【摘 要】
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近年来,为了满足我国电力需求不断增长的需要,超/特高压直流输电技术凭借其具有“输送距离远、输送容量大”等优势,能有效解决我国能源基地与负荷中心不均衡分布的问题。然而,随着超/特高压交直流混联电网框架的成功构建,电力系统中变压器直流偏磁问题也愈发严重,一方面影响电力系统中主变压器的安全稳定运行,另一方面影响直流系统的输出能力。当高压直流输电系统单极大地回线方式运行时,产生的地电流进入变压器发生直流偏
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近年来,为了满足我国电力需求不断增长的需要,超/特高压直流输电技术凭借其具有“输送距离远、输送容量大”等优势,能有效解决我国能源基地与负荷中心不均衡分布的问题。然而,随着超/特高压交直流混联电网框架的成功构建,电力系统中变压器直流偏磁问题也愈发严重,一方面影响电力系统中主变压器的安全稳定运行,另一方面影响直流系统的输出能力。当高压直流输电系统单极大地回线方式运行时,产生的地电流进入变压器发生直流偏磁现象,此时变压器铁心过度磁饱和,励磁电流畸变,产生谐波,无功损耗增加,引起噪声和振动加剧,局部过热,系统继电保护装置动作等一系列问题。因此,本文对电力变压器直流偏磁特性和偏磁抑制措施展开了分析与研究。首先,本文从理论上分析了变压器发生直流偏磁的原因和物理机理,通过建立磁场-电路耦合的数学模型,对直流偏磁下变压器的励磁电流进行计算分析。基于PSCAD/EMTDC软件对单相变压器和三相变压器进行偏磁建模及分析,通过改变偏磁直流量的大小,研究分析了变压器在不同偏磁情况下的励磁电流及其各次谐波、铁心的磁化曲线和励磁电流总谐波畸变率等特性,同时研究了不同类型、不同容量和不同电压等级变压器的直流偏磁影响。其次,目前在分析变压器的畸变励磁电流时常用到的方法是傅里叶变换,而当变压器的励磁电流畸变不明显时使用这种方法难以有效提取谐波分量。但离散小波变换(DWT)所特有的时频窗可以依据具体信号形态进行调整,能充分展现畸变励磁电流的瞬时形态特征和频率特征,能够满足对变压器畸变励磁电流的研究,因此,本文基于离散小波变换对励磁电流中的低频分量进行识别研究,根据低频分量的信号特性初步判断变压器是否发生直流偏磁。由于卷积神经网络(CNN)分为前向传播和反向传播,而前向传播过程可以实现输入信号特征的自动提取和分类,反向传播过程可以建立信号与其对应特征之间的映射,提出了结合卷积神经网络和离散小波变换的变压器直流偏磁状态诊断方法,获取变压器原始状态励磁电流信号的离散小波变换低频分量的时间和频率表达,将其分为训练样本和测试样本;再由卷积神经网络逐层无监督自适应学习低频分量时频矩阵中不同时间和频率的能量变化特征,获取与状态励磁电流低频分量信号在本质上相关的时间和频率信息;最终由softmax分类层将其与相应状态建立映射关系,实现直流偏磁状态诊断。最后,研究分析了变压器直流偏磁的几种抑制措施,对变压器中性线串联电阻限流法、中性线串联电容隔直法、中性线反向注入直流抵消法进行了理论分析和仿真验证,通过对比几种方法的优缺点,提出了一种最优的抑制措施。
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