CN116978673A - 柔直变压器和柔性直流系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种柔直变压器和柔性直流系统，柔直变压器的各相分别包括：网侧绕组，网侧绕组的首端用于与交流电源连接，网侧绕组为一个绕组或两个绕组；第一阀侧绕组，第一阀侧绕组的首端用于与换流器的上桥臂连接，换流器用于将交流电转换为直流电；第二阀侧绕组，第二阀侧绕组的首端与换流器的下桥臂连接，第一阀侧绕组的同名尾端与第二阀侧绕组的同名尾端相连，各相的网侧绕组、第一阀侧绕组以及第二阀侧绕组具有同一铁芯，各相的第一阀侧绕组的同名尾端与第二阀侧绕组的同名尾端相连的连接点为柔直变压器的阀侧中性点。该柔直变压器能解决现有技术中设备数量多、占地面积大的问题。
Description
技术领域
本申请涉及电气自动化设备，具体而言，涉及一种柔直变压器和柔性直流系统。
背景技术
柔性交直流输电技术是一种以电压源换流器、自关断器件和脉宽调制技术为基础的新型输电技术，该输电技术具有响应速度快、控制灵活、损耗小和谐波含量少等优点，主要应用在孤岛供电、交流系统互联、新能源并网以及海上风电送出等场景，尤其在特高压远距离输电和柔性低频输电中呈现可观的应用前景。
目前，柔性直流系统大多采用柔直变压器、桥臂电抗器和模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，简称MMC)组成，系统至少需要一台三相双绕组柔直变压器(或三台单相双绕组柔直变压器)和六台桥臂电抗器，设备数量多，占地面积大，对换流站整体设计布置和造价控制影响较大。此外，还增加了设备运行风险点，也不利于海上风电柔性直流送出平台的紧凑型轻量化设计布置。
因此，亟需一种柔直变压器以解决现有柔性直流系统中柔直变压器和桥臂电抗器占地面积过大的问题。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种柔直变压器和柔性直流系统，以解决现有柔性直流换流站中设备数量多、占地面积过大等问题。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种柔直变压器，所述柔直变压器为一台三相柔直变压器或三台单相柔直变压器，所述柔直变压器的各相分别包括：网侧绕组，所述网侧绕组的首端用于与交流电源连接，所述网侧绕组为一个绕组或由两个绕组并联组成；第一阀侧绕组，所述第一阀侧绕组的首端用于与换流器的上桥臂连接，所述换流器用于将所述交流电源的交流电转换为直流电；第二阀侧绕组，所述第二阀侧绕组的首端与所述换流器的下桥臂连接，所述第一阀侧绕组的同名尾端与所述第二阀侧绕组的同名尾端相连，各相的所述网侧绕组、所述第一阀侧绕组以及所述第二阀侧绕组具有同一铁芯，三相的所述第一阀侧绕组的同名尾端与所述第二阀侧绕组的同名尾端相连的连接点为所述柔直变压器的阀侧中性点；接地电阻，所述接地电阻的一端与大地连接，另一端与所述柔直变压器的阀侧中性点连接。
可选地，在所述网侧绕组包括两个所述绕组的情况下，两个所述绕组呈轴向上下对称布置且各所述绕组为并联连接。
可选地，所述第一阀侧绕组的匝数与所述第二阀侧绕组的匝数相同。
可选地，所述三相柔直变压器中的三相所述网侧绕组的连接方式为星形接法或三角形接法的中一种。
可选地，所述三相柔直变压器中，各相所述第一阀侧绕组的连接方式为星形接法，各相所述第二阀侧绕组的连接方式为所述星形接法。
可选地，所述第一阀侧绕组和所述第二阀侧绕组呈轴向上下对称布置，并关于第一轴对称，所述第一轴所在的直线垂直于所述铁芯的中心轴所在的直线，所述网侧绕组上下布置的中心点位于所述第一轴所在的直线上。
可选地，所述柔直变压器的每相任意两绕组之间的漏抗值为根据所述柔直变压器的分裂阻抗和全穿越阻抗确定的，其中，所述分裂阻抗满足抑制所述柔直变压器的换流器的二倍频环流的要求，所述全穿越阻抗满足抑制所述柔直变压器的短路电流的要求。
为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种柔性直流系统，包括：交流电源；任一种所述的柔直变压器，所述柔直变压器包括网侧绕组、第一阀侧绕组以及第二阀侧绕组，所述网侧绕组的一端与所述交流电源连接；换流器，所述换流器包括上桥臂和下桥臂，所述第一阀侧绕组的首端与所述换流器的所述上桥臂连接，所述第二阀侧绕组的首端与所述换流器的所述下桥臂连接，所述换流器用于交流电和直流电之间的相互转换。
