【摘要】：隨著我國國民經(jīng)濟的繁榮和發(fā)展,我國的發(fā)電裝機容量和全社會用電量相應(yīng)地在不斷增長。根據(jù)電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃,預(yù)計2020年全國發(fā)電裝機容量達20億千瓦,全社會用電量達6.8~7.2萬億千瓦時,人均裝機量和人均用電量接近中等發(fā)達國家的水平;且電能在終端能源消費的比例提升至27%。隨著電能在終端能源消費比重的持續(xù)提升,電力用戶對優(yōu)質(zhì)電能的需求日益增高。在發(fā)展戰(zhàn)略層面,我國確定了電力工業(yè)發(fā)展的“節(jié)約、清潔、安全”方針和“清潔、高效、安全、可持續(xù)”目標(biāo)。在大功率工業(yè)整流系統(tǒng)、高壓直流輸電系統(tǒng)、電力低壓配電網(wǎng)等工程應(yīng)用場合,普遍存在著由電力電子裝置等非線性負荷引起的諧波污染和諧波危害問題。本論文對12脈波整流系統(tǒng)的諧波治理新技術(shù)進行探索,提出了基于新型12脈波整流變壓器感應(yīng)濾波的諧波抑制方法和變壓器集成濾波電抗的新型磁集成方法的一種新理論和新技術(shù),稱為12脈波整流變壓器集成感應(yīng)濾波理論和技術(shù)。本論文主要完成的研究工作包括:(1)十二脈波整流和磁集成技術(shù)概述。對12脈波整流系統(tǒng)的基本原理和運行特性進行概述,敘述了12脈波整流變壓器的諧波危害問題,并介紹了12脈波整流系統(tǒng)的諧波治理方法及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;同時,對變壓器和電抗器的相關(guān)磁集成技術(shù)進行概述,介紹了磁集成技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展動態(tài)。(2)整流變壓器感應(yīng)濾波技術(shù)。對整流變壓器感應(yīng)濾波技術(shù)的發(fā)展歷程、工作機理、實現(xiàn)條件和技術(shù)特點等基本情況進行敘述;詳細解釋了感應(yīng)濾波變壓器的諧波電流抑制和鐵芯諧波磁通抑制的原理,揭示了感應(yīng)濾波技術(shù)的諧波抑制本質(zhì);闡述了感應(yīng)濾波繞組零等值阻抗的實現(xiàn)條件以及全調(diào)諧濾波器的設(shè)計方法;最后,基于感應(yīng)濾波變壓器的實際應(yīng)用案例,說明了感應(yīng)濾波技術(shù)在諧波電流抑制、變壓器鐵芯磁通抑制、節(jié)能降損、改善逆變器換相失敗和減振降噪等方面的技術(shù)優(yōu)勢。(3)提出新型十二脈波感應(yīng)濾波整流系統(tǒng)諧波抑制理論。在現(xiàn)有的12脈波感應(yīng)濾波整流變壓器基礎(chǔ)上,提出了采用12脈波感應(yīng)濾波整流變壓器的濾波繞組并聯(lián)接線的新方案,可有效清除5、7、17、19等次數(shù)的諧波電流,并在濾波繞組并聯(lián)線上連接調(diào)諧濾波器對11和13次諧波電流實施濾除。在理論方面,根據(jù)傅里葉級數(shù)的電流表達式,揭示了新型12脈波感應(yīng)濾波整流系統(tǒng)的諧波抑制機理;在仿真方面,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型和某實際HVDC工程的基本參數(shù),搭建了雙極雙12脈動HVDC系統(tǒng)的PSCAD/EMTDC仿真模型,對整流側(cè)換流站分別采用傳統(tǒng)網(wǎng)側(cè)濾波方案和采用新型感應(yīng)濾波方案的仿真案例進行對比,說明了新型12脈波感應(yīng)濾波方案顯著的諧波治理效果。此外,搭建了相關(guān)原理樣機的實驗平臺,對新型12脈波感應(yīng)濾波整流系統(tǒng)的諧波治理效果進行實驗驗證。(4)提出非正交解耦與濾波電抗集成理論。本論文提出了非正交解耦理論及其實現(xiàn)方法,實現(xiàn)了濾波電抗器與變壓器的集成化設(shè)計,可有效降低變壓器和濾波器裝備的總占地面積。敘述了非正交解耦繞組匝數(shù)相等、相互并聯(lián)、繞向相反的二段式子繞組結(jié)構(gòu),還分析了其主、漏磁場以及解耦特性。基于非正交解耦理論,構(gòu)建了濾波電抗與變壓器集成的方法,推導(dǎo)了集成濾波電抗的電感值計算公式,給出了2種集成濾波電抗繞組解耦系數(shù)的測定方法。介紹了集成濾波電抗變壓器的基本結(jié)構(gòu),在理論分析方面,通過其等效模型和耦合電感電路方程組來分析集成濾波電抗的解耦特性;在仿真方面,以1臺集成濾波配電變壓器為案例,搭建了基于Ansys/Maxwell的三維有限元模型,通過仿真所得電感矩陣和磁耦合系數(shù)矩陣分析了集成濾波電抗的解耦特性,并對該配電變壓器的諧波治理效果進行仿真研究。為驗證理論和仿真分析的正確性,研制了集成濾波電抗變壓器的原理樣機并開展相關(guān)實驗測試。(5)提出十二脈波整流變壓器集成感應(yīng)濾波理論和技術(shù)�；谛滦�12脈波感應(yīng)濾波技術(shù)和集成濾波電抗技術(shù),進一步提出了12脈波整流變壓器集成感應(yīng)濾波的諧波治理新方法。在理論分析方面,基于12脈波集成感應(yīng)濾波整流系統(tǒng)的等效阻抗電路,結(jié)合傅里葉分析方法對其諧波抑制機理進行闡述。在仿真分析方面,利用Ansys/Maxwell和Ansys/Maxwell Circuit搭建了12脈波集成感應(yīng)濾波整流系統(tǒng)的場路耦合模型,對該系統(tǒng)的諧波抑制效果進行仿真驗證。在實驗驗證方面,研制了12脈波集成感應(yīng)濾波整流變壓器的原理樣機,通過搭建的12脈波集成感應(yīng)濾波整流系統(tǒng)實驗平臺驗證了所述集成感應(yīng)濾波方案顯著的諧波治理效果。本論文通過理論分析、仿真分析以及原理樣機研制和實驗的方法,對12脈波整流變壓器集成感應(yīng)濾波理論和應(yīng)用展開了系統(tǒng)的研究,構(gòu)建了12脈波集成感應(yīng)濾波整流系統(tǒng)的諧波抑制理論與應(yīng)用研究體系,有利于12脈波整流變壓器集成感應(yīng)濾波技術(shù)的推廣和應(yīng)用。
【圖文】：

