CN109391157B - 一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器，其特征在于，所述高压直流输电系统的每个换流单元对应的交流电源包括：三个Y型单相双绕组换流变压器和三个D型单相双绕组换流变压器；其中，将所述Y型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组和所述D型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组串联连接，获得三个单相工频电源，三个单相工频电源组成三相工频交流电源。

Description

一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器
技术领域
本发明涉及换流变压器技术领域，特别涉及一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器。
背景技术
随着常规高压直流的发展，在同一区域交流输电网的高压直流逆变站落点越来越多，对交流输电网络的短路容量要求越来越高。如果不升级改造交流输电网，不可避免的，常规高压直流输电系统的逆变站会发生越来越多的换相失败，给本地交流输电网的稳定性带来严重的危害。
混合型点对点(又称双端)高压直流输电技术可以经济、有效地解决这一问题。在混合高压直流输电系统中，整流站应用常规高压直流变流技术，逆变站应用柔性高压直流变流技术。这种系统即可以避免常规高压直流技术逆变站的换相失败问题，又应用了经济性好、损耗低的整流技术。在对现有常规高压直流输电系统进行升级改造时，考虑到其主要设备的服役年限和造价，会尽可能的利用现有的设备。作为其中造价最高的换流变压器(一般占到换流系统总造价的50％)，其服役年限可长达40年。但由于常规高压直流变流技术和柔性高压直流变流技术的不同，常规高压直流换流变压器不可以直接应用在柔性高压直流变流系统中。
在大容量远距离电力传输系统中，考虑到整个系统的电压等级、输电容量和经济性，一般选用架空线为电力传输线。当气候条件不好，导致空气绝缘强度下降时，高压直流输电系统需要进行降电压运行，然而对于大部分柔性直流输电技术来说，降电压运行功能的实现需要采用更高成本的换流技术。这样，降低了设备的有效利用，增加了混合型高压直流输电系统的成本，给混合型高压直流输电技术的推广性带来了很大的挑战。
发明内容
本发明提出一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器，解决混合型高压直流输电系统降电压运行时成本增加的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器，所述高压直流输电系统的每个换流单元对应的交流电源包括：三个Y型单相双绕组换流变压器和三个D型单相双绕组换流变压器；其中，
将所述Y型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组和所述D型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组串联连接，获得三个单相工频电源，三个单相工频电源组成三相工频交流电源。这种连接方式，使得这六个单相双绕组变压器既可以用到常规高压直流输电系统的换流单元，也可以应用到柔性直流输电系统的换流单元里。
优选地，三个所述单相工频电源通过三角形接线方式组成三相工频交流电源。
优选地，所述Y型单相双绕组换流变压器与所述D型单相双绕组换流变压器为同一相位的单相双绕组变压器。
优选地，所述三相工频交流电源接入到所述高压直流输电系统的换流单元的交流侧。
优选地，所述高压直流输电系统的换流单元为具有相同直流电压等级的十二脉动电网换相变流器或电压源型强制换相变流器。
上述技术方案具有如下有益效果：
本技术方案可以将常规高压直流输电系统中的换流变压器直接应用于柔性高压直流输电系统中。对于本领域技术人员可以得知，在基于架空线的柔性高压直流输电系统中，可以应用本技术方案，以十分经济的方式，快速的实现降电压运行功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为常规高压直流输电系统中的12脉动换流器单元的单线图；
图2a为12脉动换流器单元的Y型绕组单相换流变压器接线图；
图2b为12脉动换流器单元的D型绕组单相换流变压器接线图；
图2c为常规高压直流输电系统中的换流变压器组构成三个单相换流变压器的接线图；
图3为柔性高压直流输电系统的换流器单元系统单线图；
图4为本发明实施例提出的一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器单线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在高压直流输电系统中，交流换流变压器系统可以为高压直流变流器提供相匹配的交流输入电压。由于其电压等级很高，设计容量很大，考虑到制造和安装难度，一般来说都将其设计为单相换流变压器。
如图1所示，为常规高压直流输电系统中的12脉动换流器的单线图。在常规高压直流输电系统中，通常以一个12脉动换流器为一个换流单元11，换流单元11通过换流变压器组10获得电量。在500kV及以下的常规直流输电系统中，通常只应用一个换流单元(双极系统用两个换流单元)；在800kV及以上的常规直流输电系统中，采用两个换流单元串联的方案(双极系统用四个换流单元)。
