本發(fā)明涉及一種感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：

隨著時(shí)代的進(jìn)步，電力電子裝置在電能變換和并網(wǎng)過程中的作用越來越重要，應(yīng)用范圍也越來越廣。但與此同時(shí)，這些非線性器件的使用給電網(wǎng)帶來了更為嚴(yán)重的諧波畸變等電能質(zhì)量問題。另外，高壓直流輸電的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致電力系統(tǒng)中諧波問題較為突出。特別是上述系統(tǒng)中的換流變壓器承受的諧波分量比較嚴(yán)重，由換流器產(chǎn)生的各種特征諧波電流與非特征諧波電流均通過換流變壓器的閥側(cè)繞組和網(wǎng)側(cè)繞組而饋入至交流電網(wǎng)側(cè)，這意味著諧波電流在換流變壓器中流通而得不到有效抑制。由于諧波電流流入變壓器產(chǎn)生的鐵芯磁滯現(xiàn)象會(huì)引起噪聲增大。此外，還會(huì)由高次諧波電流、電壓而引起的附加鐵耗和銅耗，使變壓器損耗增大，容量利用率減小。

相比于傳統(tǒng)換流變壓器而言，感應(yīng)濾波換流變壓器中增加了感應(yīng)濾波繞組，該繞組與閥側(cè)繞組對(duì)某些特征次諧波構(gòu)成安匝平衡，避免了閥側(cè)諧波傳遞到網(wǎng)側(cè)，從而對(duì)換流器所產(chǎn)生的某些特征次諧波能夠起到較好的抑制作用。諧波抑制效果取決于感應(yīng)濾波換流變壓器各端口的諧波阻抗，特別是濾波繞組的諧波等值阻抗。同時(shí)感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗與電磁振動(dòng)及噪聲也存在關(guān)聯(lián)性。

感應(yīng)濾波換流變壓器在實(shí)際運(yùn)行中，濾波器需要根據(jù)運(yùn)行工況隨時(shí)投切某些支路，這使得由感應(yīng)濾波換流變壓器和濾波器等組成的系統(tǒng)諧波阻抗經(jīng)常發(fā)生變化。實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗，對(duì)于考察運(yùn)行工況對(duì)濾波效果和電磁振動(dòng)的影響，抑制系統(tǒng)諧振等方面具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提出一種感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗測(cè)量方法及裝置，旨在通過測(cè)量網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)的諧波電壓、諧波電流，將采樣的波形數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)中，通過參數(shù)辨識(shí)、曲線擬合等多種方式，實(shí)時(shí)計(jì)算出諧波阻抗參數(shù)，可根據(jù)計(jì)算出的諧波阻抗參數(shù)啟動(dòng)諧振抑制裝置，避免系統(tǒng)發(fā)生諧振。

一種感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗測(cè)量方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：實(shí)時(shí)測(cè)量多組感應(yīng)濾波換流變壓器中電壓和電流參數(shù)；

所述電壓和電流參數(shù)包括網(wǎng)側(cè)諧波電壓U_sh、閥側(cè)諧波電壓U_2h，感應(yīng)濾波器側(cè)諧波電壓U_3h，網(wǎng)側(cè)諧波電流I_Sh，流經(jīng)閥側(cè)繞組的h次諧波阻抗的h次諧波電流I_2h；

步驟2：依據(jù)感應(yīng)濾波換流變壓器單相繞組接線原理圖構(gòu)建感應(yīng)濾波換流變壓器單相諧波等效模型；

步驟3：利用感應(yīng)濾波換流變壓器的單相繞組接線原理圖和單相諧波等效模型構(gòu)建諧波電壓、諧波電流和諧波阻抗之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型；

