集成滤波电抗变压器及其滤波系统的理论与应用研究
发布时间：2021-09-29 17:01
大量电力电子器件与其他非线性负载在电气设备中广泛应用,导致当前电力系统谐波问题日益严重。其中电力驱动舰船、城市配电网络等由于谐波含量大、电力设备整体占地面积有限,这两种场合最经济的滤波装置是LC滤波装置,且要求滤波器装置中的电抗器体积小和噪声低。选择设计好滤波电抗器成为一个工程难题,本论文围绕集成滤波电抗变压器的理论与应用开展研究,主要具体完成的研究工作包括:（1）提出了一种基于变压器绕组的非正交解耦理论来构建滤波电抗器集成于变压器的布置方案,详细论述了所集成的滤波电抗器与变压器的供电绕组两者之间以及所集成的滤波电抗器与集成滤波电抗器之间的解耦原理,以及各绕组电感量和耦合度测定方法和实验验证。分析了集成滤波电抗器所特有的漏电抗特性,并给出了其电感量计算方法,同时给出此变压器的解耦模型,以及单相基波和谐波电路模型,并提出将电感矩阵进行降阶的电感值和耦合系数计算方法。通过计算5次和7次电抗器电感值和实测值进行比对,所集成的5次和7次电抗器电感计算值与实际测试值误差在工程允许的5%以内。（2）针对10kV箱式变电站这种要求设备体积小而紧凑的场合,提出了集成滤波电抗10kV配电变压器及其滤波的...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
常用的无源滤波器
博士学位论文3(a)串联型(b)并联型图1.2两种有源滤波器示意图1.2.4感应滤波技术及其现状感应滤波是通过合理布置绕组来消除变压器铁芯的谐波磁通而实现谐波抑制和屏蔽的一种方法和技术[38~46]。它是在传统变压器上再额外添加1个被称为滤波的绕组，此绕组设计为特殊的零阻抗特点，然后再外接滤波支路。当负载产生n次谐波电流而注入到变压器阀侧时，此时感应滤波绕组上将产生与二次侧阀侧绕组上等值反向的谐波磁动势，所以将会相互抵消，这样能够干掉了网侧绕组中的n次谐波电流，由于谐波在变压器二次侧被抑制而没有经过变压器传到网侧，所以系统的谐波和无功损耗得到了有效的改善，系统的供电效率会明显提高，达到节能降耗之目的；由于铁心的谐波磁通大大减少，所以振动和噪音将会大大降低。能达到较好的谐波电流抑制效果。感应滤波的雏形是阻抗匹配平衡变压器[47]，随后的近二十多年来，由罗隆福教授、张志文教授、李勇教授以及许加柱教授等老师的带领下，感应滤波从原理论、技术、样机以及工程应用等方面形成了一套完整的自主拥有的标准和体系，并经历了从最开始的多功能平衡变，到后来的感应滤波整流变以及感应滤波换流变等，每种型式都有较好的应用场合和领域。1、多功能平衡变压器图1.3为多功能平衡变的接线方案图。由图可知，LC滤波器安装于二次侧绕组抽头处，LC滤波器也能起到一定的基波的无功补偿作用。主要应用于电气化铁道两相供电情况下的电源谐波治理和无功补偿[48~53]。表1.1为无滤波、无源滤波和感应滤波的三种不同工况下多功能平衡变一次侧的电流谐波治理情况。由表可得，无源滤波工况下谐波滤除率为41.61%；实施了感应滤波工况下谐波滤除率为57.16%，表明感应滤波方式具有较好谐波滤除效果。
集成滤波电抗变压器及其滤波系统的理论与应用研究4图1.3多功能平衡变压器结构表1.1多功能平衡变压器一次侧电流谐波以及滤除率序号谐波电流(A)(三相均值)谐波电流滤除率(%)无滤波无源滤波感应滤波无源滤波相对于无滤波感应滤波相对于无滤波感应滤波相对于无源滤波114.457.63.8646.7673.2449.75210.046.435.4035.9146.3616.439.156.605.427.8339.716.80410.954.803.356.1268.9729.30平均值11.147.755.5041.6157.1627.442、感应滤波整流变压器滤波系统它主要应用于电解、冶金等谐波和无功比较重的行业[54~60]。其系统中的6脉波整流电路如图1.4所示，由于整流器负载在整流变阀侧主要产生了5、7、11、13、等特征次谐波，导致谐波电流从阀侧感应到网侧，影响网侧电网的电能质量，传统有效的滤除网侧谐波方法是在网侧装设具有5、7、11、13次谐振的LC滤波器，能起到较好的滤波效果。但是谐波磁通仍然在变压器的网侧和阀侧进行流通，导致变压器容量增大、损耗加大、温升上升以及振动噪声等影响。较之双绕组的整流变压器，感应滤波变压器为三绕组。图中二次阀侧绕组与整流桥相接，滤波绕组为第三绕组，它与滤波器（5、7、11、13）构成谐波短路环，阻止阀侧产生的谐波电流传输到一次网侧绕组中。另外电容对于基波来说能起到补偿部分无功，提高功率因数。如图1.5(a)所示，从靠近铁芯依次从内到外是阀侧绕组最里面、滤波绕组放中间、网侧绕组布置在最外层，各绕组的等效电路如图1.5(b)所示，那么各绕组的等值阻抗：112132322312133132312121212kkkkkkkkkZZZZZZZZZZZZ(1.1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型整流变压器直流偏磁下的电磁特性分析[J]. 刘涛,罗隆福,戴丽宦,刘俊华,胡是亚. 电源技术. 2017(10)
