CN106324353B - 一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量方法及装置，在感应滤波换流变压器的网侧绕组与阀侧绕组上安装谐波数据采集单元，通过数据采集单元测得绕组中的谐波电压与谐波电流，把采集数据通过接口传输到计算机处理单元，计算机处理单元中集成了基于感应滤波换流变压器谐波阻抗模型的谐波阻抗计算程序。由于本发明能够实时准确地测量出感应滤波换流变压器的谐波阻抗，为感应滤波换流变压器的谐波滤波器设计、确定谐波限值以及预测系统谐波谐振提供了有力依据。同时，通过分析不同运行工况下的谐波阻抗，可以为降低感应滤波换流变压器谐波电流、损耗和电磁振动，避免发生系统谐振等提供解决方案。

Description

一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量方法及装置
技术领域
本发明涉及一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量方法及装置。
背景技术
随着时代的进步，电力电子装置在电能变换和并网过程中的作用越来越重要，应用范围也越来越广。但与此同时，这些非线性器件的使用给电网带来了更为严重的谐波畸变等电能质量问题。另外，高压直流输电的迅猛发展，导致电力系统中谐波问题较为突出。特别是上述系统中的换流变压器承受的谐波分量比较严重，由换流器产生的各种特征谐波电流与非特征谐波电流均通过换流变压器的阀侧绕组和网侧绕组而馈入至交流电网侧，这意味着谐波电流在换流变压器中流通而得不到有效抑制。由于谐波电流流入变压器产生的铁芯磁滞现象会引起噪声增大。此外，还会由高次谐波电流、电压而引起的附加铁耗和铜耗，使变压器损耗增大，容量利用率减小。
相比于传统换流变压器而言，感应滤波换流变压器中增加了感应滤波绕组，该绕组与阀侧绕组对某些特征次谐波构成安匝平衡，避免了阀侧谐波传递到网侧，从而对换流器所产生的某些特征次谐波能够起到较好的抑制作用。谐波抑制效果取决于感应滤波换流变压器各端口的谐波阻抗，特别是滤波绕组的谐波等值阻抗。同时感应滤波换流变压器谐波阻抗与电磁振动及噪声也存在关联性。
感应滤波换流变压器在实际运行中，滤波器需要根据运行工况随时投切某些支路，这使得由感应滤波换流变压器和滤波器等组成的系统谐波阻抗经常发生变化。实时在线监测感应滤波换流变压器谐波阻抗，对于考察运行工况对滤波效果和电磁振动的影响，抑制系统谐振等方面具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量方法及装置，旨在通过测量网侧和阀侧的谐波电压、谐波电流，将采样的波形数据输入到计算机中，通过参数辨识、曲线拟合等多种方式，实时计算出谐波阻抗参数，可根据计算出的谐波阻抗参数启动谐振抑制装置，避免系统发生谐振。
一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量方法，包括以下几个步骤：
步骤1：实时测量多组感应滤波换流变压器中电压和电流参数；
所述电压和电流参数包括网侧谐波电压Ush、阀侧谐波电压U2h，感应滤波器侧谐波电压U3h，网侧谐波电流ISh，流经阀侧绕组的h次谐波阻抗的h次谐波电流I2h；
步骤2：依据感应滤波换流变压器单相绕组接线原理图构建感应滤波换流变压器单相谐波等效模型；
步骤3：利用感应滤波换流变压器的单相绕组接线原理图和单相谐波等效模型构建谐波电压、谐波电流和谐波阻抗之间的数学关系模型；
IshN1+I2hN2+I3hN3＝0
Ush＝IshZsh+IshZ1h+E1h
E2h＝I2hZ2h+U2h
E3h＝I3hZ3h+U3h
Ufh＝U3h＝I3hZfh
其中，N1、N2、N3分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的匝数；Z1h、Z2h、Z3h分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的h次等值谐波阻抗；I3h为流经感应滤波绕组的h次谐波阻抗的h次谐波电流；Zfh为滤波器谐波阻抗；E1h、E2h、E3h分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的感应电势；
步骤4：利用步骤1采集的多组参数代入步骤3获得的数学关系模型中，计算得到多组谐波阻抗参数Z1h、Z2h和Z3h；
步骤5：利用步骤4获得的多组谐波阻抗参数进行参数辨识和曲线拟合后，获得谐波阻抗Z1h、Z2h、Z3h的精准值。
一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量装置，包括网侧电压与电流传感器4、阀侧电压与电流传感器5、6通道采集单元6、12通道采集单元7以及计算机处理单元8；