I_shN₁+I_2hN₂+I_3hN₃＝0

U_sh＝I_shZ_sh+I_shZ_1h+E_1h

E_2h＝I_2hZ_2h+U_2h

E_3h＝I_3hZ_3h+U_3h

U_fh＝U_3h＝I_3hZ_fh

$\frac{E_{1h}}{E_{2h}}=\frac{N_1}{N_2}$

$\frac{E_{1h}}{E_{3h}}=\frac{N_1}{N_3}$

其中，N₁、N₂、N₃分別為感應(yīng)濾波換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組、閥側(cè)繞組以及感應(yīng)濾波繞組的匝數(shù)；Z_1h、Z_2h、Z_3h分別為感應(yīng)濾波換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組、閥側(cè)繞組以及感應(yīng)濾波繞組的h次等值諧波阻抗；I_3h為流經(jīng)感應(yīng)濾波繞組的h次諧波阻抗的h次諧波電流；Z_fh為濾波器諧波阻抗；E_1h、E_2h、E_3h分別為感應(yīng)濾波換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組、閥側(cè)繞組以及感應(yīng)濾波繞組的感應(yīng)電勢(shì)；

步驟4：利用步驟1采集的多組參數(shù)代入步驟3獲得的數(shù)學(xué)關(guān)系模型中，計(jì)算得到多組諧波阻抗參數(shù)Z_1h、Z_2h和Z_3h；

步驟5：利用步驟4獲得的多組諧波阻抗參數(shù)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和曲線擬合后，獲得諧波阻抗Z_1h、Z_2h、Z_3h的精準(zhǔn)值。

一種感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗測(cè)量裝置，包括網(wǎng)側(cè)電壓與電流傳感器4、閥側(cè)電壓與電流傳感器5、6通道采集單元6、12通道采集單元7以及計(jì)算機(jī)處理單元8；

所述網(wǎng)側(cè)電壓與電流傳感器設(shè)置在感應(yīng)濾波換流變壓器的網(wǎng)側(cè)繞組出線端上，且與6通道采集單元相連；

所述閥側(cè)電壓與電流傳感器設(shè)置在感應(yīng)濾波換流變壓器的閥側(cè)繞組出線端上，且與12通道采集單元相連；

所述6通道采集單元和12通道采集單元均與所述計(jì)算機(jī)處理單元相連；

所述計(jì)算機(jī)處理單元依據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量多組感應(yīng)濾波換流變壓器中電壓和電流參數(shù)進(jìn)行處理，得到諧波阻抗Z_1h、Z_2h、Z_3h的精準(zhǔn)值。

所述感應(yīng)濾波換流變壓器1的網(wǎng)側(cè)繞組采用星形接法，閥側(cè)繞組采用星形和三角形接法，且閥側(cè)繞組與換流閥3連接；濾波繞組采用三角形接法，并與感應(yīng)濾波裝置2連接。

有益效果

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)地采集換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組與閥側(cè)繞組上的諧波電壓與諧波電流，且網(wǎng)側(cè)繞組與閥側(cè)繞組的數(shù)據(jù)同步，采集數(shù)據(jù)通過接口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)機(jī)，計(jì)算機(jī)中集成了基于感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗模型的諧波阻抗計(jì)算程序，計(jì)算機(jī)通過實(shí)時(shí)接收到的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析處理，計(jì)算出被測(cè)換流變壓器繞組諧波阻抗。這種測(cè)量方法具有精度高、穩(wěn)定性好、受工況影響程度低等特點(diǎn)。由于本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量出感應(yīng)濾波換流變壓器的諧波阻抗，為感應(yīng)濾波換流變壓器的諧波濾波器設(shè)計(jì)、確定諧波限值以及預(yù)測(cè)系統(tǒng)諧波諧振提供了有力依據(jù)。同時(shí)，通過分析不同運(yùn)行工況下的諧波阻抗，可以為降低感應(yīng)濾波換流變壓器諧波電流、損耗和電磁振動(dòng)，避免發(fā)生系統(tǒng)諧振等提供解決方案。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的感應(yīng)濾波換流變壓器單相繞組接線圖；

圖2為本發(fā)明的感應(yīng)濾波換流變壓器單相諧波等效模型；

圖3為本發(fā)明的感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗測(cè)量裝置原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

