登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
针对分布式电源接入电网引起的直流偏磁问题,本文首先分析了直流偏磁及其形成机理;然后在此基础上重点分析了分布式电源接入电网引起的直流偏磁现象,对可能产生直流量的逆变器进行定量计算;最后根据直流量的特征,提出了几种抑制直流偏磁的基本思路和具体措施。
引言
随着能源需求问题和环境保护问题的日益严峻,清洁可再生能源的开发和利用愈来愈受到国际能源界的重视,因此,分布式发电(distributed generation, DG)获得了快速发展。分布式电源与电力系统并网运行将使得配电系统从放射状无源网络变为分布有中小型电源的有源网络,配电系统系统的控制和管理将变得更加复杂,会有一系列电能质量问题产生。许多分布式电源,如光伏发电,与电网通过逆变器连接,逆变器在参数不均衡、触发脉冲不对称等情况下,可能出现直流电流,这一直流量流入配电变压器可能造成变压器的直流偏磁。目前对分布式电源并网产生直流偏磁现象影响的讨论较少。
当流过变压器每相绕组的直流电流较大时,必然会引发铁芯饱和,从而导致励磁电流发生畸变,这就是所谓的直流偏磁现象。
本文将对分布式电源并入电网引起的变压器直流偏磁现象进行系统研究,分析直流偏磁的形成机理,直流偏磁可能对电力系统造成的危害。在此基础上,提出几种可行的直流偏磁抑制措施。
1 直流偏磁的概念及形成机理
变压器铁芯磁通φ与通入的励磁电流i成非线性关系,如图1所示。从坐标原点O到A点的一段曲线接近直线,说明磁通φ与励磁电流i近似成正比,称为线性区。A点上方的曲线(AB段)与线性区的曲线(OA段)不在一条直线上,随着励磁电流i的继续增大,磁通φ并不会随着电流的增长幅度而快速增长,这一段曲线称为饱和区。换个角度来说,当变压器工作在饱和区时,磁通的变化,会造成较大幅度的电流变化。
图1 变压器铁芯的磁化曲线
理想情况下,如果变压器铁芯工作在线性区,变压器在正弦交流励磁电流的作用下,铁芯中的磁通也按正弦规律变化,变压器绕组上感应出的电动势也是正弦波。如果变压器铁芯工作在饱和区,则变压器铁芯中的磁通与励磁电流不再成比例,磁通的变化会造成较大幅度的电流变化,使变压器的电流发生畸变。
直流偏磁是电力变压器的一种非正常运行状态,是指由于某种原因在变压器的励磁电流中出现了直流分量,从而使变压器的铁芯中包含了直流磁势或直流磁通,由此导致铁芯饱和,励磁电流发生畸变的现象。
图2 直流电流对变压器励磁的影响
在设计变压器时,为了尽量充分利用铁磁材料,一般要使变压器额定运行时主磁通φ运行于图2(b)中的线性区的端点附近(例如A点)。在线性区,磁通φ与励磁电流i成正比,铁芯中的磁通φ和励磁电流i都将按正弦规律变化,分别如图2(a)和图2(c)中的粗实线所示。在变压器正常运行的情况下,如果由于某种原因在励磁电流中出现了直流电流分量,即励磁电流i的曲线相对于坐标轴整体向上或者向下平移一个值,就会出现一个对应的直流磁通φo,则直流磁通φo和交流磁通相叠加,就形成了磁场偏移。此时的总磁通在与直流磁通方向一致的半个周波的磁通密度大大增加,而另外半个周波的磁通密度反而减小,如图2(a)中的虚线所示。与之相对应的励磁电流的波形也会发生变化,呈现正负半波不对称的情况,如图2(c)中的虚线所示。当流过变压器每相绕组的直流电流较大时,必然会引发铁芯饱和,从而导致励磁电流发生畸变,产生直流偏磁现象。
2分布式电源引起的直流偏磁
许多分布式电源,如光伏发电,与电网的连接是通过逆变器实现的。逆变器在参数不均衡、触发脉冲不对称等情况存在时,可能出现直流电流,造成变压器直流偏磁现象。下面以单相全桥逆变器为例,说明逆变器输出电流中出现直流分量的原因。
图3为单相全桥逆变电路,假设逆变器采用两电平脉宽调制(Pulse Width Modulation, 简称PWM)方式。
