器理论为基础，结合磁势平衡方程、基尔霍夫定律、回路电压、电流方程的系统化建模方法，建立了新系统的数学模型；分析了负载电流与绕组电流之间的矩阵变换关系及阀侧端口电压与网侧绕组相电压之间的矩阵变换关系。以新型换流变压器及其滤波系统的数学模型为基础，考虑到新系统的特点，详细推导了新系统在不接入滤波支路和接入滤波支路的条件下，发生内部、外部短路故障时，短路故障电流的计算公式。最后，建立了该系统的simulink仿真模型，并对各种短路故障进行了仿真分析；通过对比仿真结果和公式计算结果，验证了本文所推导的短路电流计算公式的正确性。4.学位论文许加柱新型换流变压器及其滤波系统的理论与应用研究2007为了实现对发明专利和实用新型专利：“自耦补偿与谐波屏蔽整流变压器”的产业化，湖南省以“十五”“十一五”重大科技专项05GK1002-1，06GK1003-1予以支持。本文以该重大专项为背景，围绕着建立起此项专利在直流输电领域应用的新型换流变压器及其滤波系统(简称新系统)的理论分析体系开展了如下几个方面的研究工作：结合我国未来二十年“西电东送，南北互供，全国联网，电力市场”的电力工业发展方针，阐述了我国高压及特高压直流输电技术的应用发展现状，指出我国发展特高压直流输电是必须的和可行的。但是，传统高压直流输电中谐波抑制和无功补偿方案存在滤波效果不好、增加换流变压器负担等问题。分析了换流变压器的功能、技术特点及结构型式；建立起传统换流变压器的数学模型；并基于数学模型，分析了上下两组换流变压器阻抗不等对换相电压的影响；分析了在不计及和计及换流变压器换相电抗两种条件下换流变压器的谐波特性；在此基础上，对传统换流变压器的设计容量进行了计算；给出了传统换流变压器及其滤波和无功补偿方案。分析了新型换流变压器绕组电压之间的相量关系，给出了四种可能结构型式；分析了新系统的自耦补偿功能，并以单相谐波屏蔽变压器以例，分析其谐波抑制的机理；分析了新系统的谐波特性；在此基础上，对其设计容量进行计算；最后，建立了基于新型换流变压器及其滤波系统和传统换流变压器及其滤波系统的两种直流输电系统仿真模型，仿真结果验证了感应滤波的思想。提出了以多绕组变压器理论为基础，结合磁势平衡方程、基尔霍夫定律、回路电压、电流方程的系统化建模方法，建立了新系统的数学模型；分析了负载电流与绕组电流之间的矩阵变换关系及阀侧端口电压与网侧绕组相电压之间的矩阵变换关系；分析了网侧三相电压不对称对新系统运行特性的影响；对电压损失进行了分析计算；建立了新系统在相坐标下的节点导纳矩阵，为系统统一建模提供方便。针对新系统的特点，提出了一种换相电抗的三相测量法，并同时采用单相及三相测量法对系统的换相电抗进行计算，与基于数学模型的换相电抗计算结果进行对比，结果表明三者是完全一致的，验证了新系统数学模型的正确性；简要分析了滤波支路基频阻抗对换相电抗的影响。创造性提出了一种滤波换相换流器(FilterCommutatedConverter，FCC)的概念；给出了FCC阀侧无功补偿度(简称补偿度)的定义；分析了补偿度对阀侧线电压损失、换相电抗、阀侧空载线电压、直流侧电压、换相角及功率因数的影响；建立了FCC等效Graetz桥电路模型及其等效直流侧电路模型，为进一步研究FCC提供了理论基础；通过分析逆变器发生换相失败的机理和影响换相失败的因素，分析了FCC逆变器各运行变量对换相失败的影响及运行变量对关断角的灵敏度函数；依据上述分析结果，给出FCC逆变器避免换相失败的预防措施。综述了传统滤波装置的设计方法，给出了传统