CN110556837B - 基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法 - Google Patents

基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法 Download PDF

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CN110556837B CN201910950719.4A CN201910950719A CN110556837B CN 110556837 B CN110556837 B CN 110556837B CN 201910950719 A CN201910950719 A CN 201910950719A CN 110556837 B CN110556837 B CN 110556837B
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Abstract

本发明公开了一种基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，包括获取电网运行参数；建立四绕组感应滤波电力变压器的各端口数据模型；判断电网的运行状态；选定四绕组感应滤波电力变压器的外接装置；对电网进行谐波屏蔽。本发明方法通过对四绕组感应滤波电力变压器进行建模，并在不同情况下通过四绕组感应滤波电力变压器对电网进行谐波抑制或无功补偿，实现了带四绕组感应滤波电力变压器的电网的谐波屏蔽和无功补偿，而且本发明方法的可靠性高、稳定性好且滤波效果较好。

Description

基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法
技术领域
本发明具体涉及一种基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，电力系统的稳定可靠运行，就成为了电力系统的最重要的任务之一。
同时，随着国民经济的快速发展，工业负荷日益增多，这些工业负荷含有大量的谐波电流，谐波电流会通过电力变压器注入电网，对电网造成大量谐波污染，同时对电力系统的安全运行带来极大地危害。独立220kV变电站是指 220kV是公共电网电源，110/35kV的母线直接给工业企业供电，而110/35kV的母线并没有连接其它的电源点。该变电站采用220/110/35kV电压等级供电，其中三绕组电力变压器是核心元件。当110/35kV母线连接工业负荷时会产生谐波电流，注入中/低压绕组的谐波电流会通过三绕组电力变压器感应到高压侧，影响公共电网的质量。因此，电网采用四绕组感应滤波变压器实现谐波抑制和无功补偿的新方案。四绕组感应滤波变压器采用了现代感应滤波技术，由高、中、低压绕组和感应滤波绕组组成。当中/低压侧存在谐波电流时，通过感应滤波绕组外接滤波装置屏蔽中/低压侧的谐波电流，改善高压侧电网质量；当中/低压侧不存在谐波电流时，通过感应滤波绕组外接电容器组就地补偿无功功率。因此，四绕组感应滤波变压器具有谐波抑制和无功补偿作用，同时具有不同电压等级的电能转换及传输功能。
但是，目前对于四绕组感应滤波变压器的研究相对较少，导致四绕组感应滤波变压器应用于电网谐波屏蔽时，其效果并不明显，因此使得电网供电质量下降，甚至给电网带来了更大的运行风险。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种可靠性高、稳定性好且滤波效果较好的基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法。
本发明提供的这种基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，包括如下步骤：
S1.获取电网运行参数；
S2.建立四绕组感应滤波电力变压器的各端口数据模型；
S3.判断电网的运行状态；
S4.根据步骤S3获取的电网的运行状态，选定四绕组感应滤波电力变压器的外接装置；
S5.根据步骤S4所选定的四绕组感应滤波电力变压器的外接装置，对电网进行谐波屏蔽。
步骤S1所述的电网，为带有四绕组感应滤波电力变压器的电网。
步骤S2所述的建立四绕组感应滤波电力变压器的各端口数据模型，具体为根据多绕组变压器理论建立四绕组感应滤波电力变压器各端口数学方程式。
所述的建立四绕组感应滤波电力变压器的各端口数据模型，具体为采用如下算式建立模型：
Figure GDA0003901665700000031
式中
Figure GDA0003901665700000032
为高压侧电压，
Figure GDA0003901665700000033
为滤波绕组电压，ZK14为高压绕组与滤波绕组的短路阻抗，
Figure GDA0003901665700000034
为高压侧电流，且
Figure GDA0003901665700000035
Figure GDA0003901665700000036
为中压侧负荷电流，
Figure GDA0003901665700000037
为低压侧负荷电流，
Figure GDA0003901665700000038
为滤波绕组电流，
Figure GDA0003901665700000039
为中压侧电压， ZK24为中压绕组与滤波绕组的短路阻抗，ZK4,23为滤波绕绕组与中、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure GDA00039016657000000310
为低压侧电压，ZK34为低压绕组与滤波绕组的短路阻抗。
步骤S3所述的判断电网的运行状态，具体为判断电网为谐波状态或基波状态；判断规则为：当高压电网侧的谐波含量超过国家标准时，此时处于谐波状态，否则为基波运行状态。