应用本申请的技术方案，提供了一种柔直变压器，该柔直变压器每相包括两个分裂阀侧绕组，并通过设置第一阀侧绕组和第二阀侧绕组的连接方式和结构，代替了现有方案中的通过多个桥臂电抗器与换流器连接的柔直变压器，在设备数量上减少了6个桥臂电抗器的使用，进而也减少了柔直换流站的占地面积，降低了柔直换流站的造价成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本申请的实施例中提供的一种单相柔直变压器的结构示意图；
图2示出了根据本申请的实施例中提供的一种三相柔直变压器的结构示意图；
图3示出了根据本申请的实施例中提供的一种柔直变压器的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、网侧绕组；20、铁芯；30、第一阀侧绕组；31、第二阀侧绕组；A、网侧首端；X、网侧末端；a1、第一阀侧绕组首端；a2、第二阀侧绕组首端；x、阀侧中性点端；40、交流电源；50、换流器的上桥臂；51、换流器的下桥臂；60、接地电阻；100、单相柔直变压器；200、三相柔直变压器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中柔直变压器占地面积过大，为解决上述技术问题，本申请的实施例提供了一种柔直变压器和柔性直流系统。
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。
本申请实施例提供了一种柔直变压器，以下对本申请实施例提供的柔直变压器进行介绍。
图1是根据本申请实施例的柔直变压器的示意图。如图1所示，上述柔直变压器为单相柔直变压器100，上述柔直变压器的各相分别包括：
网侧绕组10，上述网侧绕组10的首端用于与交流电源连接，上述网侧绕组10为一个绕组或两个上述绕组；
具体地，网侧绕组是指电网侧的绕组，与电网直接相连。上述网侧绕组可以为一个整体绕组，也可以为两个并联的绕组。
第一阀侧绕组30，上述第一阀侧绕组30的首端用于与换流器的上桥臂50连接，上述换流器用于将上述交流电源的交流电转换为直流电；
具体地，阀侧绕组是指换流阀侧的绕组。换流器是由单个或多个换流桥组成的进行交直流转换的设备。上述换流器的上桥臂为其中一个换流器桥的桥臂。上述换流器可以为模块化多电平换流器。
第二阀侧绕组31，上述第二阀侧绕组31的首端与上述换流器的下桥臂51连接，上述第一阀侧绕组30的同名尾端与上述第二阀侧绕组31的同名尾端相连，各相的上述网侧绕组10、上述第一阀侧绕组30以及上述第二阀侧绕组31具有同一铁芯20，三相的上述第一阀侧绕组30的同名尾端与上述第二阀侧绕组31的同名尾端相连的连接点为上述柔直变压器的阀侧中性点。
具体地，上述换流器的下桥臂为其中一个换流器桥的桥臂。中性点指在三相交流系统中星形接线的公共点。也是变压器的绕组中与外部各接线端间电压绝对值相等的点。由于本申请的柔直变压器无需通过桥臂电抗器与换流器进行连接，可以直接与换流器进行连接。
接地电阻60，上述接地电阻60的一端与大地连接，另一端与上述柔直变压器的阀侧中性点连接。
具体地，在柔直变压器的实际应用中，阀侧中性点接地电阻既起到地电位钳制作用，也可以阻碍交直流系统之间零序电流的流通，从而减小交直流系统间的相互影响和冲击。
应用本申请的技术方案，提供了一种柔直变压器，该柔直变压器每相包括两个分裂阀侧绕组，并通过设置第一阀侧绕组和第二阀侧绕组的连接方式和结构，代替了现有方案中的通过多个桥臂电抗器与换流器连接的柔直变压器，在设备数量上减少了6个桥臂电抗器的使用，进而也减少了柔直变压器的占地面积，降低了柔直换流站的造价成本。
在本申请的一个实施例中，如图2所示，上述柔直变压器为三相柔直变压器200，上述柔直变压器的各相分别包括：
网侧绕组10，上述网侧绕组10的首端用于与交流电源连接，上述网侧绕组10为一个绕组或两个上述绕组；
具体地，网侧绕组是指电网侧的绕组，与电网直接相连。上述网侧绕组可以为一个整体绕组，也可以为两个并联的绕组。
第一阀侧绕组30，上述第一阀侧绕组30的首端用于与换流器的上桥臂50连接，上述换流器用于将上述交流电源40的交流电转换为直流电；
