[發明專利]四繞組感應濾波變壓器的數學模型及其等值電路

無效

• 申請號: 201510757200.6
• 申請日: 2015-11-09
• 公開（公告）號: CN105391069A
• 公開（公告）日: 2016-03-09
• 發明（設計）人: 陳躍輝;周冠東;羅隆福;許加柱;嚴文交;馬芳
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網湖南省電力公司;湖南大學;湖南華大紫光科技股份有限公司
• 主分類號: H02J3/01
• 分類號: H02J3/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電力系統輸配電以及諧波治理領域，特別是指四繞組感應濾波變壓器的數學模型及其等值電路。

背景技術

目前，一方面由于電鐵、電解、化工、電石爐等傳統非線性負荷的存在；另一方面由于新能源發電、高壓直流輸電、柔性交流輸電等快速發展，電力電子裝置的廣泛應用，使得電力系統中的諧波問題越來越嚴重，在某些三繞組變壓器電能變化領域同樣存在諧波抑制的要求，這就促進了四繞組感應濾波變壓器的產生與應用。比如：1)隨著電力電子器件的廣泛應用，在電網中的某些220/110/35(10)kV變電站中，中低負載繞組都流入了一定的諧波電流，導致變電站諧波含量超標，為改善高壓220kV側的電能質量，可以采用四繞組感應濾波變壓器，可實現對中低壓繞組的諧波電流同時高效抑制。2)在十二脈波工業整流系統中，整流變壓器的兩個閥側繞組都有諧波電流，采用四繞組感應濾波變壓器后，不但能達到諧波的高效治理，同時能夠降低諧波及無功對整流變壓器所帶來的發熱、振動和損耗等問題，提高系統的整流效率。

變壓器的數學模型及其等值電路是變壓器相關運行特性分析計算(如短路電流計算、并列運行分析等)的理論基礎，目前對三繞組及以下的變壓器的數學模型及等值電路計算方法及理論比較成熟，例如，三線圈變壓器可采用包含3個阻抗的射線形等值電路圖，對于繞組數量多于三個繞組的變壓器，其數學模型和等值電路的建立、分析和計算則要復雜得多，i繞組變壓器其等值電路圖不能簡單的用i條射線形來表示，只能通過包含個阻抗的多邊形網狀等值電路進行表示。

發明內容

本發明的目的在于為研究四繞組感應濾波變壓器的運行性能提供一種有效手段，對四繞組感應濾波變壓器的數學模型及其等值電路進行了計算。在傳統三繞組變壓器的基礎上增加一個零阻抗設計的濾波繞組，外接感應濾波器后能夠消除變壓器的鐵芯諧波磁通，從而達到對兩個負載側諧波的有效治理，保證供電繞組側的電能質量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：依據多繞變壓器理論電磁方程式，得出四繞組變壓器的基本數學模型及其多邊形等值電路；然后依據四繞組感應濾波變壓器附加濾波繞組零等值阻抗設計的特征，得出四繞組變壓器的簡化數學模型及其射線形的等值電路。本發明根據感應濾波技術的獨特設計，分析計算了具有射線形結構的四繞組感應濾波變壓器的簡化等值電路，為變壓器其他相關運行特性分析計算提供了基礎，如短路電流計算、并列運行分析等。四繞組感應濾波變壓器除了具有一般多繞組變壓器的基本特征外，其還有附加濾波繞組等值阻抗為零的獨特特性，對其數學模型及其等值電路計算具有重要的意義，可為變壓器其他相關運行特性分析計算提供基礎，如短路電流計算、并列運行分析等。

本發明的技術效果是：

(1)、簡化了四繞組感應濾波變壓器的數學模型及其等值電路，方便了四繞組感應濾波變壓器各種運行特性的分析，有利于四繞組感應濾波變壓器的工程應用；

(2)、依據四繞組感應濾波變壓器射線形等值電路，可揭示四繞組感應濾波變壓器對兩個負載諧波有效屏蔽的機理。

附圖說明

圖1是四繞組感應濾波變壓器的拓撲結構圖。

圖2是四繞組感應濾波變壓器的四端口結構圖。

圖3是四繞組感應濾波變壓器的基本等值電路。

圖4a是四繞組感應濾波變壓器的簡化等值電路。

圖4b是四繞組感應濾波變壓器的射線形等值電路。

圖1中各部件說明如下：

m：附加濾波繞組，n：供電繞組，p：負載繞組，q：負載繞組，L：特征次全調諧濾波器。

具體實施方式

本發明參見圖1，包括四繞組變壓器和特征次全調諧濾波器L構成的拓撲結構；以及根據拓撲結構得到的數學模型及其等值電路；

所述四繞組變壓器是由供電繞組n、附加濾波繞組m和兩個負載繞p、q組構成，所述特征次全調諧濾波器L接入附加濾波繞組m。

參見圖2，根據多繞組變壓器理論，變壓器各個端口電量之間的矩陣方程如公式(1)至(3)所示：