[发明专利]四绕组感应滤波变压器的数学模型及其等值电路

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统输配电以及谐波治理领域，特别是指四绕组感应滤波变压器的数学模型及其等值电路。

背景技术

目前，一方面由于电铁、电解、化工、电石炉等传统非线性负荷的存在；另一方面由于新能源发电、高压直流输电、柔性交流输电等快速发展，电力电子装置的广泛应用，使得电力系统中的谐波问题越来越严重，在某些三绕组变压器电能变化领域同样存在谐波抑制的要求，这就促进了四绕组感应滤波变压器的产生与应用。比如：1)随着电力电子器件的广泛应用，在电网中的某些220/110/35(10)kV变电站中，中低负载绕组都流入了一定的谐波电流，导致变电站谐波含量超标，为改善高压220kV侧的电能质量，可以采用四绕组感应滤波变压器，可实现对中低压绕组的谐波电流同时高效抑制。2)在十二脉波工业整流系统中，整流变压器的两个阀侧绕组都有谐波电流，采用四绕组感应滤波变压器后，不但能达到谐波的高效治理，同时能够降低谐波及无功对整流变压器所带来的发热、振动和损耗等问题，提高系统的整流效率。

变压器的数学模型及其等值电路是变压器相关运行特性分析计算(如短路电流计算、并列运行分析等)的理论基础，目前对三绕组及以下的变压器的数学模型及等值电路计算方法及理论比较成熟，例如，三线圈变压器可采用包含3个阻抗的射线形等值电路图，对于绕组数量多于三个绕组的变压器，其数学模型和等值电路的建立、分析和计算则要复杂得多，i绕组变压器其等值电路图不能简单的用i条射线形来表示，只能通过包含个阻抗的多边形网状等值电路进行表示。

发明内容

本发明的目的在于为研究四绕组感应滤波变压器的运行性能提供一种有效手段，对四绕组感应滤波变压器的数学模型及其等值电路进行了计算。在传统三绕组变压器的基础上增加一个零阻抗设计的滤波绕组，外接感应滤波器后能够消除变压器的铁芯谐波磁通，从而达到对两个负载侧谐波的有效治理，保证供电绕组侧的电能质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：依据多绕变压器理论电磁方程式，得出四绕组变压器的基本数学模型及其多边形等值电路；然后依据四绕组感应滤波变压器附加滤波绕组零等值阻抗设计的特征，得出四绕组变压器的简化数学模型及其射线形的等值电路。本发明根据感应滤波技术的独特设计，分析计算了具有射线形结构的四绕组感应滤波变压器的简化等值电路，为变压器其他相关运行特性分析计算提供了基础，如短路电流计算、并列运行分析等。四绕组感应滤波变压器除了具有一般多绕组变压器的基本特征外，其还有附加滤波绕组等值阻抗为零的独特特性，对其数学模型及其等值电路计算具有重要的意义，可为变压器其他相关运行特性分析计算提供基础，如短路电流计算、并列运行分析等。

本发明的技术效果是：

(1)、简化了四绕组感应滤波变压器的数学模型及其等值电路，方便了四绕组感应滤波变压器各种运行特性的分析，有利于四绕组感应滤波变压器的工程应用；

(2)、依据四绕组感应滤波变压器射线形等值电路，可揭示四绕组感应滤波变压器对两个负载谐波有效屏蔽的机理。

附图说明

图1是四绕组感应滤波变压器的拓扑结构图。

图2是四绕组感应滤波变压器的四端口结构图。

图3是四绕组感应滤波变压器的基本等值电路。

图4a是四绕组感应滤波变压器的简化等值电路。

图4b是四绕组感应滤波变压器的射线形等值电路。

图1中各部件说明如下：

m：附加滤波绕组，n：供电绕组，p：负载绕组，q：负载绕组，L：特征次全调谐滤波器。

具体实施方式

本发明参见图1，包括四绕组变压器和特征次全调谐滤波器L构成的拓扑结构；以及根据拓扑结构得到的数学模型及其等值电路；

所述四绕组变压器是由供电绕组n、附加滤波绕组m和两个负载绕p、q组构成，所述特征次全调谐滤波器L接入附加滤波绕组m。

参见图2，根据多绕组变压器理论，变压器各个端口电量之间的矩阵方程如公式(1)至(3)所示：