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多绕组变压器式可调电抗的研究与应用

田军  
【摘要】:可调电抗作为一种常见的交流柔性输电设备,在改善系统的潮流分布、调节电网的无功平衡、稳定电压、提高系统的稳定性等各方面有着广泛的应用。本文总结了国内外可调电抗的研究现状和发展趋势,并对中性点经消弧线圈谐振接地做了详细的介绍;以多绕组变压器式可调电抗及在谐振接地中的应用为研究课题,主要从多绕组变压器的数学模型,多个补偿绕组的变压器式可调电抗器和多绕组变压器式分级连续可调电抗,并提出一种新型可调电抗,以及这三种结构的可调电抗在中性点谐振接地中的应用,这五个方面展开研究。 根据多个补偿绕组的变压器式可调电抗器的一些不足,提出多绕组变压器式分级连续可调电抗和分档磁控式可调电抗,文章的主要内容如下: 以九绕组变压器为例,通过求解多绕组变压器的电势方程,得到变压器的多边形等值模型;采用ANSYS的三维静态磁标势法计算得到多绕组变压器电感矩阵,根据多边形等值模型和多绕组变压器电感矩阵,在Matlab中建立多绕组变压器的数学模型,试验验证了此模型的准确性。 以多绕组变压器数学模型为基础,建立多个补偿绕组的变压器式可调电抗器的仿真模型,并详细分析此可调电抗的原理,通过对变压器二次侧逆变器电流的跟踪控制,实现阻抗的连续无级可调;采用双端口网络模型,任意结构的变压器均可等效为“T型”等效电路,使多绕组多模块的系统简单,物理意义明确,试验验证其良好性能。 由于多个补偿绕组的变压器式可调电抗器在成本上偏高,多逆变器模块的结构使可靠性降低,提出了多绕组变压器式分级连续可调电抗。变压器采用二次侧多绕组的结构,使用晶闸管和电压型PWM逆变器作为变压器二次侧的负载,多个晶闸管的开关控制实现可调电抗的粗调;控制逆变器的输出电流,从而实现电抗值的细调,使可调电抗在每个工况均线性连续可调,从而使可调电抗在所有工况都线性连续可调。采用双端口网络相量模型,使可调电抗在每个工况均可等效为“T型”等效电路,从而使系统简单,物理意义明确。逆变器容量在此结构中所占的分量较小,故整个装置的成本相对降低。对电抗器本体设计和逆变器参数的选取进行了详细的分析,构建了一个150kVA/3kV的可调电抗试验样机,试验说明此可调电抗具有响应速度快、不产生谐波、连续无级可调的良好性能。 分析中性点谐振接地原理和系统对地电容检测方法,提出一种新型的可调电抗,对其工作原理进行详细分析,并应用于消弧线圈;通过双端口网络模型,此分档磁控式可调电抗可等效为“T型”等效电路,使系统简单。采用位移电压曲线法来检测电容,通过仿真研究证明:当系统正常运行时,对地电容检测精确;当系统发生单相接地故障时,分档磁控式消弧线圈能够快速启动补偿,顺利消弧;并对此可调电抗做了试验分析,试验结果表明该可调电抗器具备线性快速连续可调,谐波电流小的优良性能。 多个补偿绕组的变压器式可调电抗器和多绕组变压器式分级连续可调电抗均应用于消弧线圈,对这两种结构的消弧线圈分别进行了10kV系统的三相动模试验,试验说明这两种结构的消弧线圈具有对地电容检测准确、连续无级可调、响应速度快、谐波小等特点,达到了消弧线圈运行规范的各项技术指标。目前,10kV系统的多个补偿绕组的变压器式消弧线圈产品已挂网运行,情况良好。


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