所述网侧电压与电流传感器设置在感应滤波换流变压器的网侧绕组出线端上，且与6通道采集单元相连；
所述阀侧电压与电流传感器设置在感应滤波换流变压器的阀侧绕组出线端上，且与12通道采集单元相连；
所述6通道采集单元和12通道采集单元均与所述计算机处理单元相连；
所述计算机处理单元依据权利要求1所述的方法，对实时测量多组感应滤波换流变压器中电压和电流参数进行处理，得到谐波阻抗Z1h、Z2h、Z3h的精准值。
所述感应滤波换流变压器1的网侧绕组采用星形接法，阀侧绕组采用星形和三角形接法，且阀侧绕组与换流阀3连接；滤波绕组采用三角形接法，并与感应滤波装置2连接。
有益效果
与现有技术相比，本发明通过数据采集单元实时地采集换流变压器网侧绕组与阀侧绕组上的谐波电压与谐波电流，且网侧绕组与阀侧绕组的数据同步，采集数据通过接口传输到计算机机，计算机中集成了基于感应滤波换流变压器谐波阻抗模型的谐波阻抗计算程序，计算机通过实时接收到的数据，对数据实时分析处理，计算出被测换流变压器绕组谐波阻抗。这种测量方法具有精度高、稳定性好、受工况影响程度低等特点。由于本发明能够实时准确地测量出感应滤波换流变压器的谐波阻抗，为感应滤波换流变压器的谐波滤波器设计、确定谐波限值以及预测系统谐波谐振提供了有力依据。同时，通过分析不同运行工况下的谐波阻抗，可以为降低感应滤波换流变压器谐波电流、损耗和电磁振动，避免发生系统谐振等提供解决方案。
附图说明
图1为本发明的感应滤波换流变压器单相绕组接线图；
图2为本发明的感应滤波换流变压器单相谐波等效模型；
图3为本发明的感应滤波换流变压器谐波阻抗测量装置原理图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量方法，包括以下几个步骤：
步骤1：实时测量多组感应滤波换流变压器中电压和电流参数；
所述电压和电流参数包括网侧谐波电压Ush、阀侧谐波电压U2h，感应滤波器侧谐波电压U3h，网侧谐波电流ISh，流经阀侧绕组的h次谐波阻抗的h次谐波电流I2h；
步骤2：依据感应滤波换流变压器单相绕组接线原理图构建感应滤波换流变压器单相谐波等效模型；
步骤3：利用感应滤波换流变压器的单相绕组接线原理图和单相谐波等效模型构建谐波电压、谐波电流和谐波阻抗之间的数学关系模型；
IshN1+I2hN2+I3hN3＝0
Ush＝IshZsh+IshZ1h+E1h
E2h＝I2hZ2h+U2h
E3h＝I3hZ3h+U3h
Ufh＝U3h＝I3hZfh
其中，N1、N2、N3分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的匝数；Z1h、Z2h、Z3h分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的h次等值谐波阻抗；I3h为流经感应滤波绕组的h次谐波阻抗的h次谐波电流；Zfh为滤波器谐波阻抗；E1h、E2h、E3h分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的感应电势；
步骤4：利用步骤1采集的多组参数代入步骤3获得的数学关系模型中，计算得到多组谐波阻抗参数Z1h、Z2h和Z3h；
步骤5：利用步骤4获得的多组谐波阻抗参数进行参数辨识和曲线拟合后，获得谐波阻抗Z1h、Z2h、Z3h的精准值。
一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量装置，包括网侧电压与电流传感器4、阀侧电压与电流传感器5、6通道采集单元6、12通道采集单元7以及计算机处理单元8；
所述网侧电压与电流传感器设置在感应滤波换流变压器的网侧绕组出线端上，且与6通道采集单元相连；
所述阀侧电压与电流传感器设置在感应滤波换流变压器的阀侧绕组出线端上，且与12通道采集单元相连；
所述6通道采集单元和12通道采集单元均与所述计算机处理单元相连；
所述计算机处理单元依据权利要求1所述的方法，对实时测量多组感应滤波换流变压器中电压和电流参数进行处理，得到谐波阻抗Z1h、Z2h、Z3h的精准值。
所述感应滤波换流变压器1的网侧绕组采用星形接法，阀侧绕组采用星形和三角形接法，且阀侧绕组与换流阀3连接；滤波绕组采用三角形接法，并与感应滤波装置2连接。
图1为感应滤波换流变压器单相绕组接线图。图1中，ILh表示换流阀所产生的h次谐波电流；N1、N2、N3分别表示感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组和感应滤波绕组的匝数；Zfh和ZSh分别表示感应滤波调谐装置的h次谐波阻抗和系统谐波阻抗；USh表示电网侧的谐波电压源。
