相邻变压器空载合闸对光伏输出电流二次谐波分量影响的研究

随着光伏渗透率的提高,含有大量电力电子元件的光伏并网系统改变了电网的谐波特性。当相邻变压器空载合闸于光伏并网点母线时,励磁涌流引起的母线电压波动会导致光伏输出电流中含有二次谐波分量。文章以相邻变压器空载合闸为场景,介绍光伏并网系统结构及其控制策略,揭示光伏输出电流二次谐波分量的产生机理,分析光伏输出电流二次谐波对变压器差动保护的影响并提出抑制措施。最后通过仿真验证理论分析的正确性和抑制措施的有效性。     

变压器和应涌流的理论探讨

在线性化简化的基础上，建立了两台单相变压器并联和级联运行模型，推导了当一台变压器正常运行，另外一台并联或级联变压器空投充电时，两台变压器的磁链解析表达形式，定性分析了正在运行的变压器可能发生饱和现象以及和应涌流产生及影响的机理。同时，在利用分段线性特性考虑磁化特性的情况下，通过数值仿真进一步分析了空投充电变压器的剩磁与合闸角、系统阻抗参数对运行变压器和应涌流幅值及饱和速度的影响，仿真结果验证了分析结论，为和应涌流导致变压器差动保护误动的分析以及认识和应涌流的本质奠定了基础。     

交直流混合电网中变电站电容器组串联电抗率选择

对于传统的变电站电容器组设计配置,由于未考虑变压器饱和时的阻抗及谐波特性.可能会导致电珑容器组出现故障的情况.通过理论分析,提出设计选择电容器组的串联电抗率时,应考虑在不同条件下系统阻抗频率特性所对应的并联谐振点及系统可能出现的各次谐波分布特性.采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,以某变电站主变压器为例,考虑不同的变压器饱和程度、电容器组投切方式和电容器组串联电抗率条件,进行仿真及电容器组谐波电流计算.仿真结果说明,从电网安全运行出发.在考虑可能出现的变压器饱和情况时,应改变传统的电容器组设计配置方式.     

变压器和应涌流的理论探讨

在线性化简化的基础上,建立了两台单相变压器并联和级联运行模型,推导了当一台变压器 正常运行,另外一台并联或级联变压器空投充电时,两台变压器的磁链解析表达形式,定性分析了 正在运行的变压器可能发生饱和现象以及和应涌流产生及影响的机理。同时,在利用分段线性特 性考虑磁化特性的情况下,通过数值仿真进一步分析了空投充电变压器的剩磁与合闸角、系统阻抗 参数对运行变压器和应涌流幅值及饱和速度的影响,仿真结果验证了分析结论,为和应涌流导致变 压器差动保护误动的分析以及认识和应涌流的本质奠定了基础。     

涌流引起的变压器三角形侧不平衡三次谐波影响及抑制方法

稳态情况下,一般认为三次谐波具有零序分量特征,无法耦合至主变压器三角形侧设备,但经现场试验所得结论可知,和应涌流造成的不平衡三次谐波却可以流入主变压器低压侧,并与低压侧电容器组构成回路,有可能使电容器及避雷器损坏。系统稳态运行时,三次谐波仅仅存在零序分量;而和应涌流中的三次谐波电压、电流并不完全对称,存在三次谐波的正、负、零序分量,故涌流时的三次谐波的正序、负序分量能流出变压器的三角形侧,流入电容器组和负荷。同时,如果并联电容器组的电抗率为6%,则存在三次谐波串联谐振点,这是导致三次谐波进一步放大的原因。文中通过理论及仿真分析,论述了上述观点的正确性,并通过计算,设计出一种配置混合串联电抗器的并联电容器组。动模试验证明,配置混合串联电抗器的并联电容器组可以大大抑制系统侧及电容器支路中的三次及五次谐波,较配置统一串联电抗器的并联电容器组具有较大优势。     

变压器和应涌流分析

以2台单相变压器并联运行为例,利用励磁涌流偏向时间轴一侧的特点,解释了和应涌流的产生机理及其变化特点,指出和应涌流产生的本质原因是由于合闸变压器励磁涌流流过系统电阻使得其他变压器工作母线电压偏移,导致铁芯饱和造成的。初步分析了系统电阻、线路阻抗、空投变压器不同剩磁以及运行变压器二次侧负载对和应涌流的影响,讨论了和应涌流对变压器差动保护和后备保护的危害,其非周期分量长期作用引起的电流互感器局部暂态饱和以及差流中二次谐波含量降低是造成差动保护误动的主要原因。提出了相应的防范措施:在条件允许的情况下将电流互感器从P级更换为TP级以防止其暂态饱和;在满足灵敏度要求的前提下适当提高发电机及变压器差动保护的定值;尽量避免可能产生和应涌流的运行操作;正确整定变压器电流距离保护的各段定值;利用二次谐波分量构成零序二次谐波制动判据防止差动保护误动;寻求更可靠的主保护原理或完善纵差保护原理。     