一種感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗測(cè)量方法，包括以下幾個(gè)步驟：

步驟1：實(shí)時(shí)測(cè)量多組感應(yīng)濾波換流變壓器中電壓和電流參數(shù)；

所述電壓和電流參數(shù)包括網(wǎng)側(cè)諧波電壓U_sh、閥側(cè)諧波電壓U_2h，感應(yīng)濾波器側(cè)諧波電壓U_3h，網(wǎng)側(cè)諧波電流I_Sh，流經(jīng)閥側(cè)繞組的h次諧波阻抗的h次諧波電流I_2h；

步驟2：依據(jù)感應(yīng)濾波換流變壓器單相繞組接線原理圖構(gòu)建感應(yīng)濾波換流變壓器單相諧波等效模型；

步驟3：利用感應(yīng)濾波換流變壓器的單相繞組接線原理圖和單相諧波等效模型構(gòu)建諧波電壓、諧波電流和諧波阻抗之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型；

I_shN₁+I_2hN₂+I_3hN₃＝0

U_sh＝I_shZ_sh+I_shZ_1h+E_1h

E_2h＝I_2hZ_2h+U_2h

E_3h＝I_3hZ_3h+U_3h

U_fh＝U_3h＝I_3hZ_fh

$\frac{E_{1h}}{E_{2h}}=\frac{N_1}{N_2}$

$\frac{E_{1h}}{E_{3h}}=\frac{N_1}{N_3}$

其中，N₁、N₂、N₃分別為感應(yīng)濾波換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組、閥側(cè)繞組以及感應(yīng)濾波繞組的匝數(shù)；Z_1h、Z_2h、Z_3h分別為感應(yīng)濾波換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組、閥側(cè)繞組以及感應(yīng)濾波繞組的h次等值諧波阻抗；I_3h為流經(jīng)感應(yīng)濾波繞組的h次諧波阻抗的h次諧波電流；Z_fh為濾波器諧波阻抗；E_1h、E_2h、E_3h分別為感應(yīng)濾波換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組、閥側(cè)繞組以及感應(yīng)濾波繞組的感應(yīng)電勢(shì)；

步驟4：利用步驟1采集的多組參數(shù)代入步驟3獲得的數(shù)學(xué)關(guān)系模型中，計(jì)算得到多組諧波阻抗參數(shù)Z_1h、Z_2h和Z_3h；

步驟5：利用步驟4獲得的多組諧波阻抗參數(shù)進(jìn)行參數(shù)辨識(shí)和曲線擬合后，獲得諧波阻抗Z_1h、Z_2h、Z_3h的精準(zhǔn)值。

一種感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗測(cè)量裝置，包括網(wǎng)側(cè)電壓與電流傳感器4、閥側(cè)電壓與電流傳感器5、6通道采集單元6、12通道采集單元7以及計(jì)算機(jī)處理單元8；

所述網(wǎng)側(cè)電壓與電流傳感器設(shè)置在感應(yīng)濾波換流變壓器的網(wǎng)側(cè)繞組出線端上，且與6通道采集單元相連；

所述閥側(cè)電壓與電流傳感器設(shè)置在感應(yīng)濾波換流變壓器的閥側(cè)繞組出線端上，且與12通道采集單元相連；

所述6通道采集單元和12通道采集單元均與所述計(jì)算機(jī)處理單元相連；

所述計(jì)算機(jī)處理單元依據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量多組感應(yīng)濾波換流變壓器中電壓和電流參數(shù)進(jìn)行處理，得到諧波阻抗Z_1h、Z_2h、Z_3h的精準(zhǔn)值。

所述感應(yīng)濾波換流變壓器1的網(wǎng)側(cè)繞組采用星形接法，閥側(cè)繞組采用星形和三角形接法，且閥側(cè)繞組與換流閥3連接；濾波繞組采用三角形接法，并與感應(yīng)濾波裝置2連接。

