高压大容量直流变压器拓扑研究综述及展望

发展以直流汇集、直流输配电等为基础的直流电网技术,是未来支撑大规模新能源汇集送出和适应多元负荷接入的关键技术。高压大容量直流变压器作为直流电网中最核心的装备之一,起到直流电压变换和直流潮流控制的重要作用。针对现有的高压大容量直流变压器研究现状和发展情况,该文首先介绍了3个主要的应用场景,并以此为基础分析了高压大容量直流变压器的技术需求;然后系统的归纳了现有高压大容量直流变压器拓扑的国内外研究现状,并总结了高压大容量构造规律和拓扑间的共性规律与连接关系。最后展望了未来亟待研究的问题和可能的发展方向。所述内容可为高压大容量直流变压器的进一步发展和工程应用提供一定的技术参考。

高压大容量直流变压器模块化离散解耦等效建模方法

高压大容量直流变压器是直流电网的重要设备,在可再生能源汇集与直流系统互联等能量变换环节中具有关键作用。为了在降低建模复杂度的同时保留详细模型的所有电气特性,文中提出了一种模块化离散解耦等效建模方法,以实现高压大容量直流变压器的快速电磁暂态仿真分析。该方法通过引入受控源传递二次信息以实现直流变压器子模块外部端口与内部端口的离散解耦,从而将系统中的高维度节点导纳矩阵转换为多个低维度的子系统进行同时求解以实现仿真提速。所提出的等效模型不仅建模方法简单且保留了详细模型所有电气特性,同时可以准确地仿真直流变压器系统的暂态、稳态特性及一些特殊的运行工况,包括:预充电、直流短路故障及传输功率反转等,并显著地缩短了仿真时间、提高了仿真效率。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真分析验证了所提出的建模方法的正确性与有效性。

面向智能直流配网的高压大容量直流变压器控制策略研究

基于现有的谐振型CLLC变换器,采用输入级串联输出并联的多模块高压大容量直流变压器,在低压直流侧提供了多样化的直流负载以及分布式电源的接口。与传统的配电网变压器相比,新型直流变压器有助于高渗透率分布式能源的消纳,提高电能质量。本文分析了单个模块中输出功率、输出电压与移相角之间的关系,提出一种利用移相角进行功率均衡的控制策略。并在此基础上,提出了能量双向流动的控制策略,从而实现分布式能源柔性接入和高效利用。最后利用PSCAD仿真软件进行了仿真验证。

分相级联大容量高压直流变压器拓扑及控制策略

文中提出一种分相级联大容量高压直流变压器拓扑,可有效满足包括光伏等新能源系统的接入及送出。该拓扑采用高压侧3个单相模块化多电平换流器(MMC)级联及中压侧三相MMC结构,通过400 Hz中频变压器进行电气隔离,可有效降低功率模组直流侧电容容值。为解决高压侧桥臂电容电压均衡的难题以提高拓扑运行的可靠性,提出了高、中压两侧解耦的控制策略。高压侧采用包括桥臂直流环流及中频环流控制在内的5层桥臂电容电压逐层控制方案,并通过3个单相V/f闭环控制建立中频交流电压。中压侧采用电流双序控制附加静止坐标系统下的电流直接控制以抑制桥臂内部环流。最后,搭建电磁暂态仿真模型,并通过稳态、动态及暂态实验全面验证所提拓扑及控制策略的有效性。

模块化高压大容量DC/DC变换器综述

随着新能源发电占比增加和电网规模的不断扩大,直流输电系统的容量不断提升,含有不同电压等级的直流电网是未来发展的必然趋势。在此背景下,DC/DC变换器作为直流电网关键设备,在多电压等级互联场景中发挥着重要作用。文中首先对已有的模块化高压大容量DC/DC变换器进行归纳、分类和比较,然后阐述了目前模块化高压大容量DC/DC变换器的拓扑结构、工作原理与特点,并针对其特点提出了不同变换器的适用场景,最后对未来的研究方向提出了建议。