图3中a、b两点之间的电压为逆变器输出电压u。由电路图不难分析,逆变器交流输出侧的电路方程为:
设电网电压ug没有直流分量,又因直流分量的微分值为零,则逆变器出口的直流分量的电路方程为:
式中:udc,idc分别为逆变器输出电压和输出电流的直流分量。
因此,在系统电压没有直流分量的情况下,逆变器输出电流中的直流分量与逆变器输出电压中的直流分量成正比。如果近似用电压在一个工频周期的平均值代表其直流分量,则还可以理解为,逆变器输出电流的直流分量与逆变器输出电压的平均值成正比。
在电网电压正半周期,一个开关周期Ts内的逆变器输出电压的平均值为:
在电网电压负半周期,一个开关周期Ts内的逆变器输出电压的平均值为:
式中:ton.T1; ton.T2分别为在一个开关周期内开关器件T1,T2的导通时间。
则在一个工频周期内,逆变器输出电压的平均值为:
在理想情况下,逆变器输出电压应该是周期性的,而且是半波对称的。设一个工频周期T中包含N个完整的开关周期,而且N为偶数。在系统电压的正、负半周期,总能找到对应的开关周期,满足:
式中:k表示第k个开关周期,k=1,2,3,…N/2。
在一个工频周期T内,作用于线性阻抗(R和L)的电压的平均值为:
由式(5)~(7)可知,在理想情况下,在一个工频周期T内,作用于线性阻抗(R和L)的电压平均值为0,逆变器输出电流中应该也不包含直流分量。如果由于某些原因,使得式(6)并不总是成立,则有可能在一个工频周期T内,作用于线性阻抗(R和L)的电压平均值为:
则由式(2)可知,逆变器输出电流中就会有直流分量。
光伏发电、燃料电池等分布式电源以及蓄电池等与分布式电源配套的储能设备,与电网的连接是通过逆变器实现的。风力发电机、微型燃气轮机等分布式电源,与电网的连接是通过变频器实现的,其中也包括电网侧的逆变器环节。
对于采用SPWM调制的电路,只要SPWM脉冲序列在任何一段基波周期内的正、负伏秒积不相等,逆变器输出的PWM波形不满足对称性要求,就会造成逆变器输出电压平均值不为零,导致输出电压/电流中出现直流分量。逆变器输出脉宽调制波形不对称的原因有以下几点:(1)给定的正弦信号波中含有直流分量;(2)三角波信号中含有直流分量;(3)控制系统引起的直流分量;(4)开关特性不一致;(5)脉冲分配及死区形成电路引起的直流分量。以上几种原因中,给定正弦信号波中含有直流分量、控制系统引起的直流分量的可能性和实际影响最大,因为直流分量最易从控制系统中的调制信号发生、调节电路及反馈通道中进入,并且会被逆变器放大。
3抑制直流偏磁的措施
直流偏磁会对变压器和电力系统产生诸多影响,有(1)变压器振动加剧;(2)变压器局部过热;(3)变压器损耗增加;(4)变压器噪声增大;(5)无功损耗增大;(6)电能质量恶化;(7)系统保护误动和监测报警。需要采取技术措施对直流分量进行抑制,抑制直流偏磁的技术措施主要基于两种思路:一是限制电流直流分量的大小;一是对直流电流进行隔离。
3.1 中性点串联电阻限制直流分量
流过变压器的直流电流的大小,取决于不同变电站之间的中性点接地电位差,以及变压器中性点接地电阻、绕组和连接线路的等效电阻。因此在中性点接地线上串联限流电阻,可以有效地抑制中性点的直流电流。如图4所示。
图4 中性点串接小电阻抑制直流电流的原理
对接入的小电阻应进行全网考虑,达到既消除了直流量超标的变压器的直流偏磁问题,同时要研究中性点接入小电阻后的雷电过电压、内部过电压、对系统继电保护的影响、小电阻的参数选取原则及其保护。
3.2 中性点串联电容器消除直流分量