[2]感应滤波四绕组变压器及其滤波补偿装置分析[J]. 李世军,罗隆福,李伟栋,沈阳,丁立国,张细政. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(02)
[3]基于新型磁场-电路耦合法的集成滤波电感变压器及滤波系统仿真建模[J]. 李世军,罗隆福,龙熹,廖闻迪,许志伟,张细政. 高电压技术. 2017(01)
[4]三相双降压逆变器中电感的磁集成方式比较与优化设计[J]. 吕林娜,肖岚,祁琦. 电工技术学报. 2016(13)
[5]基于Ansoft的变压器电磁参数计算与分析[J]. 赵姗姗,李红江,杨锋. 变压器. 2015(10)
[6]集成滤波电抗绕组变压器数学模型[J]. 李世军,罗隆福,佘双翔,廖闻迪,许加柱,王灿,梁崇淦,魏克湘. 电工技术学报. 2015(14)
[7]非正交解耦理论与集成于整流变压器的线性电抗器[J]. 廖闻迪,罗隆福,朱军,张勋奇,梁崇淦,陈跃辉,周冠东. 中国电机工程学报. 2015(13)
[8]无负载侧谐波检测的有源滤波器自适应预测算法[J]. 张宸宇,梅军,郑建勇,郭邵卿,周福举. 电力自动化设备. 2014(06)
[9]换流变压器漏磁场分布特性仿真研究[J]. 董景义,李杰,马立明,张衍敏. 变压器. 2013(10)
[10]高速电气化铁路负序和谐波统一治理方法[J]. 张志文,黄际元,罗隆福,常敏,李欣然. 电机与控制学报. 2013(08)
博士论文
[1]十二脉波整流变压器集成感应滤波理论与应用研究[D]. 梁崇淦.湖南大学 2018
[2]集成多绕组感应滤波换流变压器运行特性和电磁特性研究[D]. 李建英.湖南大学 2016
[3]变压器集成滤波理论与应用研究[D]. 王灿.湖南大学 2015
硕士论文
[1]集成滤波绕组对变压器绕组振动模态及磁特性的影响研究[D]. 史栋杰.湖南大学 2018
[2]集成滤波绕组配电变压器电感计算方法及电磁特性分析[D]. 谷秀甜.湖南大学 2018
[3]变压器集成滤波理论及其在船舶12脉波整流系统的应用[D]. 项锦文.湖南大学 2017
[4]集成滤波电感整流变压器在船舶整流系统中的应用研究[D]. 卢赛.湖南大学 2015
本文编号：3414096
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
常用的无源滤波器
博士学位论文3(a)串联型(b)并联型图1.2两种有源滤波器示意图1.2.4感应滤波技术及其现状感应滤波是通过合理布置绕组来消除变压器铁芯的谐波磁通而实现谐波抑制和屏蔽的一种方法和技术[38~46]。它是在传统变压器上再额外添加1个被称为滤波的绕组，此绕组设计为特殊的零阻抗特点，然后再外接滤波支路。当负载产生n次谐波电流而注入到变压器阀侧时，此时感应滤波绕组上将产生与二次侧阀侧绕组上等值反向的谐波磁动势，所以将会相互抵消，这样能够干掉了网侧绕组中的n次谐波电流，由于谐波在变压器二次侧被抑制而没有经过变压器传到网侧，所以系统的谐波和无功损耗得到了有效的改善，系统的供电效率会明显提高，达到节能降耗之目的；由于铁心的谐波磁通大大减少，所以振动和噪音将会大大降低。能达到较好的谐波电流抑制效果。感应滤波的雏形是阻抗匹配平衡变压器[47]，随后的近二十多年来，由罗隆福教授、张志文教授、李勇教授以及许加柱教授等老师的带领下，感应滤波从原理论、技术、样机以及工程应用等方面形成了一套完整的自主拥有的标准和体系，并经历了从最开始的多功能平衡变，到后来的感应滤波整流变以及感应滤波换流变等，每种型式都有较好的应用场合和领域。1、多功能平衡变压器图1.3为多功能平衡变的接线方案图。由图可知，LC滤波器安装于二次侧绕组抽头处，LC滤波器也能起到一定的基波的无功补偿作用。主要应用于电气化铁道两相供电情况下的电源谐波治理和无功补偿[48~53]。表1.1为无滤波、无源滤波和感应滤波的三种不同工况下多功能平衡变一次侧的电流谐波治理情况。由表可得，无源滤波工况下谐波滤除率为41.61%；实施了感应滤波工况下谐波滤除率为57.16%，表明感应滤波方式具有较好谐波滤除效果。
