[发明专利]一种风电场用主升压变压器

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器，特别是一种用于风力发电机组的主升压变压器。

背景技术

目前风力发电已成为国际上公认的技术最成熟、开发成本最低、最具发展前景的可再生能源之一，因而主升压变压器被广泛应用于风力发电。

由于风电场风力的大小和方向是不稳定的、没有规律的，风电机组发出的电能质量相对不稳定，导致风力电能的谐波量大量增加；另外风电机组中采用了大量的电力电子元件，也导致风力电能的谐波量大量增加，风力电能必须经过处理才能注入电网；为了使风电场所产生的、注入电网的谐波电流满足国标对电能质量的相关要求，主升压变须配置滤波装置；另一方面，风电机组发出的电能连续不断变化，使主升压变频繁从低负载到高负载循环运行，这要求主升压变抗短路冲击能力比常规变压器强。现有风电场用主升压变压器配置滤波装置的方式通常有两类：

1）结构与常规的主升压变压器相同，变压器铁芯的设计磁密（也就是磁通密度，指垂直通过单位面积的磁力线的数量，也称磁感应强度B，简称磁密）按升压用电力变压器考虑，即B=1.7~1.73T，变压器连接组别为YNd11，在低压侧就地接滤波装置滤波，如图4所示，变压器短路阻抗按国标考虑，即（国标值：110kV级为10.5%，220kV级为12~14%）；

2）结构在常规的主升压变压器基础上增加一个第三绕组，作为滤波装置的电源，即第三绕组与感应滤波调谐支路、静止无功发生器SVG相连，变压器铁芯的设计磁密仍按升压用电力变压器考虑，即B=1.7~1.73T，变压器连接组别为YNd11d11，如图5所示；变压器短路阻抗按国标考虑，即（国标值：110kV级为10.5%，220kV级为12~14%）。

已有技术存在的不足之处是：

1）因以上两种结构形式的风电场用变压器铁芯的设计按升压用电力变压器考虑，磁密较大（B=1.7~1.73T，变压器连接组别为YNd11或YNd11d11），变压器铁芯工作在铁芯磁化曲线的近饱和段上，由于变压器励磁电流的大小和波形取决于铁芯的饱和程度，饱和程度愈高，励磁电流的波形畸变愈严重，其各次谐波电流的幅值愈大，使得磁化电流呈尖顶波形，因而含有奇次谐波，必须借助外部滤波装置，才能减少变压器铁芯中的谐波磁通成分；

2）由于风电场用变压器铁芯的设计按升压用电力变压器考虑，铁芯中存在谐波磁通成分大，加之其高、低压绕组之间的短路阻抗值按国标设计，相对较小（国标值：110kV级为10.5%，220kV级为12~14%），因而变压器空载损耗、振动和噪音都较大，而且变压器抗短路冲击能力相对较低；

3）由于须配置滤波装置来减少变压器铁芯中的谐波磁通成分，各次谐波滤波器群、开关群及检修设备占地面积大、投资及维护费用高，增大了风电场的总投资成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型的风电场用主升压变压器，以克服已有技术所存在的上述不足。

本发明采取的技术方案是：一种风电场用主升压变压器，包括铁芯、高压绕组和低压绕组，所述高压绕组与低压绕组之间设置有d接的辅助绕组，不带负荷，引出接地，变压器连接组别为YNd11+d，高压绕组、低压绕组和辅助绕组三个绕组之间的短路电抗关系满足下述关系：X₁₃+X₂₃≈X₁₂；

其中：

X₁₂—为辅助绕组开路，高压绕组与低压绕组之间的短路电抗，

X₁₃—为低压绕组开路，高压绕组与辅助绕组之间的短路电抗，

X₂₃—为高压绕组开路，低压绕组与辅助绕组之间的短路电抗；

所述低压绕组的匝数和铁芯的有效截面积与升压用电力变压器相比：

或是低压绕组的匝数与升压用电力变压器相同，铁芯的有效截面积增大，

或是铁芯的有效截面积与升压用电力变压器相同，低压绕组的匝数增大，

或是铁芯的有效截面积和低压绕组的匝数均比升压用电力变压器大，

使铁芯的磁密达到变流变压器设计要求的磁密、即B≤1.65T。

其进一步的技术方案是：所述高压绕组与低压绕组之间的短路阻抗值比国标值大10%以上，即：110kV级为10.5%×110%以上，220kV级为（12~14%）×110%以上，其中10.5%为110kV级国标值，12~14%为220kV级国标值。

由于采用上述技术方案，本发明之一种新型风电场用主升压变压器具有如下有益效果：