变压器中性点与地之间串联电容器,如图5所示,可以有效隔断直流电流以消除其对变压器的影响。不过,串联的电容器越大,价格越昂贵、占地面积也越大;同时,该方法改变了系统的零序阻抗,继电保护、自动化装置和绝缘配合等方面均需重新校核整定,在大电流冲击下还有爆炸危险,其经济性和实用性方面都有所欠缺。另外,该装置投入运行后,极有可能造成其他变压器中性点的直流电流增大,从而导致其他变压器的直流偏磁。
图5 中性点串联电容器抑制直流的原理
3.3 电位补偿法抑制直流电流
在变压器中性点与地网之间串接一个电位补偿元件,全额或部分补偿地中电流引起的交流电网各变电站接地网之间的电位差,使交流电网变压器中性点电位相同或相近。即向变电站接地网注入一定的反向直流电流,以减小或抵消通过接地网流过变压器的直流电流。其补偿原理如图6所示。其中,直流发生装置可以是整流电源,这就是电位补偿元件。限流电抗器用于限制经过直流发生装置的交流电流。
图6 中性点注入反向直流电流的装置原理
设直流电源向接地网注入的直流电流为I。与原来变压器中性点电流共同作用后,流入该接地网的电流为I-I'。此时该地网电位值为:
其中K为分流系数;R为地网接地电阻。可通过改变I来改变接地网电位。
3.4 自激补偿法抑制直流分量
如图(7)所示,自激补偿法不需要外加直流电源,直接将流过变压器中性点的直流电流作为补偿绕组的补偿电流,因此可以随着流入变压器中性点直流电流的变化而自动调节,补偿效果可以时刻保持在最佳状态。
图7 自激补偿法原理图
为保证每相补偿绕组的补偿磁动势等于变压器二次侧每相绕组的直流磁动势,要求每相补偿绕组的匝数为变压器二次侧每相绕组匝数的1/3。
除此之外,还可以通过降低变压器运行工作点、逆变器配备隔离变压器和交流输电线串联电容等方法来抑制直流分量。
4 结语
直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态,分布式电源的接入对直流偏磁有很大的影响。本文首先介绍了直流偏磁的概念及直流偏磁现象的形成机理,总结了直流偏磁对变压器和电网的危害。重点通过分析逆变器产生直流分量的原因来阐述分布式电源接入电网对直流偏磁的影响。然后提出几种抑制直流偏磁的各种技术措施。对于未来分布式电源接入对直流偏磁的影响分析有一定的参考价值。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
北极星售电网获悉,5月16日,安徽省发展和改革委员会发布答复关于虚拟电厂建设运营的相关问题。文件显示,安徽省发展和改革委员会表示从以下五个方面加强对虚拟电厂运营商的指导:一是聚焦制度体系建设,明确建立虚拟电厂建设管理机制、制定我省虚拟电厂建设规范地方标准等要求,指导运营商规范建设虚
5月18日,在湖北省咸宁市咸安区10千伏王洪线抢修作业现场,抢修人员在咸宁咸安区供电公司县调调度员的指挥下,仅用25分钟便排除了故障。2024年7月起,国网湖北省电力有限公司在咸宁试点开展了县(配)调管理提升工作。2024年8月至今年4月,咸宁供电公司配电网线路故障平均复电时长同比下降45.46%,故障
对于现代能源体系来说,传统电力系统好比一条条宽阔的“主动脉”,能源单向流动,稳定却稍显笨重。一旦遇到极端天气、设备故障,可能会“牵一发而动全身”,引发大面积停电事故。同时,随着新能源快速发展,大量风光分布式新能源涌入电网,从而导致传统电网“消化不良”,这就促使微电网应运而生,它是
5月15日,在国家电网公司分布式电源和微电网控制实验室,一排排机柜不眠不休地闪烁着灯光,百纳秒级的超高精度实时仿真计算正在快速运行着,这是中国电科院配电专业技术团队研发的世界首套有源配电网CPS仿真平台。我国城乡配电网跨越五个电压等级(220-110-35-10-0.4千伏),接入了大量分布式电源,有
“以前在工作中遇到一些复杂问题不知道如何下手,通过这次培训学到了很多实用的方法和技巧,今后一定能更好地为客户服务。”5月20日下午,来自国网大城县供电公司权村镇供电所的参培学员姜晓迪说道。当前,全员“大练兵、大比武”活动正进行的如火如荼,为深化“绿色希冀”品牌建设,优化业扩报装业务