12脉动换流器可以继续分解为第一6脉动桥式换流器111和第二6脉动桥式换流器112，靠近地电位的第二6脉动桥式换流器112为低压侧换流器，靠近传输线电位的第一6脉动桥式变流器111为高压侧变流器。每个6脉动桥式变流器由三个单相换流变压器提供三相工频交流电源。如图2c所示，为常规高压直流输电系统中的换流变压器组构成三个单相换流变压器的接线图；。一般来说，在换流变压器组10中，低压侧的换流变压器102采用网侧星形接地接法及阀侧三角形接法(又称D形接法)，高压侧的换流变压器101采用网侧星形接地接法及阀侧星形接法(又称Y形接法)。因此，单相换流变压器的绕组也相应有两种设计，一种单相换流变压器的绕组为三角形接法而设计，本技术方案中定义为D型绕组，如图2a所示；一种为星形接法而设计，本技术方案中定义为Y型绕组，如图2b所示。以500kV高压直流输电系统为例，D型绕组的电网侧电压为500kVAC，阀侧电压为200kVAC；Y型绕组的电网侧电压为500kVAC，阀侧电压为116kVAC。
如图3所示，为柔性高压直流输电系统的换流器单元系统单线图。在柔性高压直流输电系统中，通常采用一个基于全控型器件(比如IGBT)的变流器31为一个换流单元。在500kV及以下的柔性直流系统中，通常只应用一个换流单元；在800kV及以上的柔性直流系统中(还未有实例工程)，以现有技术水平，采用两个换流单元串联的方案。
在柔性高压直流输电系统中，每个换流单元由一个换流变压器(又称联接变压器)提供三相工频交流电源30。换流变压器一般采用网侧星形接地接法及阀侧三角形接法。以500kV高压直流系统为例，网侧电压为500kVAC，阀侧电压为330kVAC。
基于上述图2a、图2b和图3的介绍，如图4所示，为本发明实施例提出的一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器单线图。本技术方案直接利用常规高压直流输电系统中使用的换流变压器，用更改其阀侧绕组的电气连接的方法，使其可以应用在柔性高压直流输电系统中。所述高压直流输电系统的每个换流单元对应的交流电源包括：三个Y型单相双绕组换流变压器和三个D型单相双绕组换流变压器；
将所述Y型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组和所述D型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组串联连接，获得三个单相工频电源，三个单相工频电源组成三相工频交流电源。其中，三个所述单相工频电源通过三角形接线方式组成三相工频交流电源，所述三相工频交流电源接入到所述高压直流输电系统的换流单元的交流侧。
在本技术方案中，所述Y型单相双绕组换流变压器与所述D型单相双绕组换流变压器为同一相位的单相双绕组变压器。
在本实施例中，所述高压直流输电系统的换流单元为具有相同直流电压等级的十二脉动电网换相变流器或电压源型强制换相变流器。
以500kV高压直流系统为例，将同相位的的D型单相双绕组换流变压器的200kVAC阀侧绕组与的Y型单相双绕组换流变压器的116kVAC阀侧绕组串联，组成工频电压为316kVAC的单相工频电源。利用换流变压器网侧绕组的有载调压抽头，将其阀侧电压抬高至330kVAC；或者调整柔性高压直流系统变流器的调制度，使其匹配500kV高压直流系统。
当基于架空线传输的点对点混合高压直流系统(或纯柔性高压直流系统)需要降电压运行时，可以打开三个Y型单相双绕组换流变压器的网侧交流断路器(变压器配置交流断路器为本专业领域人员通用知识,本申请不再详细论述)，使其相对应的阀侧绕组失去电压，快速实现系统降电压运行。以500kV高压直流系统为例，使用该方法后，直流电压可以迅速将至额定电压的65％。
需要注意的是，常规高压直流变流系统的Y型单相双绕组换流变压器可以直接应用在本技术方案所提出的系统中。对于常规高压直流系统的D型单相双绕组换流变压器来说，考虑到产品的参数，需要对D型单相双绕组换流变压器做一些升级改造
需对其阀侧绕组的通流能力和对地绝缘水平做特殊考虑。由于接法的不同，Y型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组的通流能力为D型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组的1.732倍。因此，需要对D型单相双绕组换流变压器的冷却系统进行升级改造，并更换其穿墙套管，完成阀侧绕组串联的电流匹配。由于D型单相双绕组换流变压器通常被配置在常规高压直流系统12脉动换流器的低电压侧，其测试用绝缘水平远低于Y型单相双绕组换流变压器(尽管其外观尺寸和绝缘油用量与Y型单相双绕组换流变压器类似)，需要对其实际绝缘水平进行核算和测试。在确认其实际绝缘水平可以达到500kV高压直流变流系统要求后，才可将其应用在本技术方案所提出的系统中。
本技术方案可以将常规高压直流系统中的换流变压器直接应用于柔性高压直流系统中。当需要把常规高压直流系统改造成柔性高压直流系统时(部分改造或全部改造)，本技术方案可以极大的降低改造工程的成本。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于高压直流输电系统的通用型换流变压器，其特征在于，所述高压直流输电系统的每个换流单元对应的交流电源包括：三个Y型单相双绕组换流变压器和三个D型单相双绕组换流变压器；其中，
将所述Y型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组和所述D型单相双绕组换流变压器的阀侧绕组串联连接，获得三个单相工频电源，三个单相工频电源组成三相工频交流电源；
三个所述单相工频电源通过三角形接线方式组成三相工频交流电源；
所述高压直流输电系统为常规高压直流输电系统或柔性高压直流输电系统。
2.如权利要求1所述的通用型换流变压器，其特征在于，所述Y型单相双绕组换流变压器与所述D型单相双绕组换流变压器为同一相位的单相双绕组变压器。
3.如权利要求1所述的通用型换流变压器，其特征在于，所述三相工频交流电源接入到所述高压直流输电系统的换流单元的交流侧。
4.如权利要求3所述的通用型换流变压器，其特征在于，所述高压直流输电系统的换流单元为具有相同直流电压等级的十二脉动电网换相变流器或电压源型强制换相变流器。
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