CN113178851A - 一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法 - Google Patents

一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种控制柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，包括联接变压器，所述联接变压器进线断路器的控制回路上安装选相合闸装置，所述选相合闸装置包括A、B、C相，当联接变压器空载合闸时连接MMC，首合相为B相时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)；当联接变压器空载合闸时不连接MMC，首合相为B相时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝90°，αa＝‑90°，本发明通过改变柔性阀组的充电的顺序操作顺序，各相的最佳合闸角均为各相电压的90°，该方案在断路器出现较大的合闸偏差时，已不会造成较大的励磁涌流。

Description

一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法
技术领域
本发明属于联接变压器技术领域，具体涉及一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法。
背景技术
联接变压器是指连接于柔性直流换流器与交流系统之间，实现能量及电压交换的设备。目前现实中出现的情况：广西侧联接变压器充电时，其A相励磁涌流峰值达到5.046kA，广西侧网侧产生较大的2次、3次谐波，造成并联于5713交流滤波器L2电抗器上的避雷器过压损坏，同时广西侧电压A、B、C相电压由故障前的313kV分别降为220kV、290kV、275kV左右，进而造成常规直流换流单元一、换流单元二换相失败；
云南侧联接变压器充电时，其A相励磁涌流峰值达到6.776kA,C相励磁涌流峰值达到2.258kA,云南侧电压A、C相电压由故障前的308kV分别降为280kV、300kV，进而造成常规直流换流单元一、换流单元二直流电压降低，直流电流出现短时断流，为了抑制换流单元三的联接变压器在充电时的励磁涌流，本发明提出一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，以解决上述背景技术中提出现有技术中柔性直流联接变压器励磁涌流过大的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，包括联接变压器，包括联接变压器，所述联接变压器进线断路器的控制回路上安装选相合闸装置，所述选相合闸装置包括A、B、C相，当联接变压器空载合闸时连接MMC，首合相为B相时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)；当联接变压器空载合闸时不连接MMC，首合相为B相时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝90°，αa＝-90°。
优选的，当联接变压器网侧断路器仅B相合闸时，若合闸瞬间B相电压瞬时值为正，B点电位大于N点电位，MMC中B相上桥臂所有子模块D2以及A、C相上桥臂所有子模块D1承受正向电压被导通，B相下桥臂所有子模块D1以及A、C相下桥臂所有子模块D2承受正向电压被导通。
优选的，当联接变压器网侧断路器仅B相合闸时，且合闸瞬间B相电压瞬时值为负，B点电位小于N点电位，MMC中B相上桥臂所有子模块D1以及A、C相上桥臂所有子模块D2承受正向电压被导通，B相下桥臂所有子模块D2以及A、C相下桥臂所有子模块D1承受正向电压被导通。
优选的，当B相合闸后，联接变压器阀侧A、C两相将通过MMC向网侧反充电，A、C相网侧绕组电压近似等于B相绕组电压。
优选的，当B相合闸时，B相电压将经柔性直流阀向A、C相反充电，A、C相电压幅值大小和相位与B相相同。
优选的，当B、A相合闸后，C相电压为
Figure BDA0003074383600000021
优选的，当联接变压器空载合闸时连接MMC，以首合相B相、次合相C相、末合相A相的合闸顺序时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)；
优选的，当联接变压器空载合闸时不连接MMC，即先合联接变压器网侧断路器CB1对换流变充电，再合联接变压器阀侧断路器CB2对柔性直流阀组充电，联接变压器网侧断路器以首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝90°，αa＝-90°。
本发明的技术效果和优点：本发明提出的一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明通过在当联接变压器空载合闸时连接MMC时，改变选相合闸装置的定值，即以首合相B相、次合相C相、末合相A相的合闸顺序时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)，可以有效的限制联接变压器各相充电时的励磁涌流。
本发明通过改变柔性阀组的充电的顺序操作顺序，先合联接变压器网侧断路器CB1对换流变充电，再合联接变压器阀侧断路器CB2对柔性直流阀组充电，此时联接变各相充电时的磁通不会相互影响，各相的最佳合闸角均为各相电压的90°，该方案在断路器出现较大的合闸偏差时，已不会造成较大的励磁涌流。