具体地，阀侧绕组是指换流阀侧的绕组。换流器是由单个或多个换流桥组成的进行交直流转换的设备。上述换流器的上桥臂为其中一个换流器桥的桥臂。上述换流器可以为模块化多电平换流器。
第二阀侧绕组31，上述第二阀侧绕组31的首端与上述换流器的下桥臂51连接，上述第一阀侧绕组30的同名尾端与上述第二阀侧绕组31的同名尾端相连，各相的上述网侧绕组10、上述第一阀侧绕组30以及上述第二阀侧绕组31具有同一铁芯20，三相的上述第一阀侧绕组30的同名尾端与上述第二阀侧绕组31的同名尾端相连的连接点为上述柔直变压器的阀侧中性点。
具体地，上述换流器的下桥臂为其中一个换流器桥的桥臂。中性点指在三相交流系统中星形接线的公共点。也是变压器的绕组中与外部各接线端间电压绝对值相等的点。由于本申请的柔直变压器无需通过桥臂电抗器与换流器进行连接，可以直接与换流器进行连接。
接地电阻60，上述接地电阻60的一端与大地连接，另一端与上述柔直变压器的阀侧中性点连接。
具体地，在柔直变压器的实际应用中，阀侧中性点接地电阻既起到地电位钳制作用，也可以阻碍交直流系统之间零序电流的流通，从而减小交直流系统间的相互影响和冲击。
在本申请的一个实施例中，图3是根据本申请实施例的柔直变压器的示意图。如图3所示，在上述网侧绕组10包括两个上述绕组的情况下，两个上述绕组呈轴向上下对称布置且各上述绕组并联。上述结构中，在上述网侧绕组10包括两个上述绕组的情况下，两个上述绕组的轴线位于同一直线上可以与第一阀侧绕组30和第二阀侧绕组31共用同一铁芯20，第一阀侧绕组30具有第一阀侧绕组首端a1，第二阀侧绕组31具有第二阀侧绕组首端a2，第一阀侧绕组30和第二阀侧绕组31中间具有阀侧中性点端x。通过两个绕组之间的并联可以形成一个整体的网侧绕组10，网侧绕组10具有网侧首端A和网侧末端X。上述结构可以为三台单相变压器，可以为单台三相变压器，也可以为以上变压器组成的系统。上述方法可以使由换流器输出的直流电流流经第一阀侧绕组和第二阀侧绕组时分别产生的直流磁通量互相抵消，进而避免绕组流过直流电流后产生直流偏磁，导致铁心饱和。
为了进一步简化柔直变压器的结构，在本申请的一个实施例中，上述第一阀侧绕组的匝数与上述第二阀侧绕组的匝数相同。通过设置第一阀侧绕组的匝数与上述第二阀侧绕组的匝数相同，可以使由换流器输出的直流电流流经第一阀侧绕组和第二阀侧绕组时分别产生的直流磁通量互相抵消，进而避免绕组流过直流电流后产生直流偏磁，导致铁心饱和。为避免暂态下的两个阀侧绕组直流电流不平衡对铁心产生的影响，柔直变压器铁心可以采用抗饱和设计。
在本申请的一个实施例中，上述三相柔直变压器中的三相上述网侧绕组的连接方式为星形接法或三角形接法的中一种。上述结构中，星形接法指将绕组三相尾端接在一起。星形接法有助于降低绕组承受电压，降低绝缘等级。三角形接法指将三相绕组首尾互相连接，可以降低运行电流，增大了绝缘等级。本领域技术人员可以根据不同的实际情况，选用相应的连接方式。
在本申请的一个实施例中，上述三相柔直变压器中，各相上述第一阀侧绕组的连接方式为星形接法，各相上述第二阀侧绕组的连接方式为上述星形接法。由于柔直变压器形成了中性点，因此，各相上述第一阀侧绕组和第二阀侧绕组的连接方式为星形接法，而不是三角形接法。
在本申请的一个实施例中，上述第一阀侧绕组和上述第二阀侧绕组呈轴向上下对称布置，并关于第一轴对称，上述第一轴所在的直线垂直于上述铁芯的中心轴所在的直线，上述网侧绕组上下布置的中心点位于上述第一轴所在的直线上。将上述第一阀侧绕组和上述第二阀侧绕组关于第一轴对称设置，可以使由换流器输出的直流电流流经第一阀侧绕组和第二阀侧绕组时分别产生的直流磁通量互相抵消，进而避免绕组流过不平衡直流电流后产生直流偏磁，导致铁心饱和。
为了进一步抑制二倍频环流和短路电流，在本申请的一个实施例中，上述柔直变压器的每相任意两绕组之间的漏抗值为根据上述柔直变压器的分裂阻抗和全穿越阻抗确定的，其中，上述分裂阻抗满足抑制上述柔直变压器的换流器的二倍频环流的要求，上述全穿越阻抗满足抑制上述柔直变压器的短路电流的要求。具体地，综合交直流短路电流抑制要求和运行经济性确定全穿越阻抗，再根据换流器二倍频环流抑制要求确定分裂阻抗，根据等效阻抗和分裂阻抗确定变压器两两之间的漏抗值，根据两两之间的漏抗进而开展变压器绕组结构和参数的设计。此外，本申请是以轴向分裂作为示例性的实施例，分裂方式还包括幅向分裂。
