[发明专利]具有无功补偿功能的变压器直流偏磁补偿装置及控制方法

说明书

技术领域：本发明涉及电力电子领域，具体指一种既可以用于改善电网功率因数又可以抑制变压器中性点直流偏磁的装置及其控制方法。

背景技术：随着电力电子技术，计算机技术和控制理论的迅速发展，使高压直流输电技术日趋完善。在大功率远距离输电、海底电缆和交流系统间异步连接等方面，直流输电有许多独特的优越性。截至1996年低，世界上已投入运行的直流工程就有56项，输电容量达54.166GW。随着我国“西电东送，南北互供，全国联网”的电力发展总方针，直流输电技术将会在全国电网互联中起到重要作用。目前直流输电在我国已经得到了长足的发展和应用，我国从自行建成的舟山100KV海底电缆直流输电开始，至今以先后建成三峡至常州500KV直流输电工程、天广500KV直流输电工程、贵广500KV直流输电工程。直流输电在一定条件下，是具有很大的经济效益。然而在实际运行中发现，当直流输电系统采用大地作为回路的运行方式时，巨大的直流电流以大地构成回路，从大地中流过时会对附近的交流系统产生影响。其对交流系统的影响主要是由接地极附近中性点直接接地的变压器直流偏磁所引起的。

在高压直流输电中，线路一般都采用单极大地回路的方式运行，例如天广输电网就是采用这种运行方式，直流单极大地回路运行时，部分交流变压器会受到直流偏磁的影响，会使得电网内部部分变压器振动加剧，噪声增加，励磁电流畸变，三广直流输电线路投运以后类似事件一直出现。在贵广直流线路中，2004年5月的监测记录表明，贵广直流输电线路单极大地回路运行方式下，春城站主变压器中性点直流电流达34.5A，噪声达93.9dB，谐波电压总畸变率达2.1％。三峡龙泉——江苏政平500kV直流输电系统自2002年12月调试和试运行以来，常州武南变电站两组500KVA主变压器均出现噪声大幅度上升(上升20dB)。

此外，除了高压直流输电工程可以引起直流偏磁现象外，地磁磁暴同样也可以引起变压器的直流偏磁。由文献可以看出，引发电力变压器直流偏磁的还有地磁感应电流(GIC)。地磁暴发生时，极电流产生的磁场和地球磁场相互作用在地球表面产生感应电势(ESP)，该感应电势可达每公里1～10V或更高。该地面电势将在长距离输电系统，特别是东西走向的输电线路中的接地变压器间诱发地磁感应电流。该感应电流的频率在0.001～0.1Hz之间，与交流系统的50Hz工频相比可近似看作直流。

1989年3月13日，磁暴引起的偏磁电流导致了加拿大魁北克电网的大停电，起因是偏磁电流使变压器铁心急剧饱和，谐波大增，导致电网SVC装置的继电保护误动作，大量电容器退出运行，系统电压崩溃，最终失去9500MW负荷，电网解列近9个小时。因此，研究变压器的直流偏磁现象的抑制方法和措施对电力系统安全运行是事在必行的。

在电网中，很多变压器都会受到了直流偏磁电流的影响，受到影响的变压器有的是在换流器直流接地极附近，有的却是远离直流接地极^[6]，还有的却是在东西走向输电线路中。但有一点是肯定的，那就是变压器直流偏磁现象是由流入其中性点的直流电流引起的。直流电流在两接地变压器间产生电位差，电流由一变压器接地中性点流入，从另一个变压器中性点流出。流过变压器绕组的直流电流引起变压器的偏磁造成变压器铁心饱和，励磁电流畸变，产生大量谐波，无功损耗增加，甚至还可能引起系统电压严重降低，系统继电器误动作等等。所以研究直流偏磁的抑制是势在必行的。

但是仅仅只研究直流偏磁的抑制是远远不够的，应该将这个问题放入大电网系统来考虑，既抑制了直流偏磁又不影响电网系统正常运行，或者还可以为电网系统做更大的贡献，比如本发明，在静止无功补偿器的基础上增加抑制直流偏磁的结构。

综上所述，直流偏磁是外间强加给变压器的，所以不但是将研究直流偏磁的抑制，还要将抑制装置嵌入到静止无功功率补偿器中，以达到一个装置两种功效目的，这对电力系统是具有重大的实际意义的。

发明内容：

发明目的：本发明提供一种装置，将用于抑制直流偏磁的DC-DC变换器并联在用于静止无功补偿的PWM整流器直流侧，目的在于降低用于抑制偏磁的装置的成本。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的：