附图说明
图1为本发明的MMC-HVDC交流不控充电阶段等效电路图；
图2为本发明的B相合闸时联接变阀侧等值电路图；
图3a为本发明的仅B相合闸时联接变压器网侧绕组电压示意图；
图3b为本发明的MMCB相上桥臂二极管端电压示意图；
图4为本发明的A、B相合闸时联接变阀侧等值电路图；
图5为本发明的B、A相相继合闸时联接变压器网侧绕组电压示意图；
图6为本发明的合闸相角与联接变压器网侧电流峰值的关系示意图。
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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。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。
实施例1
本发明提供了如图1所示的一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，包括联接变压器，包括联接变压器，所述联接变压器进线断路器的控制回路上安装选相合闸装置，所述选相合闸装置包括A、B、C相，当联接变压器空载合闸时连接MMC，首合相为B相时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)；当联接变压器空载合闸时不连接MMC，首合相为B相时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝90°，αa＝-90°。
当联接变压器网侧断路器仅B相合闸时，若合闸瞬间B相电压瞬时值为正，B点电位大于N点电位，MMC中B相上桥臂所有子模块D2以及A、C相上桥臂所有子模块D1承受正向电压被导通，B相下桥臂所有子模块D1以及A、C相下桥臂所有子模块D2承受正向电压被导通。
当联接变压器网侧断路器仅B相合闸时，且合闸瞬间B相电压瞬时值为负，B点电位小于N点电位，MMC中B相上桥臂所有子模块D1以及A、C相上桥臂所有子模块D2承受正向电压被导通，B相下桥臂所有子模块D2以及A、C相下桥臂所有子模块D1承受正向电压被导通。
当B相合闸后，联接变压器阀侧A、C两相将通过MMC向网侧反充电，A、C相网侧绕组电压近似等于B相绕组电压。
当B相合闸时，B相电压将经柔性直流阀向A、C相反充电，A、C相电压幅值大小和相位与B相相同。
当B、A相合闸后，C相电压为
Figure BDA0003074383600000041
当联接变压器空载合闸时连接MMC，以首合相B相、次合相C相、末合相A相的合闸顺序时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)；
当联接变压器空载合闸时不连接MMC，即先合联接变压器网侧断路器CB1对换流变充电，再合联接变压器阀侧断路器CB2对柔性直流阀组充电，联接变压器网侧断路器以首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝90°，αa＝-90°。
实施例2
请参阅图1-6
提出一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大原因的分析方法
为了抑制换流单元三的联接变压器在充电时的励磁涌流，在联接变压器进线断路器的控制回路上安装了选相合闸装置，选相合闸装置A、B、C相的合闸定值(以A相电压参考)为90°、30°、150°，即在A、B、C相电压的90°、-90°、-90°合闸，这个定值是按照3个单相变压器以YNyn0接法组成的三相变压器定值计算的，在调试联接变压器的选相合闸装置时，是在联接变压器阀侧带柔性直流阀组情况下，对联接变压器网侧进行充电时开展调试的。
1、联接变压器阀侧带柔性直流阀后充电时，联接变压器B相合闸后，A、C有电压的原因分析
图1所示为MMC-HVDC交流不控充电阶段的等效电路，在该阶段，所有MMC子模块的绝缘栅双极晶体管，T1、T2触发信号被闭锁，联接变压器阀侧断路器CB2在充电前位于合闸位置，网侧断路器CB1三相按一定的合闸顺序和合闸相角依次合闸，随后交流电网通过与IGBT反并联的二极管D1、D2对子模块中的电容C0充电。
1)联接变压器网侧断路器仅B相合闸，A、C相的感应电压
当联接变压器网侧断路器仅B相合闸时，若合闸瞬间B相电压瞬时值为正，则图1中B点电位大于N点电位，MMC中B相上桥臂所有子模块D2以及A、C相上桥臂所有子模块D1承受正向电压被导通，B相下桥臂所有子模块D1以及A、C相下桥臂所有子模块D2承受正向电压被导通；当联接变压器网侧断路器仅B相合闸时，且合闸瞬间B相电压瞬时值为负，图1中B点电位小于N点电位，MMC中B相上桥臂所有子模块D1以及A、C相上桥臂所有子模块D2承受正向电压被导通，B相下桥臂所有子模块D2以及A、C相下桥臂所有子模块D1承受正向电压被导通。二极管一旦导通，在流经二极管的电流过零时才会关断，并在其端电压反偏时一直保持关断；二极管关断瞬间，同一MMC子模块内的另一个二极管承受正向电压立即导通。
图2为仅B相合闸时联接变压器阀侧等值电路。图中，Zm为联接变压器励磁阻抗；R为启动回路限流电阻；Leq为MMC等值电感；Ceq为MMC等值电容。