本申请实施例还提供了一种柔性直流系统，包括：
交流电源；
具体地，柔性直流系统中的交流电源主要用于提供输入电能，将交流电能转换为直流电能供给换流器和柔直变压器使用。
任一种上述的柔直变压器，上述柔直变压器包括网侧绕组、第一阀侧绕组以及第二阀侧绕组，上述网侧绕组的首端与上述交流电源连接；
具体地，柔性直流系统中的柔直变压器主要用于调节直流电压。柔直变压器通过调节磁场的大小和方向，实现对直流电压的调节，可以将输入直流电压升高或降低到需要的电压水平，并且可以实现快速响应和精确控制。柔直变压器可以提供稳定的直流电压给负载使用，同时也可以实现电网与负载之间的电压匹配。
换流器，上述换流器包括上桥臂和下桥臂，上述第一阀侧绕组的首端与上述换流器的上述上桥臂连接，上述第二阀侧绕组的首端与上述换流器的上述下桥臂连接，上述换流器用于交流电和直流电之间的相互转换。
具体地，换流器主要用于将交流电能转换为直流电能。换流器通过控制开关管的导通和关断，实现对交流电能的整流和变换，将交流电能转换为稳定的直流电能，并可以根据需要调节输出电压和电流。
该柔性直流系统包括交流电源、柔直变压器和换流器，其中，柔直变压器每相包括两个分裂阀侧绕组，并通过设置第一阀侧绕组和第二阀侧绕组的连接方式和结构，代替了现有方案中的通过多个桥臂电抗器与换流器连接的柔直变压器，在设备数量上减少了6个桥臂电抗器的使用，进而也减少了柔直换流站的占地面积，降低了柔直换流站的造价成本。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种柔直变压器，其特征在于，所述柔直变压器为一台三相柔直变压器或三台单相柔直变压器，所述柔直变压器的各相分别包括：
网侧绕组，所述网侧绕组的首端用于与交流电源连接，所述网侧绕组为一个绕组或两个所述绕组；
第一阀侧绕组，所述第一阀侧绕组的首端用于与换流器的上桥臂连接，所述换流器用于将所述交流电源的交流电转换为直流电；
第二阀侧绕组，所述第二阀侧绕组的首端与所述换流器的下桥臂连接，所述第一阀侧绕组的同名尾端与所述第二阀侧绕组的同名尾端相连，各相的所述网侧绕组、所述第一阀侧绕组以及所述第二阀侧绕组具有同一铁芯，三相的所述第一阀侧绕组的同名尾端与所述第二阀侧绕组的同名尾端相连的连接点为所述柔直变压器的阀侧中性点；
接地电阻，所述接地电阻的一端与大地连接，另一端与所述柔直变压器的阀侧中性点连接。
2.根据权利要求1所述的柔直变压器，其特征在于，在所述网侧绕组包括两个所述绕组的情况下，两个所述绕组呈轴向上下对称布置且各所述绕组为并联连接。
3.根据权利要求1所述的柔直变压器，其特征在于，所述第一阀侧绕组的匝数与所述第二阀侧绕组的匝数相同。
4.根据权利要求1所述的柔直变压器，其特征在于，所述柔直变压器中的三相所述网侧绕组的连接方式为星形接法或三角形接法中的一种。
5.根据权利要求1所述的柔直变压器，其特征在于，所述柔直变压器中，各相所述第一阀侧绕组的连接方式为星形接法，各相所述第二阀侧绕组的连接方式为所述星形接法。
6.根据权利要求1所述的柔直变压器，其特征在于，所述第一阀侧绕组和所述第二阀侧绕组呈轴向上下对称布置，并关于第一轴对称，所述第一轴所在的直线垂直于所述铁芯的中心轴所在的直线，所述网侧绕组上下布置的中心点位于所述第一轴所在的直线上。
7.根据权利要求1所述的柔直变压器，其特征在于，所述柔直变压器的每相任意两绕组之间的漏抗值为根据所述柔直变压器的分裂阻抗和全穿越阻抗确定的，其中，所述分裂阻抗满足抑制所述柔直变压器的换流器的二倍频环流的要求，所述全穿越阻抗满足抑制所述柔直变压器的短路电流的要求。
8.一种柔性直流系统，其特征在于，包括：
交流电源；
权利要求1至7任一项所述的柔直变压器，所述柔直变压器包括网侧绕组、第一阀侧绕组以及第二阀侧绕组，所述网侧绕组的首端与所述交流电源连接；
换流器，所述换流器包括上桥臂和下桥臂，所述第一阀侧绕组的首端与所述换流器的所述上桥臂连接，所述第二阀侧绕组的首端与所述换流器的所述下桥臂连接，所述换流器用于交流电和直流电之间的相互转换。
Priority Applications (1)
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