新型換流變壓器故障建模及保護(hù)原理研究.pdf

1、換流變壓器是直流輸電系統(tǒng)中的重大技術(shù)裝備,為了從根本上解決傳統(tǒng)直流輸電網(wǎng)側(cè)濾波所不能解決的諧波與無(wú)功對(duì)換流變壓器的不良影響,“自耦補(bǔ)償與諧波屏蔽換流變壓器”(簡(jiǎn)稱新型換流變壓器)以及相應(yīng)的感應(yīng)濾波技術(shù)被提出,并獲得了專(zhuān)利。目前該專(zhuān)利的推廣應(yīng)用已獲得湖南省“十五”、“十一五”重大科技專(zhuān)項(xiàng)(05GK1002-1)、(06GK1003-1)以及國(guó)家自然科學(xué)基金(50907018)資助。
　　 為了實(shí)現(xiàn)該專(zhuān)利的工程化,需要完成大量的理論

2、分析和科學(xué)試驗(yàn)工作。由于換流變壓器的可靠性與可用性對(duì)于整個(gè)直流輸電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)很關(guān)鍵,其安全運(yùn)行與否,將直接關(guān)系到整個(gè)直流輸電系統(tǒng)能否連續(xù)、可靠和穩(wěn)定地工作。因此本論文圍繞著新型換流變壓器的故障建模和保護(hù)原理開(kāi)展了下面的研究工作:
　　 詳細(xì)研究了新型換流變壓器的接線方案、結(jié)構(gòu)型式及其工作原理。分析了直流輸電新技術(shù)研究平臺(tái)的構(gòu)造以及平臺(tái)各部分的功能,并介紹了新型換流變壓器和與之配套的濾波裝置的參數(shù)。基于直流輸電新技術(shù)研究平臺(tái),對(duì)傳統(tǒng)

3、直流輸電以及基于新型換流變壓器的直流輸電系統(tǒng)在諧波抑制、節(jié)能降耗、減振降噪、改善換相方面進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究,對(duì)比結(jié)果表明基于新型換流變壓器的直流輸電系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)直流輸電在這些方面具有明顯的優(yōu)越性,從而表明了新型換流變壓器原理的正確性,具有良好的應(yīng)用前景。
　　 與傳統(tǒng)的換流變壓器相比,新型換流變壓器具有獨(dú)特的繞組聯(lián)結(jié)方式,而在現(xiàn)有的電力系統(tǒng)仿真軟件中所用的均是傳統(tǒng)意義上的變壓器模型,沒(méi)有具有特殊繞組聯(lián)結(jié)方式的新型換流變壓器仿真

4、模型。本論文基于互耦的概念,把新型換流變壓器看作多個(gè)線圈的耦合,從而建立了新型換流變壓器的多線圈耦合模型。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)新型換流變壓器特殊的接線方式,結(jié)合有限元仿真軟件,采用MATLAB里的多線圈耦合模塊分別設(shè)計(jì)了新型換流變壓器正常狀態(tài)和發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)的仿真模型,并設(shè)計(jì)了非線性電感支路來(lái)模擬新型換流變壓器鐵心飽和特性,從而設(shè)計(jì)出能仿真新型換流變壓器正常運(yùn)行、內(nèi)外部故障、勵(lì)磁涌流的通用仿真模型。
　　 新型換流變壓器具有特殊的繞

5、組連接方式,因此需要研究合適的數(shù)學(xué)方法來(lái)推導(dǎo)新型換流變壓器正常狀態(tài)和內(nèi)部故障數(shù)學(xué)模型,并計(jì)算其任意的內(nèi)外部短路故障。電網(wǎng)絡(luò)分析中的稀疏列表法和添加法在建立電網(wǎng)絡(luò)方程方面各有特色,但是關(guān)于如何應(yīng)用稀疏列表法或添加法建立含互感支路的電網(wǎng)絡(luò)方程以及根據(jù)節(jié)點(diǎn)或支路的變化應(yīng)用稀疏列表法或添加法形成新網(wǎng)絡(luò)方程的方法目前還沒(méi)有相關(guān)文獻(xiàn)介紹。本論文將新型換流變壓器看作含互感支路的網(wǎng)絡(luò),根據(jù)新型換流變壓器特殊的繞組連接方式和相應(yīng)的耦合電路,首次分別將稀疏

6、列表法和添加法應(yīng)用于建立含互感支路的電網(wǎng)絡(luò)方程,從而建立了新型換流變壓器正常狀態(tài)的基本數(shù)學(xué)模型。為了便于在實(shí)際工程中靈活運(yùn)用,對(duì)基本模型進(jìn)行拓展,建立了更為詳細(xì)的計(jì)及中性點(diǎn)接地阻抗的節(jié)點(diǎn)拓展模型、計(jì)及副邊角接三角形繞組抽頭處濾波裝置的支路拓展模型?；谒⒌恼顟B(tài)數(shù)學(xué)模型,根據(jù)電網(wǎng)絡(luò)有向圖節(jié)點(diǎn)或支路的變化,分別采用稀疏列表法和添加法建立了新型換流變壓器內(nèi)部故障數(shù)學(xué)模型而且對(duì)新型換流變壓器各種內(nèi)外部短路故障進(jìn)行了計(jì)算。
　　

7、在研究常規(guī)變壓器差動(dòng)保護(hù)原理的基礎(chǔ)上,對(duì)新型換流變壓器差動(dòng)保護(hù)原理進(jìn)行了研究。在分析新型換流變壓器繞組接線方案和三繞組之間特定匝比關(guān)系的基礎(chǔ)上,根據(jù)新型換流變壓器是否接濾波裝置,分別推導(dǎo)出了相應(yīng)的新型換流變壓器兩側(cè)電流關(guān)系,進(jìn)而分別提出兩種差動(dòng)保護(hù)接線的理論方程式,據(jù)此給出了相應(yīng)的模擬式和微機(jī)式差動(dòng)保護(hù)接線方案圖。詳細(xì)對(duì)比分析了新型換流變壓器正常運(yùn)行、內(nèi)外部故障狀況時(shí)兩種保護(hù)接線方案的動(dòng)作特性,并根據(jù)差動(dòng)保護(hù)方案動(dòng)作特性分析結(jié)果選擇出適

8、合新型換流變壓器的差動(dòng)保護(hù)接線方案。
　　 對(duì)新型換流變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了研究,并從電路基本原理的角度對(duì)勵(lì)磁涌流有可能引起新型換流變壓器差動(dòng)保護(hù)方案誤動(dòng)的根本原因進(jìn)行了分析,鑒于差動(dòng)保護(hù)方案在鑒別新型換流變壓器勵(lì)磁涌流方面的不足,對(duì)一種拋開(kāi)差動(dòng)保護(hù)思路、綜合利用變壓器電壓和電流信息量的新型微機(jī)型變壓器保護(hù)方案一基于模型的變壓器保護(hù)原理進(jìn)行了研究,在數(shù)學(xué)推理驗(yàn)證該保護(hù)原理同樣適用于新型換流變壓器的前提下,將該保護(hù)原理的思路