步骤S4所述的根据步骤S3获取的电网的运行状态，选定四绕组感应滤波电力变压器的外接装置，具体为若电网为谐波状态，则感应滤波绕组外接无源滤波器构成谐波超导回路实现谐波抑制；若电网为基波状态，则感应滤波绕组外接电容器构成无功补偿支路，实现无功补偿。
步骤S5所述的根据步骤S4所选定的四绕组感应滤波电力变压器的外接装置，对电网进行谐波屏蔽，具体为采用如下步骤进行屏蔽：
(1)若电网为谐波状态，则采用如下算式作为外接了无源滤波器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程：
Figure GDA0003901665700000041
式中：
Figure GDA0003901665700000042
为谐波下高压侧电压；
Figure GDA0003901665700000043
为谐波下中压侧负荷电压；ZK24为中压绕组与滤波绕组的短路阻抗；
Figure GDA0003901665700000044
为谐波下中压侧负荷电流，ZK4,23为滤波绕组与中压、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure GDA0003901665700000045
为谐波下低压侧负荷电流，
Figure GDA0003901665700000046
为谐波下低压侧负荷电压，ZK34为低压绕组与滤波绕组的短路阻抗，
Figure GDA0003901665700000047
为谐波下滤波绕组电压；
(2)根据步骤(1)得到的外接了无源滤波器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程，对电网进行谐波屏蔽；
(3)若电网为基波状态，则采用如下算式作为外接了电容器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程：
Figure GDA0003901665700000048
式中
Figure GDA0003901665700000049
为高压侧基波电压，ZK14为高压绕组与低压绕组间的短路阻抗，Xc为滤波绕组上电容器的容抗，
Figure GDA0003901665700000051
为高压侧基波电流，
Figure GDA0003901665700000052
为中压侧负荷基波电流，
Figure GDA0003901665700000053
为低压侧负荷基波电流，
Figure GDA0003901665700000054
为中压侧负荷基波电压，ZK24为中压绕组与滤波绕组间短路阻抗，ZK4,23为滤波绕组与中压、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure GDA0003901665700000055
为低压侧负荷基波电压；
(4)根据步骤(3)得到的外接了电容器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程，对电网进行无功补偿。
本发明提供的这种基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，通过对四绕组感应滤波电力变压器进行建模，并在不同情况下通过四绕组感应滤波电力变压器对电网进行谐波抑制或无功补偿，实现了带四绕组感应滤波电力变压器的电网的谐波屏蔽和无功补偿，而且本发明方法的可靠性高、稳定性好且滤波效果较好。
附图说明
图1为本发明方法的方法流程示意图。
图2为本发明方法的四绕组感应滤波电力变压器系统拓扑结构示意图。
图3为本发明方法的四绕组感应滤波电力变压器的各端口电路原理示意图。
图4为本发明方法的四绕组感应滤波电力变压器的单相解耦电路示意图。
图5为本发明方法的四绕组感应滤波电力变压器的单相谐波模型示意图。
图6为本发明方法的四绕组感应滤波电力变压器的单相基波模型示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明提供的这种基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，包括如下步骤：
S1.获取电网(带有四绕组感应滤波电力变压器的电网)运行参数；
S2.建立四绕组感应滤波电力变压器的各端口数据模型(如图2所示)；具体为根据多绕组变压器理论建立四绕组感应滤波电力变压器各端口数学方程式；
如图3和图4所示：
忽略励磁电流，根据变压器安装平衡原理，可得磁势平衡方程为：
Figure GDA0003901665700000061
式中
Figure GDA0003901665700000062
为高压侧电流，
Figure GDA0003901665700000063
为中压侧负荷电流，
Figure GDA0003901665700000064
为低压侧负荷电流，
Figure GDA0003901665700000065
为滤波绕组电流；
然后根据多绕组变压器理论，可得四绕组感应滤波电力变压器各端口的数学方程为：
Figure GDA0003901665700000066
式中
Figure GDA0003901665700000067
为高压侧电压，
Figure GDA0003901665700000068
为滤波绕组电压，ZK14为高压绕组与滤波绕组间短路阻抗，
Figure GDA0003901665700000069
为高压侧电流，且
Figure GDA00039016657000000610
Figure GDA00039016657000000611
为中压侧负荷电流，
Figure GDA00039016657000000612
为低压侧负荷电流，