集成滤波电抗变压器及其滤波系统的理论与应用研究4图1.3多功能平衡变压器结构表1.1多功能平衡变压器一次侧电流谐波以及滤除率序号谐波电流(A)(三相均值)谐波电流滤除率(%)无滤波无源滤波感应滤波无源滤波相对于无滤波感应滤波相对于无滤波感应滤波相对于无源滤波114.457.63.8646.7673.2449.75210.046.435.4035.9146.3616.439.156.605.427.8339.716.80410.954.803.356.1268.9729.30平均值11.147.755.5041.6157.1627.442、感应滤波整流变压器滤波系统它主要应用于电解、冶金等谐波和无功比较重的行业[54~60]。其系统中的6脉波整流电路如图1.4所示，由于整流器负载在整流变阀侧主要产生了5、7、11、13、等特征次谐波，导致谐波电流从阀侧感应到网侧，影响网侧电网的电能质量，传统有效的滤除网侧谐波方法是在网侧装设具有5、7、11、13次谐振的LC滤波器，能起到较好的滤波效果。但是谐波磁通仍然在变压器的网侧和阀侧进行流通，导致变压器容量增大、损耗加大、温升上升以及振动噪声等影响。较之双绕组的整流变压器，感应滤波变压器为三绕组。图中二次阀侧绕组与整流桥相接，滤波绕组为第三绕组，它与滤波器（5、7、11、13）构成谐波短路环，阻止阀侧产生的谐波电流传输到一次网侧绕组中。另外电容对于基波来说能起到补偿部分无功，提高功率因数。如图1.5(a)所示，从靠近铁芯依次从内到外是阀侧绕组最里面、滤波绕组放中间、网侧绕组布置在最外层，各绕组的等效电路如图1.5(b)所示，那么各绕组的等值阻抗：112132322312133132312121212kkkkkkkkkZZZZZZZZZZZZ(1.1)
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型整流变压器直流偏磁下的电磁特性分析[J]. 刘涛,罗隆福,戴丽宦,刘俊华,胡是亚. 电源技术. 2017(10)
[2]感应滤波四绕组变压器及其滤波补偿装置分析[J]. 李世军,罗隆福,李伟栋,沈阳,丁立国,张细政. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(02)
[3]基于新型磁场-电路耦合法的集成滤波电感变压器及滤波系统仿真建模[J]. 李世军,罗隆福,龙熹,廖闻迪,许志伟,张细政. 高电压技术. 2017(01)
[4]三相双降压逆变器中电感的磁集成方式比较与优化设计[J]. 吕林娜,肖岚,祁琦. 电工技术学报. 2016(13)
[5]基于Ansoft的变压器电磁参数计算与分析[J]. 赵姗姗,李红江,杨锋. 变压器. 2015(10)
[6]集成滤波电抗绕组变压器数学模型[J]. 李世军,罗隆福,佘双翔,廖闻迪,许加柱,王灿,梁崇淦,魏克湘. 电工技术学报. 2015(14)
[7]非正交解耦理论与集成于整流变压器的线性电抗器[J]. 廖闻迪,罗隆福,朱军,张勋奇,梁崇淦,陈跃辉,周冠东. 中国电机工程学报. 2015(13)
[8]无负载侧谐波检测的有源滤波器自适应预测算法[J]. 张宸宇,梅军,郑建勇,郭邵卿,周福举. 电力自动化设备. 2014(06)
[9]换流变压器漏磁场分布特性仿真研究[J]. 董景义,李杰,马立明,张衍敏. 变压器. 2013(10)
[10]高速电气化铁路负序和谐波统一治理方法[J]. 张志文,黄际元,罗隆福,常敏,李欣然. 电机与控制学报. 2013(08)
博士论文
[1]十二脉波整流变压器集成感应滤波理论与应用研究[D]. 梁崇淦.湖南大学 2018
[2]集成多绕组感应滤波换流变压器运行特性和电磁特性研究[D]. 李建英.湖南大学 2016
[3]变压器集成滤波理论与应用研究[D]. 王灿.湖南大学 2015
硕士论文
[1]集成滤波绕组对变压器绕组振动模态及磁特性的影响研究[D]. 史栋杰.湖南大学 2018
[2]集成滤波绕组配电变压器电感计算方法及电磁特性分析[D]. 谷秀甜.湖南大学 2018
[3]变压器集成滤波理论及其在船舶12脉波整流系统的应用[D]. 项锦文.湖南大学 2017
[4]集成滤波电感整流变压器在船舶整流系统中的应用研究[D]. 卢赛.湖南大学 2015
本文编号：3414096
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