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会员 基于 ATP-EMTP 的并网式光伏电站变压器和应涌流现象分析
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摘要
变压器空载合闸时产生的不对称磁通会导致励磁电流出现涌流现象,随着新能源渗透率的不断提高,大量电力电子设备的接入,必然会对系统的正常工作状态造成一定的影响[1]。光伏发电系统分为离网发电、并网发电、风光互补发电以及光储互补发电等模式,其中并网式又分为配电侧并网与输电侧并网两种方式[2]。 输电侧并网光伏电站经升压变压器入网,由于变压器铁芯材料具有非线性特性,电压变高会导致变压器的等效电感数值上急剧减小,励磁电流将会很大[3][4]。考虑输电侧并网点电压一般为10kV、35kV或110kV,电流单向流动,安装功率较大,采用的大型变压器电阻较小,电抗较大,涌流衰减时间较长,变压器需能克服前端系统不可避免的谐波分量,以及并网系统运行中的变压器投切动作带来的励磁涌流现象[5][6]。而实际上,光伏电站中有许多并联运行的变压器,在变压器进行空载合闸时,不仅合闸变压器存在励磁涌流,与之并联运行的变压器也会产生涌流现象,称为和应涌流[7]。在另一变压器正常工作时,和应涌流波形特征并不明显,但会进一步增加谐波含量,对逆变器的控制部分、差动保护以及电网的稳定运行造成一定的影响[8]。文献[9]对比分析了常用的变压器励磁涌流的抑制措施,但没有验证相邻变压器合闸场景下抑制措施的有效性。文献[10]认为光伏并网系统中大量电力电子设备的使用严重改变了电网谐波特性,分析变压器和应涌流在光伏场景下对电能质量的影响具有重要意义。文献[11]提出通过采用减少光伏面板使用数量、减少电力电子开关数量以提高输出电能质量,但没有考虑光伏场景下变压器合闸对多电力电子设备场景造成的影响。为充分保证系统的平稳运行,推进新型电力系统建设的加速转型,研究光伏场景下相邻变压器空载合闸产生的和应涌流具有一定意义。 本文详细分析了变压器和应涌流产生机理,介绍了常用的涌流抑制措施,并指出在光伏并网场景下相邻变压器空载合闸造成的和应涌流现象对逆变器控制部分影响较大,输出的电流中谐波进一步增加且有持续存在现象,对相邻变压器磁通的处理可以影响主变压器磁路,进而影响主变压器的涌流现象。最后在基于ATP-EMTP电磁暂态仿真平台ATPDraw上搭建光伏并网模型,验证了光伏场景下的涌流现象以及三相变压器的涌流抑制措施在光伏场景下和应涌流的有效性。
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