北极星售电网获悉,5月19日,国家能源局河南监管办公室发布关于公开征求《河南新能源和新型并网主体涉网安全能力提升工作方案(征求意见稿)》意见的通知。文件提出,合规签订并网调度协议。电力调度机构根据并网主体分类差异化编制并网调度协议模板及协议所需资料清单。并网主体提出申请后,在电网公
5月18日,在湖北省咸宁市咸安区10千伏王洪线抢修作业现场,抢修人员在县调的科学精准指挥下,仅用25分钟排除故障,恢复供电。国网湖北省电力有限公司在咸宁试点开展县(配)调管理提升工作后,国网咸宁供电公司配电网线路平均故障复电时长同比下降32.86%,平均故障停电时户数同比下降63.22%。随着分布
北极星售电网获悉,5月19日,贵州省能源局发布关于公开征求《贵州省有序推进虚拟电厂发展的实施方案(征求意见稿)》《贵州省虚拟电厂建设运营管理办法(暂行)(征求意见稿)》意见的通知。到2030年,虚拟电厂应用场景进一步拓展,商业模式不断创新、更加多元,全省虚拟电厂调节能力达到200万千瓦以上
需求侧能效管理是以新能源为主体的新型电力系统必不可少的内容,它反映了更加科学的电力系统管理思路。在新型电力系统中,基于综合智慧能源系统的需求侧能效管理至关重要。其通过优化虚拟电厂、微电网等技术手段,充分发挥多能互补优势,降低综合能源服务成本,充分利用能源数据,提高需求侧能源和设备
日前,国家发展改革委、国家能源局发布《关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见》(以下简称《意见》),系统性部署了18项任务举措,为全面落实新型电力系统需求侧协同能力提升行动要求、加快推动虚拟电厂发展提质扩围提供了政策引领。近年来,我国风光新能源高速增长,在促进经济社会绿色低碳转型、保障
北极星输配电网整理了5月12日~5月16日的一周输配电政策动态。甘肃《关于开展电网公平开放现场监管工作的通知》5月15日,甘肃能源监管办发布《关于开展电网公平开放现场监管工作的通知》,甘肃能源监管办拟于2025年5月下旬至6月开展电网公平开放现场监管工作,了解相关情况,并听取意见建议。通知指出,监
北极星输配电网整理了5月12日~5月16日的一周输配电政策动态。甘肃《关于开展电网公平开放现场监管工作的通知》5月15日,甘肃能源监管办发布《关于开展电网公平开放现场监管工作的通知》,甘肃能源监管办拟于2025年5月下旬至6月开展电网公平开放现场监管工作,了解相关情况,并听取意见建议。通知指出,监
5月15日,甘肃能源监管办发布《关于开展电网公平开放现场监管工作的通知》,甘肃能源监管办拟于2025年5月下旬至6月开展电网公平开放现场监管工作,了解相关情况,并听取意见建议。通知指出,监管范围涵盖六方面。其中,在接网工程投资建设及回购情况方面,重点监管对新能源、储能等各类主体配套送出工程
北极星售电网获悉,5月15日,甘肃能源监管办发布关于开展电网公平开放现场监管工作的通知,甘肃能源监管办拟于2025年5月下旬至6月开展电网公平开放现场监管工作,了解相关情况,并听取意见建议。详情如下:关于开展电网公平开放现场监管工作的通知有关电力企业:为深入贯彻党的二十届三中全会精神,切实落
平凉市崆峒区发展和改革局公布2025年第二季度分布式光伏接入电网可开放容量相关数据,崆峒区变电站可开放容量表格显示,安国变安国变2#,安国变安国变1#,大秦变大秦变2#,大秦变大秦变1#四个变电站为红色区域,其余均为绿色。原文如下:关于公布崆峒区分布式光伏接入电网可开放容量的公告根据国家能源
