连通拓扑组合状态有载调压原理与应用研究

传统的有载调压方法是采用机械有载分接开关调压。该方法的装置制造简单、成本低,目前,在国内外电力系统中普遍采用。随着社会的发展和用电量的迅速增长,电网规模不断扩大、网络结构越来越复杂,这种机械分接开关有载调压方法已经不能完全满足现代电网的安全和经济运行的要求,而且暴露出明显的弊端,其中,有三个固有的缺陷难以消除:①在分接头切换过程中产生电弧,导致机械触头烧损和变压器绝缘油介质极化;②分接开关的动作速度慢,调压响应时间长,容易错档、错位,不能进行动态调压,而且故障率高,维护量大;③机械开关动作时间具有分散性使调压时刻无法准确控制,不可能实现多台变压器同步控制,而且在调压过程中可能出现过渡过程,甚至出现错档、错位现象,对电网的安全运行带来不利的影响。 改进方法有两种:电力电子开关辅助机械有载分接开关调压法和电力电子开关直接替代机械有载分接开关调压法。前者虽然可以基本解决机械触头燃弧问题,但调压响应速度和调压控制的准确度并没有提高,机械传动机构的故障率也没有降低,加上该装置制造成本较高,因而它的应用受到了限制。后者虽然可以提高调压响应速度和降低故障率,但这种方法使用的电力电子开关器件数量多,体积大,成本高。加上,目前单个大功率电力电子器件的耐压水平还不能满足直接用于中、高电网的要求,在简化调压系统的结构、减少电力电子开关器件的数量、降低对电力电子器件的耐压水平要求、降低成本等方面,还有许多问题需要解决。 本文针对现有的有载调压方法存在的问题,着重论述和总结了本人几年来在配电网有载调压领域,试图有效地解决这些问题、寻求新的有载调压方法方面所作的有创新性和有特色的研究工作。这些工作主要反映在以下几个方面: (1)提出了一种基于连通拓扑组合状态原理的无触点有载调压方法,该方法采用兼顾电力电子器件耐压水平和调压绕组数的编码规则,建立了调压状态与调压绕组的组合关系,将现有技术一个调压绕组数对应一个级电压,改进为一个调压绕组对应多个级电压,通过状态组合,由较少的调压绕组组合成较多的调压状态,从而减少调压变压器的抽头数,简化系统结构;采用了连通拓扑连接调压绕组技术,从结构上避免了调压绕组在调压状态组合时出现环流; (2)本文提出了基于连通拓扑组合状态原理的“臂-桥”型和“源-宿”型电力电子开关结构,可以在保证电力电子开关器件的耐压水平和工作条件的前提下,减