尽管等值电容Ceq的容抗很大，但在网侧断路器选相合闸的期间内，其两端电压尚未建立，因此在分析网侧断路器选相合闸的过程中，可以将等值电容Ceq作短路处理。同时，联接变压器励磁阻抗远大于限流电阻R与MMC等值电感Leq的等效阻抗，于是联接变压器阀侧各相绕组电压ua2、ub2、uc2有如下关系：
ua2＝uc2≈ub2 (1)
当B相合闸后，联接变压器阀侧A、C两相将通过MMC向网侧反充电，A、C相网侧绕组电压近似等于B相绕组电压。将图1所示等效电路在PSCAD/EMTDC仿真平台上建模，模型主要电气参数如表1所示。
表1等效电路仿真模型主要电气参数
Figure BDA0003074383600000071
图3(a)为联接变压器网侧断路器仅B相合闸时联接变压器网侧绕组电压波形；此时B相上桥臂任意MMC子模块D1二极管与D2二极管端电压如图3(b)所示，可以看出子模块中D1二极管与D2二极管交替导通，为联接变压器反充电提供通道。
2)联接变压器网侧断路器仅A、B相合闸，C相的感应电压
联接变压器网侧断路器A、B相合闸后，MMC各子模块D1、D2二极管交替导通，阀侧等值电路如图4所示。此时，C相线电流ic2远小于A、B相线电流，可以认为ia2＝-ib2。
在该阶段，C相等值电容Ceq两端电压仍未建立，因此仍可将C相等值电容Ceq作短路处理。同时，联接变压器励磁阻抗远大于限流电阻R与MMC等值电感Leq的等效阻抗，可得出
Figure BDA0003074383600000081
当A、B相合闸后，联接变压器阀侧C相将通过MMC向网侧反充电，图5为联接变压器网侧断路器B、A相相继合闸后网侧绕组电压波形。
3)MMC-HVDC联接变压器充电励磁涌流机理分析
假定联接变压器j相(j＝a、b、c)在t＝0时刻空载合闸，电源侧电压为usj(t)＝Umsin(ωt+αj)，忽略变压器绕组的漏抗和绕组电阻，则联接变压器的电压方程可用式(3)表示：
Figure BDA0003074383600000082
式中：Um为电源侧电压幅值，ω为角速度，αj为电压初相角，Φj为联接变压器铁心磁通。
对式(3)进行积分，可得：
Φj＝-Φmcos(ωt+αj)+Cj (4)
式中：Φm＝Um/ω为磁通周期分量幅值，Cj为积分常数。由于铁心中的磁通不能突变，Φj0-＝Φj0+。由前文推论可知，联接变压器首合相B相、次合相A相、末合相C相在各相合闸前瞬间网侧绕组端电压ua1、ub1、uc1为：
Figure BDA0003074383600000083
令联接变压器上一次分闸后各相铁心中的剩磁为Φjr，忽略联接变压器网侧断路器选相合闸期间Φjr的损耗，则联接变压器各相合闸前瞬间铁心磁通为：
Figure BDA0003074383600000091
于是有：
Figure BDA0003074383600000092
将式(7)代入式(4)中：
Figure BDA0003074383600000093
式(8)中第一项为稳态磁通，后两项为暂态磁通，若计及联接变压器损耗，暂态磁通将是随时间衰减的直流分量。显然，空载合闸时的暂态磁通越大，联接变压器越容易发生饱和，励磁电流也就越大。对于电磁参数相同的联接变压器，若不考虑上一次分闸后各相铁心中的剩磁Φjr，网侧断路器合闸后联接变压器铁心磁通的暂态分量只和网侧断路器的合闸顺序及合闸相角αj有关，联接变压器铁心暂态磁通所能出现的最大值与网侧断路器的合闸顺序有关。
以首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序为例，联接变压器网侧断路器B相的最佳合闸相角αb＝±90°，A相的最佳合闸相角αa＝±90°-30°，C相的最佳合闸相角αc＝±90°，各相的实际合闸相角偏离最佳合闸相角越远，铁心磁通的峰值越大，联接变压器饱和越严重。为了研究在上述合闸顺序下不同合闸相角对铁心磁通的影响，不考虑剩磁Φjr，假设某一相合闸时另外两相的合闸相角为最佳合闸相角，对同一模型的合闸相角，设定-180°到180°以10°作为仿真步长进行仿真，图6显示了不同合闸相角下联接变压器网侧各相电流峰值的仿真结果。
4)小结
(1)当B相合闸时，B相电压将经柔性直流阀向A、C相反充电，A、C相电压幅值大小和相位与B相相同。
(2)当B、A相合闸后，C相电压为
Figure BDA0003074383600000101
(3)以首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序为例，联接变压器网侧断路器B相的最佳合闸相角αb＝±90°，A相的最佳合闸相角αa＝±90°-30°，C相的最佳合闸相角αc＝±90°。
(4)由式(8)可知，在以首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序时，B相不受其它相影响，A相的励磁涌流将约被放大
Figure BDA0003074383600000102
倍，C相励磁涌流将约被放大1.5倍。
抑制励磁涌流的解决方案
方案1：若联接变压器空载合闸时连接MMC，在首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序下，联接变压器网侧断路器B相的最佳合闸相角αb＝±90°，A相的最佳合闸相角αa＝±90°-30°，C相的最佳合闸相角αc＝±90°。但由于B相和A相合闸时刻的时间差只有1.67ms，如果A相关合时刻提前1.67ms以上(考虑断路器的合闸时间离散性)，将造成A相变成首合相，此时A相的最佳合闸角应为-90°，而此刻A相合闸角-150°以下，此时A相将产生很大的励磁涌流，所以该方案不是最佳方案。