(1.9)（2）十二脈波整流系統(tǒng)的運行特性如圖1.2所示的12脈波整流系統(tǒng)由兩個6脈波單元并聯(lián)而成，設(shè)該12脈波系統(tǒng)的整流變壓器組變比關(guān)系為1 1 2 2: : : 1:1:1: 3A a A aN N N N = 。采用與上述6脈波整流電路4

博士學(xué)位論文系統(tǒng)側(cè)的電能質(zhì)量。濾波器組同時也對整流橋進行容性無功補償，，提高交流系統(tǒng)的功率因數(shù)。如圖2.1(b)所示，自耦型諧波屏蔽變壓器的二次繞組（閥側(cè)繞組）采用延邊三角形的聯(lián)結(jié)方式，其中延邊繞組（閥側(cè)繞組）與整流橋相連，三角形接法的公共繞組（濾波繞組）與延邊繞組的連接處引出抽頭，并與LC濾波器組聯(lián)接，對系統(tǒng)具有諧波抑制和無功補償作用。(a) 感應(yīng)型諧波屏蔽變壓器(b) 自耦型諧波屏蔽變壓器圖 2.1 感應(yīng)濾波整流變壓器的兩種拓撲結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.2(a)所示，無論哪種形式的感應(yīng)濾波變壓器，其濾波繞組必須排列于網(wǎng)側(cè)繞組和閥側(cè)繞組之間，這樣才能實現(xiàn)感應(yīng)濾波繞組的零等值阻抗設(shè)計。結(jié)合圖2.2(b)所示的變壓器等效電路，可以計算各繞組在工頻下的等值阻抗：( )( )( )1 12 13 232 23 12 133 13 23 12121212k k kk k kk k kZ Z Z ZZ Z Z ZZ Z Z Z = + ′ =′ ′+ =′ + ′ (2.1)式中
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM40

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本文編號：2605449