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换流变压器铁芯饱和引起谐波不稳定现象研究

换流变压器铁芯饱和引起谐波不稳定 在HVDC系统中,换流变压器是直流输电中非常关键的核心设备,直流输电系统 常常会在换流变压器励磁电流中产生直流分量,尤其当HVDC系统以单极大地方式运 行时,极易导致换流变压器产生直流偏磁现象,使得换流变铁芯严重饱和。

然而UHVDC 系统以单极大地方式运行时,流入大地的直流电流将更大(约4000A),在交流电网可能 会出现很大的直流电流分量,该直流电流流入中性点接地的换流变绕组时将引起变压器 更大的直流偏磁,使变压器铁芯饱和更为严重,从而产生较大的谐波电流,在一定条件 下很可能引起谐波不稳定发生。特高压在建设的过程中,通常先建设好一极并以单极的 模式投入运行,然后再进行另外一极的建设及投入运行。

即使当双极都建成投入运行后, 假设出现其中一极故障,UHVDC系统将在单极的方式下运行。在双极特高压直流系统 中,以单极的方式运行也是常有的,因此该运行方式还是较为常见的运行方式。鉴于此, 下文主要针对单极大地运行方式下的换流变压器铁芯饱和引起的谐波不问题进行研究。 从第二章的换流变压器饱和等值电路图可以看出,交流和直流系统的阻抗、直流系 统的运行状态及换流器的控制等因素都会影响到换流变压器铁芯饱和稳定因子SSF。

考 虑到在实际的运行中,较容易改变的是交流系统阻抗及直流系统的运行状态,因此下面 主要分析交流系统阻抗及直流系统运行状态的改变对换流变压器铁芯饱和不稳定的影 响。

交流系统阻抗对铁芯饱和稳定因子SSF的影响 考虑到弱短路比下较容易出现谐波不稳定,而且改变交流系统的短路比即可改变交 流系统阻抗,因此下面主要分析UHVDC系统在不同的交流短路比情况下的换流变压器 铁芯饱和情况。由于铁芯饱和引起的谐波不稳定主要在整流侧,且研究对象的整流侧短 路比较弱,因此我们只改变整流侧的短路比,使其在1.62~8.45内变化,逆变侧的有效 短路比保持在3.45不变。

根据第二章介绍的计算变压器铁芯饱和稳定因子SSF的方法,求换流器两侧谐波关 系的矩阵参数的时运用EMTDC中的傅立叶分析模块,通过仿真求取稳态条件下3个。

根据该公式计算出不同有效短路比下的谐波关系矩阵及饱和稳定因子SSF如下: 当ESCR-1.62时,谐波关系矩阵求得如下: 从以上的计算结果可以看出,单极大地运行方式下,整流侧交流系统有效短路比在 1.62~8.45内变化时,变压器饱和稳定因子SSF都为正值,说明系统都是稳定的。下面 我们通过仿真图来看看当直流系统整流器交流侧有效短路比在2.1l。8.9内不断变化时, 系统的稳定情况如何,是否跟计算结果一样。 交流系统有效短路比ESCR=1.62,3,5,7,8.45时整流侧直流电流波形分别如图

5—9中(a)~(e)所示。由以上的仿真图可以看出,UHVDC系统当改变交流系统侧的不川 短路比的时候(即也改变交流系统f5且抗),在t=2s时,整流侧交流母线发,li坼彳寸I接地短路 故障,故障持续0.15s,故障清除后,山上而的直流电流波形图可以看到,当整流侧交 流系统的ESCR在1.65~8.45内变化时,袁流电流在故障后都能慢慢恢复到故障前的稳 定运行状态,并且从图中纵向对比还可看?,系统遭到外界扰动后,交流系统短路比越 小,交流系统越弱,系统恢复到故障前的稳定水甲时J1IJ相对会越长些:而交流系统短路 比越大,交流系统相对越强,系统能很快并皿很好的。恢复到i故障前的稳定运{j:水平。

该 仿真测试也验证了以上的通过计算换流变Jj!器饱和稳定冈予SSF来判断系统的稳定情 况的jF确性,即SSF>O,说明系统是稳定的,不会发生换流变铁芯饱和引起的偕波不 稳定。 以i二的仿真结果充分证明,特高压赢流系统在币.极大地运行工况下,当改变交流系 统强度,在外界扰动时,该系统不会产生囚换流变铁芯饱和而引起的谐波不稳定的现象, 系统是可以稳定运行的。

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