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《湖南大学》 2013年
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新型整流变压器在直流供电系统中运行特性的研究

赵志宇  
【摘要】:在冶金、化工等电能消耗高企之行业,交直流电能变换将产生大量的谐波和无功,由于国家节能减排战略的实施和供电部门对于限制谐波污染的要求日益严格,因此对其电能质量的治理迫在眉睫。在这类直流供电系统中,整流变压器的作用是在网侧和阀侧之间输送电能,而交流滤波器的作用是补偿无功和消除谐波。通常滤波器置于网侧,对整流变压器本身不产生任何影响。无论滤波器是否投入,变压器的运行参数都不会发生改变。因而大量的谐波和无功将畅通无阻的从阀侧流经整流变压器进入网侧,这将增加变压器的运行负担并导致不利后果。 新型整流变压器是一种特殊的变压器,不同于传统的整流变压器,其网侧绕组与电网相联,阀侧绕组接整流阀,而滤波绕组接滤波器。它可以改善运行特性,有效的在变压器内部实施谐波抑制和无功补偿。本文针对这些特性进行了系统的研究,并结合仿真和实验对研究结果进行了验证,证明了本文的研究成果将有利于新型整流变压器的进一步理论分析,设计,制造以及运行。本论文开展的基础性研究工作以及取得的创新性研究成果主要体现在以下几个方面: 阐述了新型整流变压器及其滤波系统的谐波磁通抑制理论,介绍了绕组接线结构,等效电路以及基本的电压电流关系。此后对其单相短路测试进行了分析,并根据实际参数建立了新型整流变压器的仿真模型。 针对传统和新型整流变压器,分别建立了网侧和阀侧电流之间的数学关系,由此推导网侧谐波电流和负载端谐波源电流的关系以考察谐波抑制效果;然后建立了网侧电流和负载电流之间的关系以考察其无功补偿特性并同时分析相应的运行参数;进而求得负载和网侧电压的数学关系,以分析负载电压的变化情况。之后比较了传统与新型整流变压器的运行特性。揭示了新型整流变压器及其滤波系统有效抑制谐波,降低网侧电流和视在功率,提高网侧功率因数并增加负载电压。 将新型整流变压器及其滤波系统看作一个线性无独立源的二端口网络进行分析,根据其特殊结构推导了基波条件下的矩阵模型,以考察整流变压器的无功补偿特性和变压器内部电压电流关系。然后推导了谐波条件下的矩阵模型用于研究其谐波抑制特性。进而根据这两个矩阵模型对新型整流变压器的运行特性的进行了分析,并用不同工况下的仿真对理论进行了验证。分析表明了该数学矩阵可以完全代替传统数学推导,更加便于快捷准确的分析变压器的运行特性。 阐述了国内外谐波治理的规范和标准。就影响谐波磁通抑制的两个重要设计参数进行研究,以深入的揭示滤波绕组等值阻抗相对最小值和滤波支路全调谐设计理论的正确性。对传统整流变压器和新型整流变压器及其滤波系统的网侧谐波电流进行计算,以考察其是否符合国家标准,之后通过涡流谐波损耗因子FHL,杂散谐波损耗因子FHL-OSL以及K因子等指标对传统整流变压器以及新型整流变压器各侧绕组所受到的谐波影响进行分析,同时据此研究其谐波损耗。研究表明了新系统可以有效的限制谐波电流进入电网绕组,并在一定程度上减少变压器的温升以及降容率。 对整流变压器及其滤波系统在工业整流系统中的工程应用进行了研究。分别介绍了新型6脉波工程样机系统以及新型12脉波工业整流系统的应用背景,详细介绍了各自的电气主接线、系统主要的设计参数及整流变压器及其配套全调谐装置的参数及现场安装图;同时就新系统在基波和谐波条件下的运行特性进行了实际测试,验证了新型整流变压器及其滤波系统良好的运行特性。 本论文结合直流供电中所面临谐波和无功治理问题,系统研究了新型整流变压器及其滤波系统的运行特性,揭示了基波和谐波条件下新型整流变压器的运行规律,通过数学推导深入研究了变压器内部谐波抑制和无功补偿的内在机理,并通过对重要规范和技术指标的分析揭示了新系统可以有效的限制谐波对电网和变压器本身的影响。新型整流变压器及其滤波系统在直流供电系统中的成功应用也为进一步推广新系统在电气化铁道、HVDC等领域的应用提供了一定理论和技术基础。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TM721.1;TM422

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【参考文献】
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