Figure GDA00039016657000000613
为滤波绕组电流，
Figure GDA00039016657000000614
为中压侧负荷电压，ZK24为中压绕组与滤波绕组间短路阻抗，ZK4,23为滤波绕组与中压、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure GDA0003901665700000071
为低压侧负荷电压，ZK34为低压绕组与滤波绕组间短路阻抗；
S3.判断电网的运行状态；具体为判断电网为谐波状态或基波状态；判断规则为：当高压电网侧的谐波含量超过国家标准时，此时处于谐波状态，否则为基波运行状态；
S4.根据步骤S3获取的电网的运行状态，选定四绕组感应滤波电力变压器的外接装置；具体为若电网为谐波状态，则感应滤波绕组外接无源滤波器构成谐波超导回路实现谐波抑制；若电网为基波状态，则感应滤波绕组外接电容器构成无功补偿支路，实现无功补偿；
S5.根据步骤S4所选定的四绕组感应滤波电力变压器的外接装置，对电网进行谐波屏蔽；具体为采用如下步骤进行屏蔽：
(1)若电网为谐波状态(如图5所示)：
在谐波情况下，可得四绕组感应滤波电力变压器的谐波磁势方程为
Figure GDA0003901665700000072
式中：
Figure GDA0003901665700000073
为谐波下滤波绕组电流，
Figure GDA0003901665700000074
为谐波下中压侧负荷电流；
Figure GDA0003901665700000075
为谐波下低压侧负荷电流；
然后，采用如下算式作为外接了无源滤波器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程：
Figure GDA0003901665700000081
式中
Figure GDA0003901665700000082
为谐波下高压侧电压；
Figure GDA0003901665700000083
为谐波下中压侧负荷电压，ZK24为中压绕组与滤波绕组间短路阻抗，
Figure GDA0003901665700000084
为谐波下中压侧负荷电流，ZK4,23为滤波绕组与中压、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure GDA0003901665700000085
为谐波下低压侧负荷电流，
Figure GDA0003901665700000086
为谐波下低压侧负荷电压，ZK34为低压绕组与滤波绕组间短路阻抗，
Figure GDA0003901665700000087
为谐波下滤波绕组电压；
(2)根据步骤(1)得到的外接了无源滤波器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程，对电网进行谐波屏蔽；
(3)若电网为基波状态(如图6所示)：
在基波情况下，可得四绕组感应滤波电力变压器的基波磁势方程为：
Figure GDA0003901665700000088
式中
Figure GDA0003901665700000089
为高压侧基波电流，
Figure GDA00039016657000000810
为高压系统电压，Xc为滤波绕组上电容器的容抗，
Figure GDA00039016657000000811
为中压侧负荷基波电流，
Figure GDA00039016657000000812
为低压侧负荷基波电流；
然后，采用如下算式作为外接了电容器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程：
Figure GDA0003901665700000091
式中
Figure GDA0003901665700000092
为高压侧基波电压，ZK14为高压绕组与滤波绕组间短路阻抗，Xc为滤波绕组上电容器的容抗，
Figure GDA0003901665700000093
为高压侧基波电流，
Figure GDA0003901665700000094
为中压侧负荷基波电流，
Figure GDA0003901665700000095
为低压侧负荷基波电流，
Figure GDA0003901665700000096
为中压侧负荷基波电压，ZK24为中压绕组与滤波绕组间短路阻抗，ZK4,23为滤波绕组与中压、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure GDA0003901665700000097
为低压侧负荷基波电压；
(4)根据步骤(3)得到的外接了电容器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程，对电网进行无功补偿；
在基波情况下，当四绕组感应滤波电力变压器的滤波绕组不投入无源滤波装置，而投入电容器组时，公共电网侧的视在功率为：
Figure GDA0003901665700000098
式中Ss1为高压侧视在功率，
Figure GDA0003901665700000099
为系统电压，
Figure GDA00039016657000000910
为系统电流，
Figure GDA00039016657000000911
为系统电流
Figure GDA00039016657000000912
的共轭。
根据上述的分析，若中/低压负荷侧存在谐波电流时，谐波电流流向滤波绕组，此时滤波绕组外接无源滤波装置，无源滤波装置会感应出反向的谐波电流，从而抵消流入滤波绕组的谐波电流，而这些谐波电流不会感应到高压公共电网侧，因此改善了公共电网的电能质量。在基波情况下，通过四绕组感应滤波电力变压器的滤波绕组外接电容器组，补偿容性无功功率，用于提高四绕组感应滤波电力变压器公共电网侧的功率因数。