圖1為感應(yīng)濾波換流變壓器單相繞組接線圖。圖1中，I_Lh表示換流閥所產(chǎn)生的h次諧波電流；N₁、N₂、N₃分別表示感應(yīng)濾波換流變壓器網(wǎng)側(cè)繞組、閥側(cè)繞組和感應(yīng)濾波繞組的匝數(shù)；Z_fh和Z_Sh分別表示感應(yīng)濾波調(diào)諧裝置的h次諧波阻抗和系統(tǒng)諧波阻抗；U_Sh表示電網(wǎng)側(cè)的諧波電壓源。

圖2為感應(yīng)濾波換流變壓器單相諧波等效模型。圖2中，Z_fh、Z_Sh、U_Sh與圖1中表示同樣的物理量；I_fh和I_Sh分別表示h次諧波頻率下的感應(yīng)濾波裝置諧波電流和系統(tǒng)諧波電流；Z_1h和I_1h分別表示網(wǎng)側(cè)繞組的h次等值諧波阻抗和流經(jīng)此諧波阻抗的h次諧波電流；Z_2h和I_2h分別表示閥側(cè)繞組的h次諧波阻抗和流經(jīng)此諧波阻抗的h次諧波電流；Z_3h和I_3h分別表示感應(yīng)濾波繞組的h次諧波阻抗和流經(jīng)此諧波阻抗的h次諧波電流。通過圖1與圖2可以構(gòu)建感應(yīng)濾波換流變壓器諧波電壓、諧波電流和諧波阻抗之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合參數(shù)辨識(shí)和曲線擬合的方法可以得到諧波阻抗與諧波電壓、諧波電流的關(guān)系式。

已知N₁、N₂、N₃、Z_sh、Z_fh的情況下，通過測(cè)量U_sh、I_sh、U_2h、I_2h、U_fh，由諧波電壓、諧波電流和諧波阻抗之間的數(shù)學(xué)關(guān)系模型可解得其余未知量，其中包括變壓器各繞組諧波阻抗Z_1h、Z_2h和Z_3h。

由一組采集數(shù)據(jù)可以確定對(duì)應(yīng)的一組諧波阻抗參數(shù)。通過采集多組數(shù)據(jù)得到多組諧波阻抗參數(shù)，再通過參數(shù)辨識(shí)和曲線擬合的方法，得出諧波阻抗較為精確的值。

圖3為本發(fā)明的感應(yīng)濾波換流變壓器諧波阻抗測(cè)量裝置原理圖。圖3中，1為感應(yīng)濾波換流變壓器，其網(wǎng)側(cè)繞組采用星形接法，閥側(cè)繞組分別采用星形和三角形接法，并分別與換流閥連接；濾波繞組采用三角形接法，并與感應(yīng)濾波裝置2連接；2為感應(yīng)濾波裝置；3為換流閥；4為網(wǎng)側(cè)電壓電流傳感器；5為閥側(cè)電壓電流傳感器；6為6通道數(shù)據(jù)采集單元，采集網(wǎng)側(cè)繞組的諧波電壓與諧波電流；7為12通道數(shù)據(jù)采集單元，采集閥側(cè)繞組的諧波電壓與諧波電流；8為計(jì)算機(jī)處理單元。計(jì)算機(jī)中集成了諧波阻抗計(jì)算程序，通過傳輸上來的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析計(jì)算出諧波阻抗值。這種測(cè)量方法具有精度高、穩(wěn)定性好、受工況影響程度低等特點(diǎn)。由于本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地測(cè)量出感應(yīng)濾波換流變壓器的諧波阻抗，為感應(yīng)濾波換流變壓器的諧波濾波器設(shè)計(jì)、確定諧波限值以及預(yù)測(cè)系統(tǒng)諧波諧振提供了有力依據(jù)。同時(shí)，通過分析不同運(yùn)行工況下的諧波阻抗，可以為降低感應(yīng)濾波換流變壓器諧波電流、損耗和電磁振動(dòng)，避免發(fā)生系統(tǒng)諧振等提供解決方案。