[發明專利]一種風電場用主升壓變壓器

有效

• 申請號: 201510744139.1
• 申請日: 2015-11-05
• 公開（公告）號: CN105185555A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 李永革
• 申請（專利權）人: 廣西柳州特種變壓器有限責任公司
• 主分類號: H01F38/00
• 分類號: H01F38/00;H01F27/28
• 代理公司: 柳州市榮久專利商標事務所(普通合伙) 45113
• 代理人: 李志華

技術領域

本發明涉及一種變壓器，特別是一種用于風力發電機組的主升壓變壓器。

背景技術

目前風力發電已成為國際上公認的技術最成熟、開發成本最低、最具發展前景的可再生能源之一，因而主升壓變壓器被廣泛應用于風力發電。

由于風電場風力的大小和方向是不穩定的、沒有規律的，風電機組發出的電能質量相對不穩定，導致風力電能的諧波量大量增加；另外風電機組中采用了大量的電力電子元件，也導致風力電能的諧波量大量增加，風力電能必須經過處理才能注入電網；為了使風電場所產生的、注入電網的諧波電流滿足國標對電能質量的相關要求，主升壓變須配置濾波裝置；另一方面，風電機組發出的電能連續不斷變化，使主升壓變頻繁從低負載到高負載循環運行，這要求主升壓變抗短路沖擊能力比常規變壓器強。現有風電場用主升壓變壓器配置濾波裝置的方式通常有兩類：

1）結構與常規的主升壓變壓器相同，變壓器鐵芯的設計磁密（也就是磁通密度，指垂直通過單位面積的磁力線的數量，也稱磁感應強度B，簡稱磁密）按升壓用電力變壓器考慮，即B=1.7~1.73T，變壓器連接組別為YNd11，在低壓側就地接濾波裝置濾波，如圖4所示，變壓器短路阻抗按國標考慮，即（國標值：110kV級為10.5%，220kV級為12~14%）；

2）結構在常規的主升壓變壓器基礎上增加一個第三繞組，作為濾波裝置的電源，即第三繞組與感應濾波調諧支路、靜止無功發生器SVG相連，變壓器鐵芯的設計磁密仍按升壓用電力變壓器考慮，即B=1.7~1.73T，變壓器連接組別為YNd11d11，如圖5所示；變壓器短路阻抗按國標考慮，即（國標值：110kV級為10.5%，220kV級為12~14%）。

已有技術存在的不足之處是：

1）因以上兩種結構形式的風電場用變壓器鐵芯的設計按升壓用電力變壓器考慮，磁密較大（B=1.7~1.73T，變壓器連接組別為YNd11或YNd11d11），變壓器鐵芯工作在鐵芯磁化曲線的近飽和段上，由于變壓器勵磁電流的大小和波形取決于鐵芯的飽和程度，飽和程度愈高，勵磁電流的波形畸變愈嚴重，其各次諧波電流的幅值愈大，使得磁化電流呈尖頂波形，因而含有奇次諧波，必須借助外部濾波裝置，才能減少變壓器鐵芯中的諧波磁通成分；

2）由于風電場用變壓器鐵芯的設計按升壓用電力變壓器考慮，鐵芯中存在諧波磁通成分大，加之其高、低壓繞組之間的短路阻抗值按國標設計，相對較小（國標值：110kV級為10.5%，220kV級為12~14%），因而變壓器空載損耗、振動和噪音都較大，而且變壓器抗短路沖擊能力相對較低；

3）由于須配置濾波裝置來減少變壓器鐵芯中的諧波磁通成分，各次諧波濾波器群、開關群及檢修設備占地面積大、投資及維護費用高，增大了風電場的總投資成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型的風電場用主升壓變壓器，以克服已有技術所存在的上述不足。

本發明采取的技術方案是：一種風電場用主升壓變壓器，包括鐵芯、高壓繞組和低壓繞組，所述高壓繞組與低壓繞組之間設置有d接的輔助繞組，不帶負荷，引出接地，變壓器連接組別為YNd11+d，高壓繞組、低壓繞組和輔助繞組三個繞組之間的短路電抗關系滿足下述關系：X₁₃+X₂₃≈X₁₂；

其中：

X₁₂—為輔助繞組開路，高壓繞組與低壓繞組之間的短路電抗，

X₁₃—為低壓繞組開路，高壓繞組與輔助繞組之間的短路電抗，

X₂₃—為高壓繞組開路，低壓繞組與輔助繞組之間的短路電抗；

所述低壓繞組的匝數和鐵芯的有效截面積與升壓用電力變壓器相比：

或是低壓繞組的匝數與升壓用電力變壓器相同，鐵芯的有效截面積增大，

或是鐵芯的有效截面積與升壓用電力變壓器相同，低壓繞組的匝數增大，

或是鐵芯的有效截面積和低壓繞組的匝數均比升壓用電力變壓器大，

使鐵芯的磁密達到變流變壓器設計要求的磁密、即B≤1.65T。

其進一步的技術方案是：所述高壓繞組與低壓繞組之間的短路阻抗值比國標值大10%以上，即：110kV級為10.5%×110%以上，220kV級為（12~14%）×110%以上，其中10.5%為110kV級國標值，12~14%為220kV級國標值。

由于采用上述技術方案，本發明之一種新型風電場用主升壓變壓器具有如下有益效果：