世界远距离大容量高压直流输电工程可靠性调查综述

总结了 1989～ 1998年世界主要远距离大容量高压直流系统可靠性的数据 。

直流偏磁对500 kV变压器振动特性的影响分析

特高压直流工程单极-大地回路运行时,直流电流侵入大型变压器绕组,致使变压器振动加剧。为了深入了解直流偏磁对大型变压器振动特性的影响,分析了变压器的振动机理及直流偏磁的影响机制。在白鹤滩—江苏±800 kV特高压直流输电工程调试期间,对500 kV三相变压器的中性点电流、振动信号进行了实测,量化了直流偏磁程度,分析了不同直流偏磁程度下变压器振动信号时域及频谱特征。提取了波形畸变比、奇偶次谐波能量比、累计能量占比、功率谱熵等特征量来分析直流偏磁对大型变压器振动特性的影响。结果表明:直流偏磁导致波形畸变,1个工频周期内2个半周期对应的振动波形不再对称分布;随着直流偏磁程度增加,振动信号主频分量改变,50 Hz倍频谐波分量增多,其中50 Hz奇次谐波增幅要大于偶次谐波,且影响主要集中在600 Hz以内;由于铁心饱和作用,直流偏磁增大到一定程度时,磁不平衡性降低,振动信号复杂度不再增加。

大容量变压器高压绕组短路强度与辐向稳定性分析

针对大容量变压器抗短路能力差这一现象,以一台120 MVA/220 kV电力变压器为例进行分析计算。利用ANSYS软件求解出低压绕组出口发生短路时高压绕组的辐向短路电动力。用瞬态分析法求解出高压绕组位移形变量,并通过位移校核与强度校核,验证了高压绕组的辐向稳定性,为大容量变压器的绕组短路特性分析提供了一定的参考依据。

应用高压细水雾对特高压换流变压器火灾实战处置效能的有效验证

特高压换流变压器是直流输电系统中的核心设备之一,其内部大量储存的变压器油短时间内即可迅猛燃烧甚至引发爆炸事故,电网系统的稳定运行必然受到严重影响。高压细水雾灭火系统能够把水的平面灭火变成立体空间灭火,使它同时具备水的冷却、氮气的稀释、泡沫的隔离以及化学抑制剂的抑制效果,在实战处置过程中适用于扑灭特高压变压器油池火等类别的特种火灾,为我国经济的迅速发展保驾护航。

大容量机组高压厂用变压器负等值电抗分析

对于厂用电系统设两个高电压等级的大容量机组,高压厂用变压器通常选用三绕组变压器。通过分析可以得到三绕组变压器的Y型和Δ型等值电路,并可以得到其相互之间的变换关系。在实际应用中,Y型和Δ型等值电路中可能会出现负等值电抗。由于等值电抗只是变压器数学模型中的参数,并不具有物理意义,所以负等值电抗出现也是可能的。分析表明,负等值电抗与正等值电抗具有相反的特性,对厂用电系统的正常运行和短路电流计算都有“负影响”。

集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器

高压大容量DC/DC变换器是直流电网中电压变换的关键设备。提出一种集成直流断路器功能的高压大容量DC/DC变换器,利用变换器自身控制实现直流侧短路故障阻断功能,具有轻量化、低成本、高效率的优势。首先,分析该变换器的拓扑结构、工作原理,推导子模块、晶闸管、二极管等器件的参数设计依据;然后,提出闭锁子模块和晶闸管阻断故障电流的机制,设计适应于该变换器的控制方案;其次,分别针对正常工况与故障工况进行了仿真与实验验证,结果表明该变换器拓扑结构及控制策略的有效性;最后,通过与其他典型的集成直流断路器功能的DC/DC拓扑进行对比分析,评估所提变换器的技术经济性。

高压直流输电换流变压器分接头调节的死区角度和死区电压分析

高压直流输电系统通过换流器触发角的快速控制来实现功率调节。此外,为了扩大功率调节范围和保持系统处于良好的运行状态,还辅以换流变压器分接头调节。文中从整流侧分析了分接头调节与角度变化及分接头调节与交流电压波动的关系,从逆变侧分析了分接头调节与直流电压及分接头调节与交流电压波动的关系,并提出了分接头调节死区的设置原则,即根据高压直流输电系统所连接实际交流系统的交流电压波动范围,选择合适的换流变压器分接头调节死区角度和死区电压,从而避免分接头往复调节缩短分接开关使用寿命甚至造成损坏,同时避免无功功率和直流电压大幅波动。

