感應濾波理論及其在直流輸電中的套用研究

《感應濾波理論及其在直流輸電中的套用研究》是依託湖南大學，由李勇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：感應濾波理論及其在直流輸電中的套用研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李勇
• 依託單位：湖南大學

中文摘要

本項目針對目前直流輸電諧波抑制方法存在的局限性及相關的電能質量問題，研究一種新穎的感應濾波技術及其濾波機理，並進一步探究套用於直流輸電時的技術特性及其內在作用機制。在基礎理論研究環節，基於超導閉合迴路磁鏈守恆原理和磁勢平衡原理，通過理論解析表達以揭示感應濾波的工作機理；基於電磁有限元分析理論和基本的電路原理，深入研究感應濾波的電磁特性及其作用機制；引入系統靈敏度理論，精確辨識實際複雜影響因素中主導感應濾波性能的關鍵阻抗參量。在理論套用研究環節，提出多種具有新型拓撲結構的感應濾波換流器；並通過構建統一化的以基波和諧波阻抗特徵為表達方式的等值電路解耦模型和諧波傳遞數學模型，從理論上揭示感應濾波遏制直流輸電諧波傳播路徑、抑制直流輸電諧波不穩定等技術特性的內在作用機制。研究成果將深化感應濾波的技術理論並拓寬感應濾波的套用領域，對於積極推動電力濾波技術和直流輸電技術的發展具有重要的科學意義。

結題摘要

本項目圓滿地完成了既定目標，在理論研究與成果發表兩方面均取得了一定的突破，在國際上獲得了廣泛認可與高度評價。迄今，在SCI收錄的國際權威與重點期刊發表相關學術論文12篇，其中，有8篇發表於相關領域的國際頂級期刊，如《IEEE Transactions on Power Electronics》和《IEEE Transactions on Industrial Electronics》；出版英文專著1部。具體地，本項目取得的主要研究成果包括：（1）從理論上揭示了感應濾波的工作機理與電磁特性。提出了一種套用“超導”閉合迴路磁鏈守恆原理和磁勢平衡原理對感應濾波的工作機理進行理論分析的方法。研究發現，就本質而言，感應濾波充分利用了變壓器固有的安匝平衡特性，通過構建特定次諧波頻率下的“超導”迴路線圈，實現對特定次諧波電流與換流變壓器網側繞組及交流電網的隔離與禁止；就表現形式而言，感應濾波的實施抑制了特定次諧波頻率下變壓器鐵心中的磁諧波磁通，這有利於從根本上改善諧波對換流變壓器造成的諸如絕緣、損耗、振動等危害。（2）建立了基於感應濾波的直流輸電諧波傳遞數學模型，提出了基於感應濾波的直流輸電新型換流站的等值電路和諧波傳遞解析數學模型建立方法。統一化的等值電路及相應數學模型的建立，為深入開展感應濾波對直流輸電諧波特性及其它技術特性的研究奠定了理論基礎。（3）從理論上揭示了感應濾波具有的閥側繞組無功補償的優越特性；得到了計及無功補償度的新型換流變壓器及其感應濾波系統等值阻抗表達式，通過頻率掃描法對其阻抗頻率特性進行了研究，引入諧波參與因子，定義並詳細研究了感應濾波對換流器等值換相電抗的影響。研究工作揭示了感應濾波在無功補償方面的優越特性：等值換相電抗降低，直流輸電各自控制模式下的無功消耗均較電流源型換流器低；動模試驗結果驗證了相關的研究結果。（4）揭示了逆變狀態下感應濾波增強換流器穩定運行能力的機理。通過對正常運行、對稱性故障運行以及非對稱性故障運行下，感應濾波的實施與否對逆變器換相特性的影響進行了機理性的研究，揭示了感應濾波在提升逆變器關斷角裕度、降低逆變器換相失敗機率、進而提升逆變器穩定運行能力方面具有的優點。（5）對感應濾波在工業直流系統中的工程實踐進行了研究。對感應濾波套用於直流415V/22kA，交流35kV/10080kVA整流系統的工程進行了測試研究，驗證了理論成果的正確性。