一起特高压变压器的差动保护误动分析及防范措施

通过建立MATLAB仿真模型,分析了在特高压交流试验示范工程投运调试过程中出现的一起由于中压侧空投主变压器产生励磁涌流而导致调压变压器差动保护误动作的案例。针对特高压变压器结构上的特殊性,分析了合闸角、剩磁等因素对励磁涌流的影响,仿真复现了现场故障录波波形。针对调压变压器差动电流中二次谐波含量较低可能引起的误动,从2个方面提出了相应的解决方案：指出二次谐波涌流闭锁判据宜采用三取二闭锁方式,但在某些特殊情况下,依然可能失效,进而提出了利用二次谐波变化趋势来识别励磁涌流和故障电流的辅助判据,并对综合判据进行了仿真验证;分析了调压变压器容量对励磁涌流的影响,提出在条件允许的情况下,适当增加调压变压器容量来避免励磁涌流可能引起的误动,为提高调压变压器差动保护可靠性提供了新思路。     

变电站35 kV开关柜套管烧毁分析与改进措施

本文针对变电站35 kV开关柜套管多次烧毁问题,通过电能质量测试数据分析,得到谐波指标超过国标限值,其它电能质量指标均未超过国标限值,经过溯源定位谐波源来自于35 kV侧,35 kV侧谐波电流注入系统高压侧110 kV,对故障时录波文件分析谐波伴随存在变压器合闸涌流。通过变电站出线用户现场调研、分析计算,得到变电站套管的烧毁是由过电压引起的,很大可能是由5次谐波并联谐振放大、变压器合闸涌流等多个因素导致的,并提出多条针对性建议。     

变压器励磁涌流负序二次谐波特征及机理

空载合闸产生的励磁涌流是导致变压器差动保护不正确动作的主要因素,同时也会造成电网中谐波、电压暂降等电能质量问题。交直流混联电网中,换流器的谐波耦合特性使得交流电网中的谐波会引起直流保护的误动作,导致直流闭锁,威胁电网安全运行。文中基于变压器铁芯近似磁化特性曲线,推导了励磁涌流及其中二次谐波分量的解析表达式,分析了合闸参数对负序二次谐波分量的影响,指出由于断路器开断引起的三相平衡性剩磁不会造成励磁涌流中二次谐波以负序为主的现象,只有三相非平衡性剩磁才可能引起励磁涌流中的二次谐波呈现明显的负序特征。PSCAD仿真验证了分析及结论的正确性,为解决工程实际问题提供了理论依据。     

变压器和应涌流对零序保护影响的分析

分析变压器和应涌流的产生机理;利用Matlab仿真软件建立空载合闸时并联三相变压器(Yn/A)的仿真模型,并仿真分析运行变压器各相和应涌流波形以及各相和应涌流中谐波电流成分的特点;建立并联变压器涌流作用时的等效电路,讨论变压器在不同接地方式下,和应涌流与零序分量的关系,以及对零序保护的影响.     

基于相控开关技术的空载变压器励磁涌流抑制研究

断路器在随机关合空载变压器时会产生幅值、频率很高的励磁涌流,这种操作暂态可能导致微机继保装置误动作,降低用户电能质量和系统可靠性。根据空载变压器涌流产生的机理,采用选相关合技术消除变压器励磁涌流,研究了铁心剩磁和最佳关合相位关系;分析了断路器截流和暂态恢复电压对铁心剩磁影响,并给出了剩磁测量方法。在空载变压器选相关合原理基础上,采用ATP-EMTP软件建立空载变压器关合模型,对暂态过程进行了仿真。仿真结果表明,选相关合技术能有效消除空载变压器合闸时产生的励磁涌流,为空载变压器选相关合提供了理论基础。     

空充变压器时直流线路沿线50 Hz分量分布的定量计算研究

空充变压器可能在邻近运行直流线路上产生电压和电流的50 Hz分量,存在引发50 Hz保护动作而导致直流降功率的风险。针对空充变压器时直流线路沿线50 Hz分量的分布展开研究,为进一步制定合理的应对措施提供指导。分析了运行直流线路产生50 Hz分量的机理,并提出基于测试信号法的直流线路入口端谐波阻抗计算方法。在此基础上,研究了在不同运行方式下,空充变压器时运行直流线路沿线50 Hz分量的定量计算方法。以牛从直流的PSCAD/EMTDC仿真模型为例,利用上述方法进行计算,并将计算结果与仿真结果进行对比。分析结果表明,二者具有较好的一致性,这验证了所提定量计算方法的准确性和有效性。     