用于直流电网的高压大容量DC/DC变换器拓扑研究

随着世界范围内大力发展直流电网,作为直流电网中关键器件之一的高压大容量DC/DC变换器的研究尤为重要。针对目前关于DC/DC变换器研究主要集中于中低压小功率场合的现状,该文首先从多个角度对直流电网用的高压大容量DC/DC变换器进行了需求分析;其次,对现有文献中提出的适用于直流电网的DC/DC变换器拓扑进行了研究,并将输入端串联输出端串联(input-series output-series,ISOS)结构和低压DC/DC变换器相结合,提出了用于直流电网中输入端和输出端均为高电压场合的ISOS型DC/DC变换器。比较分析了不同拓扑变换器的电压变比、开关器件的电气应力和故障处理能力等,为选择合适的高压大容量DC/DC变换器拓扑提供了依据。

超高压大容量变压器保护中的双重化保护配置

提出了一种超高压、大容量变压器成套保护的设计思想 ,即主保护、后备保护及异常运行保护共用一组电流互感器 ,并集成在一套装置中 ,每台变压器的保护均采用双重化配置 ,使得变压器的保护配置更合理 ,加强了主保护 ,简化了后备保护。着重分析了在简化保护配置中一些有争议的问题 ,如保护双重化的定义、后备保护的作用、后备保护方向的指向、对电流互感器的要求、旁路代路时差动保护的电流回路切换等问题。最后 ,指出了新的设计思想给保护装置的运行、维护、调试、二次回路简化等带来的好处。

特高压直流系统中大容量双水内冷调相机的作用及关键技术研究

大容量双水内冷调相机在特高压直流系统中具有快速响应的无功补偿支撑作用。为了满足大容量双水内冷调相机动态无功调节、快速响应和安全可靠性能要求,通过优化电磁设计,提高了调相机的暂态和次暂态特性、强励能力和出力范围。探讨了通风冷却系统设计和调相机定、转子温升计算。在绝缘设计方面,采用内屏蔽结构,通过半导体材料实现了均压层的屏蔽作用,增大换位填充倒角半径,提高了定子线棒角部电场的均匀性,采用一次成型的定子线棒防晕结构,优化了调相机的主要电气性能指标。在结构设计方面,定子绕组采用了端部整体灌胶结构,有效地防止了端部松动问题。定子铁芯使用全补偿、抗蠕变防松技术以防止铁芯因基频和倍频振动导致的松动。研究结果表明,大容量双水内冷调相机特殊的冷却方式、电磁、绝缘和结构工艺优化设计等关键技术,可以使得大容量双水调相机满足特高压直流系统无功支撑。

直流剩磁对大容量变压器空载合闸特性的影响

大容量变压器绕组的直流电阻太大会导致变压器发热严重,进而引起变压器绝缘老化加速,使变压器的使用寿命缩短并有可能危及变压器的安全运行。因此使用部门会定期测量变压器直流电阻。常用的测量方法是恒流法,即给变压器绕组通入直流电流,各个用户所用电流大小不同。检测结束后变压器投入运行。但是测完直流电阻后再空载合闸常常引起断路器跳闸,使变电站送电失败。文中为了从原理上探究该问题,分别计算了直流通流给变压器造成的剩磁;然后提出模型计算在有直流剩磁的情况下空载合闸变压器所形成的涌流大小,分析影响该涌流大小的因素;研究控制该涌流的方法。为变压器空载安全投入运行提供理论基础。

大容量变压器低压侧直流电阻测试分析

阐述了测量变压器绕组直流电阻的目的及基本原理,简要介绍现场测试出现的常见问题,并结合一台发生近区短路故障后的变压器的测试数据进行分析,指出测试大容量主变低压侧直流电阻时的相关注意事项。

DFP-400000/1100特高压大容量发电机变压器的研发

介绍了1 000k V级400MVA特高压大容量发电机变压器的研发情况,详细分析了产品的技术参数、产品结构特点、关键技术以及性能参数的计算值和实测值。

乌东德水电站超高压大容量主变压器选型研究

乌东德水电站主变压器电压等级高、容量巨大且超出了目前已有水电站主变压器的容量,因此主变压器的选型成为工程设计中需要重点研究和解决的难点之一。针对单相变压器组、三相组合式变压器以及现场组装式变压器3种型式,从设备的制造水平、大件运输、技术性能、设备安装、维护检修及投资等多个方面进行了全面分析和方案比选。根据研究结果,最终确定选用技术成熟、质量稳定、结构简单、维护灵活的单相变压器组方案。

平衡电桥测量大容量变压器直流电阻方法的改进

两台110kV／6．3kV、16000kV·A主变压器通过分接头进行有载调压，有17个挡位，采用QJ44双臂电桥测量直流电阻。