Claims (6)

1.一种基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，包括如下步骤：
S1.获取电网运行参数；
S2.建立四绕组感应滤波电力变压器的各端口数据模型；
S3.判断电网的运行状态；
S4.根据步骤S3获取的电网的运行状态，选定四绕组感应滤波电力变压器的外接装置；
S5.根据步骤S4选定的四绕组感应滤波电力变压器的外接装置，对电网进行谐波屏蔽；具体为采用如下步骤进行屏蔽：
(1)若电网为谐波状态，则采用如下算式作为外接了无源滤波器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程：
Figure FDA0003901665690000011
式中
Figure FDA0003901665690000012
为谐波下高压侧电压；
Figure FDA0003901665690000013
为谐波下中压侧负荷电压，ZK24为中压绕组与滤波绕组间短路阻抗，
Figure FDA0003901665690000014
为谐波下中压侧负荷电流，ZK4,23为滤波绕组与中压、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure FDA0003901665690000015
为谐波下低压侧负荷电流，
Figure FDA0003901665690000016
为谐波下低压侧负荷电压，ZK34为低压绕组与滤波绕组间短路阻抗，
Figure FDA0003901665690000017
为谐波下滤波绕组电压；
(2)根据步骤(1)得到的外接了无源滤波器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程，对电网进行谐波屏蔽；
(3)若电网为基波状态，则采用如下算式作为外接了电容器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程：
Figure FDA0003901665690000021
式中
Figure FDA0003901665690000022
为高压侧基波电压，ZK14为高压绕组与滤波绕组间短路阻抗，Xc为滤波绕组上电容器的容抗，
Figure FDA0003901665690000023
为高压侧基波电流，
Figure FDA0003901665690000024
为中压侧负荷基波电流，
Figure FDA0003901665690000025
为低压侧负荷基波电流，
Figure FDA0003901665690000026
为中压侧负荷基波电压，ZK24为中压绕组与滤波绕组间短路阻抗，ZK4,23为滤波绕组与中压、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure FDA0003901665690000027
为低压侧负荷基波电压；
(4)根据步骤(3)得到的外接了电容器的四绕组感应滤波电力变压器的数学方程，对电网进行无功补偿。
2.根据权利要求1所述的基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，其特征在于步骤S1所述的电网，为带有四绕组感应滤波电力变压器的电网。
3.根据权利要求2所述的基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，其特征在于步骤S2所述的建立四绕组感应滤波电力变压器的各端口数据模型，具体为根据多绕组变压器理论建立四绕组感应滤波电力变压器各端口数学方程式。
4.根据权利要求3所述的基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，其特征在于所述的建立四绕组感应滤波电力变压器的各端口数据模型，具体为采用如下算式建立模型：
Figure FDA0003901665690000031
式中
Figure FDA0003901665690000032
为高压侧电压，
Figure FDA0003901665690000033
为滤波绕组电压，ZK14为高压绕组与滤波绕组间短路阻抗，
Figure FDA0003901665690000034
为高压侧电流，且
Figure FDA0003901665690000035
Figure FDA0003901665690000036
为中压侧负荷电流，
Figure FDA0003901665690000037
为低压侧负荷电流，
Figure FDA0003901665690000038
为滤波绕组电流，
Figure FDA0003901665690000039
为中压侧负荷电压，ZK24为中压绕组与滤波绕组间短路阻抗，ZK4,23为滤波绕组与中压、低压绕组关联的等值计算阻抗，
Figure FDA00039016656900000310
为低压侧负荷电压，ZK34为低压绕组与滤波绕组间短路阻抗。
5.根据权利要求4所述的基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，其特征在于步骤S3所述的判断电网的运行状态，具体为判断电网为谐波状态或基波状态；判断规则为：当高压电网侧的谐波含量超过国家标准时，此时处于谐波状态，否则为基波运行状态。
6.根据权利要求5所述的基于四绕组感应滤波电力变压器的电网谐波屏蔽方法，其特征在于步骤S4所述的根据步骤S3获取的电网的运行状态，选定四绕组感应滤波电力变压器的外接装置，具体为若电网为谐波状态，则感应滤波绕组外接无源滤波器构成谐波超导回路实现谐波抑制；若电网为基波状态，则感应滤波绕组外接电容器构成无功补偿支路，实现无功补偿。
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