新型換流變壓器在直流輸電系統(tǒng)中運(yùn)行特性的研究.pdf

1、19世紀(jì)八十年代后期的“電流戰(zhàn)爭”開始之后的70年，交流電一直都是電能輸送的首選。而近來出現(xiàn)的高壓直流輸電已經(jīng)成為了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的輸電方式，它可以非常有效的長距離大功率傳輸電力。大電網(wǎng)互聯(lián)與可持續(xù)能源計(jì)劃相結(jié)合的過程中產(chǎn)生的許多可靠性和穩(wěn)定性問題可以通過高壓直流輸電來解決。
　　中國目前是世界上最大的發(fā)展中國家，也是第二大電力生產(chǎn)和消費(fèi)國。盡管其地大物博，但是資源的地域分布極不平衡。煤炭位于北方和東北，水電集中于西南，石油和天然氣

2、散布于東，中和西部地區(qū)以及海岸沿線。然而，大部分電力消費(fèi)集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)東南沿海地區(qū)。這就造成了電力供需的地域差異，并促使中國形成了能源流的基本構(gòu)架：未來中國電網(wǎng)的發(fā)展戰(zhàn)略是“全國聯(lián)網(wǎng)、西電東送、南北互供”。高壓直流輸電在長距離輸電方面所具備的優(yōu)勢，已經(jīng)使之成為了中國國家電網(wǎng)的重要組成部分。
　　高壓直流輸電體系中，換流變壓器的作用在于在網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)輸送電能，而交流濾波器的作用是補(bǔ)償無功和消除諧波。通常濾波器置于網(wǎng)側(cè)，對換流變壓器本身

3、不產(chǎn)生任何影響。無論濾波器是否投入，變壓器的運(yùn)行參數(shù)都不會發(fā)生改變。因而大量的諧波和無功將完全從閥側(cè)流經(jīng)換流變壓器進(jìn)入網(wǎng)側(cè)，這將導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生不利后果并增加其運(yùn)行負(fù)擔(dān)。
　　不同于傳統(tǒng)的換流變壓器，新型換流變壓器及其濾波器可以改善運(yùn)行特性。它是一種特殊的移相變壓器，其網(wǎng)側(cè)繞組與電網(wǎng)相聯(lián)，閥側(cè)繞組接換流閥，而公共繞組接濾波器。與采用Y/△/Y接線的傳統(tǒng)12脈波換流變壓器類似，新型換流變壓器也具有上橋和下橋，分別對應(yīng)前者的上橋(△)和

4、下橋(Y)。
　　本文對新型換流變壓器進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，包括對其短路阻抗，無功補(bǔ)償，諧波抑制，矩陣模型，以及換相特性進(jìn)行了分析。本文將仿真和實(shí)驗(yàn)與理論分析進(jìn)行了比較，證明了本文的研究成果將有利于新型換流變壓器的進(jìn)一步理論分析，設(shè)計(jì)，制造以及運(yùn)行。本論文開展的基礎(chǔ)性研究工作以及取得的創(chuàng)新性研究成果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　一、簡介了高壓直流輸電系統(tǒng)的理論，分析了直流系統(tǒng)和換流站的類型，6脈波和12脈波換流器的特性以及交流濾

5、波器和電容。
　　二、通過分析傳統(tǒng)移相變壓器的結(jié)構(gòu)，提出了新型換流變壓器的繞組接線方案，推導(dǎo)了其等效電路和基本電壓和電流的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過研究新型換流變壓器的單相短路阻抗，確定了其等效電路的理論參數(shù)，并進(jìn)一步建立了新型換流變壓器的仿真模型。
　　三、分別推導(dǎo)了新型換流變壓器的上橋和下橋的閥側(cè)和網(wǎng)側(cè)數(shù)學(xué)表達(dá)式，以分析短路阻抗的特性。揭示了在新型換流變壓器中濾波器對變壓器的短路阻抗影響甚微，其網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)對稱，上下橋的短路阻抗幾乎

6、一致。
　　四、分析了新型換流變壓器的運(yùn)行特性，建立了反映無功補(bǔ)償特性以及諧波抑制特性的數(shù)學(xué)模型，研究表明新型換流變壓器不僅可以降低網(wǎng)側(cè)諧波電流以及負(fù)載諧波電壓，而且能夠減少網(wǎng)側(cè)電流和視在功率，并在提高網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)的同時增加閥側(cè)電壓。
　　五、提出了反應(yīng)新型換流變壓器網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)電壓和電流關(guān)系的數(shù)學(xué)矩陣模型。研究表明，該數(shù)學(xué)矩陣模型可以完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，更加便捷準(zhǔn)確的分析變壓器的運(yùn)行特性。
　　最后，建立了反映新型換