合闸750kV空载变压器引起的系统电压暂降现场实测与计算分析

结合新疆与西北750 kV联网工程乌北变电站合闸750 kV空载变压器现场实施情况,分析了合闸空载变压器引起系统工频电压暂降现象的机制,提出励磁涌流及系统短路容量是影响合空变电压暂降的主要因素。并利用EMTP工具对合空变引起的电压暂降进行仿真建模分析,得出的合空变励磁涌流及系统电压暂降特性与现场实测基本一致,验证了仿真方法的有效性。提出了采取断路器装设合闸电阻的措施可以有效抑制合空变操作引起的系统电压暂降,另外采取系统调压、调整系统运行方式、消除剩磁等措施也有助于缓解合空变电压暂降对系统运行造成的不利影响。     

基于剩磁测量的选相关合技术

由于空载合闸时变压器铁心存在剩磁并且断路器合闸相位角的随机性影响,铁心总磁通大幅增加,变压器进入饱和区运行,从而导致其绕组内产生幅值很大、谐波含量丰富的励磁涌流。励磁涌流容易造成继保装置误动作,影响电力系统的正常运行。为了解决这个问题,找到了通过测量铁心剩磁来寻找最佳合闸相角的选相关合技术来抑制励磁涌流。计算与仿真证明,选相关合技术能够很好地抑制变压器空载合闸时的励磁涌流。     

变压器差动保护中电流相位补偿方式的分析

在变压器空载合闸时,对变压器差动保护中△→Y电流相位补偿方式进行分析,证明变换后得到的某相差流并不能反映该相励磁电流的真实变化。进一步利用MATLAB仿真YN,d11变压器空载合闸,对比分析了变压器差动保护中△→Y和Y→△这2种电流相位补偿方式对二次谐波比励磁涌流闭锁判据的影响,仿真结果表明前者并不比后者具有明显的优势,也不宜采用分相闭锁差动保护。同时,分析变压器对称涌流产生的原因,计算说明对称涌流中的二次谐波比并不一定比单侧涌流低。提出了利用未经补偿的相电流计算励磁涌流闭锁判据中二次谐波比,提高分相闭锁的可靠性,以及利用综合二次谐波比全相闭锁保护、加短延时投入分相开放判据开放保护,提高带故障合闸时保护动作速度的思想。     

变压器空充下的励磁涌流二次谐波特性分析

针对近年来变压器空充试验时,电流的二次谐波含量低于保护整定值导致差动保护误动作的问题,首先利用2条不同斜率的直线对变压器磁化特性曲线进行拟合,推导出不同空充电压下励磁涌流二次谐波含量的表达式,进而基于有限元分析软件搭建并验证了一台14 kVA单相变压器以及一台325 MVA三相变压器的仿真模型,然后对验证过的模型进行了变压器空充仿真。研究表明：在考虑铁芯磁化曲线起始部分存在非线性特征的情况下,空充电压小于临界电压时,励磁涌流中含有少量二次谐波;空充电压等于临界电压时,励磁涌流二次谐波含量达到峰值;随着空充电压等级的提高,励磁涌流二次谐波含量呈现先增后减的趋势。     

基于组合式开关的三相变压器励磁涌流抑制策略

针对变压器在空载或者轻载的情况下合闸通电可能引起一次绕组流过励磁涌流等问题,提出一种新颖的组合式开关分相控制思路：通过分析原边采用星形不接地连接方式的三相空载变压器的投切暂态过程,推导了空载变压器在投切瞬间的关联磁链状态,进而反推得到考虑剩余磁通时抑制空载变压器合闸涌流的动态最佳投切相角,改变依赖剩磁测量电路、预先设定固定相角的现有相控模式;建立基于ATP/EMTP的电力变压器模型以模拟其在接通和分断的瞬态过程,获得投切瞬间的电压、电流、磁通等参数特征,验证了所提分相控制原理,给出了控制规律;为了实现分相控制策略,设计一种具有逻辑通信功能的新型三工作模态单极开关控制拓扑,对单极开关进行动态组合,可实现各极触头在最佳相位协调动作、统一控制;搭建硬件控制平台,验证所提控制策略可有效将励磁涌流限制在随机合闸时涌流大小的3%左右。     

复杂和应涌流及其对电流差动保护的影响

目前大多数和应涌流机理分析采用运行变压器空载模型,对运行变压器非空载情况下的复杂和应涌流研究较为有限。文中推导了当一台变压器空投、另一台变压器非空载运行时,变压器磁链、电源电流以及运行变压器负载电流的解析表达式,分析了复杂和应涌流的影响因素、关键特征以及对相邻发电机电流差动保护的影响。数字仿真、动模试验以及现场录波数据验证了分析结论的正确性。