图2为感应滤波换流变压器单相谐波等效模型。图2中，Zfh、ZSh、USh与图1中表示同样的物理量；Ifh和ISh分别表示h次谐波频率下的感应滤波装置谐波电流和系统谐波电流；Z1h和I1h分别表示网侧绕组的h次等值谐波阻抗和流经此谐波阻抗的h次谐波电流；Z2h和I2h分别表示阀侧绕组的h次谐波阻抗和流经此谐波阻抗的h次谐波电流；Z3h和I3h分别表示感应滤波绕组的h次谐波阻抗和流经此谐波阻抗的h次谐波电流。通过图1与图2可以构建感应滤波换流变压器谐波电压、谐波电流和谐波阻抗之间关系的数学模型，结合参数辨识和曲线拟合的方法可以得到谐波阻抗与谐波电压、谐波电流的关系式。
已知N1、N2、N3、Zsh、Zfh的情况下，通过测量Ush、Ish、U2h、I2h、Ufh，由谐波电压、谐波电流和谐波阻抗之间的数学关系模型可解得其余未知量，其中包括变压器各绕组谐波阻抗Z1h、Z2h和Z3h。
由一组采集数据可以确定对应的一组谐波阻抗参数。通过采集多组数据得到多组谐波阻抗参数，再通过参数辨识和曲线拟合的方法，得出谐波阻抗较为精确的值。
图3为本发明的感应滤波换流变压器谐波阻抗测量装置原理图。图3中，1为感应滤波换流变压器，其网侧绕组采用星形接法，阀侧绕组分别采用星形和三角形接法，并分别与换流阀连接；滤波绕组采用三角形接法，并与感应滤波装置2连接；2为感应滤波装置；3为换流阀；4为网侧电压电流传感器；5为阀侧电压电流传感器；6为6通道数据采集单元，采集网侧绕组的谐波电压与谐波电流；7为12通道数据采集单元，采集阀侧绕组的谐波电压与谐波电流；8为计算机处理单元。计算机中集成了谐波阻抗计算程序，通过传输上来的数据实时分析计算出谐波阻抗值。这种测量方法具有精度高、稳定性好、受工况影响程度低等特点。由于本发明能够实时准确地测量出感应滤波换流变压器的谐波阻抗，为感应滤波换流变压器的谐波滤波器设计、确定谐波限值以及预测系统谐波谐振提供了有力依据。同时，通过分析不同运行工况下的谐波阻抗，可以为降低感应滤波换流变压器谐波电流、损耗和电磁振动，避免发生系统谐振等提供解决方案。

Claims (3)

1.一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤1：实时测量多组感应滤波换流变压器中电压和电流参数；
所述电压和电流参数包括网侧谐波电压Ush、阀侧谐波电压U2h、感应滤波器侧谐波电压U3h、网侧谐波电流ISh、流经阀侧绕组的h次谐波阻抗的h次谐波电流I2h；
步骤2：依据感应滤波换流变压器单相绕组接线原理图构建感应滤波换流变压器单相谐波等效模型；
步骤3：利用感应滤波换流变压器的单相绕组接线原理图和单相谐波等效模型构建谐波电压、谐波电流和谐波阻抗之间的数学关系模型；
IshN1+I2hN2+I3hN3＝0
Ush＝IshZsh+IshZ1h+E1h
E2h＝I2hZ2h+U2h
E3h＝I3hZ3h+U3h
Ufh＝U3h＝I3hZfh
其中，N1、N2、N3分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的匝数；Z1h、Z2h、Z3h分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的h次等值谐波阻抗；I3h为流经感应滤波绕组的h次谐波阻抗的h次谐波电流；Zfh为滤波器谐波阻抗；E1h、E2h、E3h分别为感应滤波换流变压器网侧绕组、阀侧绕组以及感应滤波绕组的感应电势；
步骤4：利用步骤1采集的多组参数代入步骤3获得的数学关系模型中，计算得到多组谐波阻抗参数Z1h、Z2h和Z3h；
步骤5：利用步骤4获得的多组谐波阻抗参数进行参数辨识和曲线拟合后，获得谐波阻抗Z1h、Z2h、Z3h的精准值。
2.一种感应滤波换流变压器谐波阻抗测量装置，其特征在于，包括网侧电压与电流传感器(4)、阀侧电压与电流传感器(5)、6通道采集单元(6)、12通道采集单元(7)以及计算机处理单元(8)；
所述网侧电压与电流传感器设置在感应滤波换流变压器的网侧绕组出线端上，且与6通道采集单元相连；
所述阀侧电压与电流传感器设置在感应滤波换流变压器的阀侧绕组出线端上，且与12通道采集单元相连；
所述6通道采集单元和12通道采集单元均与所述计算机处理单元相连；
所述计算机处理单元依据权利要求1所述的方法，对实时测量多组感应滤波换流变压器中电压和电流参数进行处理，得到谐波阻抗Z1h、Z2h、Z3h的精准值。
3.根据权利要求2所述的感应滤波换流变压器谐波阻抗测量装置，其特征在于，所述感应滤波换流变压器(1)的网侧绕组采用星形接法，阀侧绕组采用星形和三角形接法，且阀侧绕组与换流阀(3)连接；滤波绕组采用三角形接法，并与感应滤波装置(2)连接。
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