方案2：若联接变压器空载合闸时连接MMC，在首合相B相、次合相C相、末合相A相的合闸顺序下，联接变压器网侧断路器各相的最佳合闸相角可以为αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)，这样各相间合闸时刻的时间差均大于4ms以上，基本不会出现合闸顺序相反的情况。但由于联接带柔性直流阀组充电时C相的励磁涌流将约被放大
Figure BDA0003074383600000112
倍，A相励磁涌流将约被放大1.5倍，当断路器出现合闸角偏差时，将产生较大的励磁涌流，所以该方案也不是最佳方案。
方案3：改变柔性阀组的充电的顺序操作顺序，即如图2所示，先合联接变压器网侧断路器CB1对换流变充电，再合联接变压器阀侧断路器CB2对柔性直流阀组充电，此时联接变各相充电时的磁通不会相互影响，各相的最佳合闸角均为各相电压的90°。该方案在断路器出现较大的合闸偏差时，已不会造成较大的励磁涌流，本方案是最佳方案。
结论
1、联接变压器带柔性阀组充电时，在以首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序为例，联接变压器网侧断路器各相的最佳合闸相角可以为αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)。
2、联接变压器带柔性阀组充电时，在以首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序时，B相不受其它相影响，A相的励磁涌流将约被放大
Figure BDA0003074383600000111
倍，C相励磁涌流将约被放大1.5倍。
3、联接变压器充电最佳方案：改变柔性阀组的充电的顺序操作顺序，即如图2所示，先合联接变压器网侧断路器CB1对换流变充电，再合联接变压器阀侧断路器CB2对柔性直流阀组充电，此时联接变各相充电时的磁通不会相互影响，各相的最佳合闸角均为各相电压的90°。该方案在断路器出现较小的合闸偏差时，也不会造成较大的励磁涌流。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，包括联接变压器，所述联接变压器进线断路器的控制回路上安装选相合闸装置，所述选相合闸装置包括A、B、C相，当联接变压器空载合闸时连接MMC，首合相为B相时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)；当联接变压器空载合闸时不连接MMC，首合相为B相时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝90°，αa＝-90°，以上定值是按照3个单相变压器以YNyn0接法组成的三相变压器定值计算的。
2.根据权利要求1所述的一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，其特征在于：当联接变压器网侧断路器仅B相合闸时，若合闸瞬间B相电压瞬时值为正，B点电位大于N点电位，MMC中B相上桥臂所有子模块D2以及A、C相上桥臂所有子模块D1承受正向电压被导通，B相下桥臂所有子模块D1以及A、C相下桥臂所有子模块D2承受正向电压被导通。
3.根据权利要求2所述的一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，其特征在于：当联接变压器网侧断路器仅B相合闸时，且合闸瞬间B相电压瞬时值为负，B点电位小于N点电位，MMC中B相上桥臂所有子模块D1以及A、C相上桥臂所有子模块D2承受正向电压被导通，B相下桥臂所有子模块D2以及A、C相下桥臂所有子模块D1承受正向电压被导通。
4.根据权利要求3所述的一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，其特征在于：当B相合闸后，联接变压器阀侧A、C两相将通过MMC向网侧反充电，A、C相网侧绕组电压近似等于B相绕组电压。
5.根据权利要求4所述的一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，其特征在于：当B、A相合闸后，C相电压为
Figure FDA0003074383590000011
6.根据权利要求5所述的一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，其特征在于：当联接变压器空载合闸时连接MMC，以首合相B相、次合相C相、末合相A相的合闸顺序时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝120°(B相的240度)，αa＝90°(B相的330度)。
7.根据权利要求6所述的一种柔性直流联接变压器励磁涌流过大的解决方法，其特征在于：当联接变压器空载合闸时不连接MMC，即先合联接变压器网侧断路器CB1对换流变充电，再合联接变压器阀侧断路器CB2对柔性直流阀组充电，联接变压器网侧断路器以首合相B相、次合相A相、末合相C相的合闸顺序时，所述A、B、C相的合闸定值αb＝90°，αc＝90°，αa＝-90°。
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