[发明专利]基于磁补偿机制的混合变压器直流偏磁抑制系统及方法

说明书

本发明涉及电气工程技术领域，具体是基于磁补偿机制的混合变压器直流偏磁抑制系统及方法，包括电力变压器、背靠背变换器和辅助绕组，所述背靠背变换器与辅助绕组连接，所述电力变压器的顶部设有分别连接有低压绕组、高压绕组的低压接线端子和高压接线端子，所述低压绕组、高压绕组及辅助绕组分别缠绕设置在铁芯上；背靠背变换器包括串联连接的变换器A和变换器B，所述变换器A和变换器B之间设有直流端口；本发明的有益效果是：首次提出基于磁补偿机制通过辅助绕组连接背靠背变换器实现对电力变压器直流偏磁的治理；运用正向、反向充磁的原理产生的补偿磁通实现对偏磁磁通的完全消除和补偿；设置直流端口解决可再生能源高效并网运行的问题。

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，具体是基于磁补偿机制的混合变压器直流偏磁抑制系统及方法。

背景技术

2016年4月5日，国家电网福州供电公司黎明220kV变电站2#主变在6:00—0:15时间段出现了运行异响，噪声持续增大。通过测试，ABB公司工程人员发现在24小时内，2号主变出现了严重的直流偏磁现象，出现直流偏磁的时间主要分布在5:00—24:00范围。根据测试结果，在0:00—5:00时间内无直流分量。据了解，福州地铁在此段时间内停运。图6为受地铁影响220kVA主变中线点直流电流24小时的实测结果。

从图6可以观察到直流电流有正有负，直流偏磁正向最大值为22.7A，负向最大值为21.4A，并集中出现在9:15至次日0:00以及5:00-10:19。在次日0:00—05:00这段时间，直流电流绝对值在1A以内，属于装置零漂，可以认为此段时间内主变中性点无直流电流。可见，在24小时内，变电站变压器出现了严重的直流偏磁现象，严重威胁变压器的正常运行。

变压器是电力系统中重要设备，是衔接不同电压等级的关键，具有结构简单、效率和可靠性高等特点。但是传统变压器功能单一，不具备参与电能质量调节的能力，易受负荷变化的影响。近些来，由于电力电子技术的快速发展，混合变压器作为一种新型的变压器受到越来越多国内外学者的关注和重视。混合变压器由低频变压器和电力电子变换器构成，主要包括两个部分，第一个部分是普通的电磁变压器，它有正常的高、低压绕组；第二个部分是PWM脉冲宽度调制变换器。由于电路包含两种耦合，一种是传统变压器实现的电磁耦合，另一种是变换器实现的电气耦合，所以称为混合型变压器。

国外学者领先关注混合变压器的研究工作，并取得了一定的研究成果。Szcześniak P， Kaniewski J等人介绍了一种基于混合变压器和矩阵变换器AC/AC电压补偿器，实现电网中能量控制和电能质量的改善；Smailes M学者建议一种模块化混合高压直流变压器，并给出了几种基于H桥和模块化多电平变换器的混合变压器结构设计，实现了无功功率控制和电能质量平稳运行；Fedyczak Z提出一种基于三相桥背靠背结构的混合配电变压器，该拓扑具有无功补偿和电压调节的能力，但是这种结构控制方法相对比较复杂，三相不平衡调节能力较弱。国内贵州电网有限责任公司电力科学研究院，刘君等人开展了混合型研究并提出一种混合型电力电子变压器结构，分析了基于该拓扑的串并联变换器控制方法。但也只是进行到了概念设计的阶段，并通过仿真验证其拓扑和方法的可行性。ABB研究有限公司在一项发明专利中提供一种包括电磁变压器和AC/AC转换器的混合配电变压器，该转换器可用于保持变压器的输入电压和电流基本同相，并且可以减小混合变压器输出电压波动。华北电力大学谢文超等人，申请了一种基于三相桥的三相混合式变压器实用新型专利，具备动态电压调整能力和无功补偿能力。但是上述两项专利对于混合变压器实际应用未见相应的跟踪和报道，混合变压器在工程中的应用还不成熟，急需投入大量的研究工作，推进混合变压器开发和研究以满足现阶段电力系统的需求。