5月6日,天津发改委发布2025年第二季度天津地区分布式电源接入电网承载力评估结果公告,将2025年第二季度天津市分布式电源接入电网承载力评估结果红色区域进行公告。根据附件,此次共计94个区域被纳入红区,与天津一季度分布式光伏承载力评估结果相比新增29个红区。但值得注意的是,滨海新区、和平区、
5月7日,甘肃省平凉市崇信县人民政府公布了该县分布式光伏接入电网可开放容量。截至2025年3月31日,崇信县分布式光伏可开放容量剩余54.7685MW,锦屏变锦屏变2#、锦屏变锦屏变1#两处变电站评估等级已变为红色。详情如下:关于公布崇信县分布式光伏接入电网可开放容量的公告根据国家能源局《分布式光伏发
5月6日,2025年第二季度天津地区分布式电源接入电网承载力评估结果公告。为促进天津市分布式电源科学有序发展,保障电网安全稳定运行,依据《分布式电源接入电网承载力评估导则》(DL/T2041-2019)、《关于进一步加强分布式光伏发电管理有关事项的通知》(津发改能源〔2023〕200号)等要求,现将2025年
4月23日,泉州台商投资区管理委员会科技经济发展局发布泉州台商投资区分布式光伏接入电网承载力信息的通告,文件指出,截至2025年一季度末,泉州台商投资区分布式光伏总装机容量90.1兆瓦,全区可新增开放容量共计242.45兆瓦。原文如下:泉州台商投资区管理委员会科技经济发展局关于发布泉州台商投资区
4月15日,四川凉山州发改委发布关于发布凉山州2025年第二季度分布式光伏可开放容量的通知。通知指出,截至2025年3月31日,凉山州第二季度分布式光伏可开放容量为323.05兆瓦。县市方面,数据显示只有冕宁县为红区,其余均为绿区。原文如下:凉山州发展和改革委员会关于发布凉山州2025年第二季度分布式光
4月9日,岳阳市发展改革委发布关于岳阳市2025年第二季度分布式光伏可开发容量的通知。《通知》指出,根据计算原则,国网湖南电力经营区岳阳地区各县市区分布式光伏接入可开放容量为63.71万千瓦。原文如下:关于发布岳阳市2025年第二季度分布式光伏可开发容量的通知各县市区发改局,国网湖南省电力有限
4月7日,山东汶上县发改局发布2025年4月汶上县分布式光伏10千伏公用线路可开放容量信息。根据公示信息,4月汶上县分布式光伏10千伏公用线路18个变电站,分布式电源线路可开放容量为0,分布式电源接入电网承载力评估等级为红色。2025年4月汶上县公用变电站可开放容量信息明细表
近日,国网湖北超高压公司完成武汉500千伏木兰变电站1号、2号主变压器中性点电抗器加装工作及消防升级工作,提升了主变压器抗短路能力和电网设备抗风险能力。木兰变电站位于武汉市黄陂区,是武汉天河机场等重要交通枢纽的上级电源点,也是±800千伏陕北—湖北特高压直流输电工程、1000千伏荆门—武汉特
近日,由中国电力科学研究院有限公司牵头攻关的创新成果“大型电力变压器直流偏磁和剩磁危害评估、风险防控技术及应用”通过中国电力企业联合会组织的科学技术成果鉴定。专家一致认为,项目成果在大型电力变压器直流偏磁及剩磁危害评估、隔直治理与励磁涌流抑制等方面处于国际领先水平。大型变压器是电
日前,国网湖北省电力有限公司牵头制定的《城市轨道交通直流牵引系统杂散电流及分布同步监测技术导则》全票通过电气与电子工程师协会标准审查委员会(IEEERevCom)立项审查。该标准可填补国际上轨道交通杂散电流监测领域的技术标准空白。据了解,轨道交通供电多采用直流牵引供电方式,钢轨兼做回流轨。
近日,江苏电力科学研究院牵头建设的声纹识别服务平台上线运行,为江苏全省电力企业提供声纹诊断服务,通过信号数据处理、声纹特征提取、智能算法推理等环节,准确识别声纹数据中包含的信息,协助运检人员诊断设备状态、识别设备缺陷、预测故障风险。据介绍,变压器、开关柜等电力设备在运行中会产生多
变压器等电力设备运行时产生的声学信号体现大量的状态信息,就像人的指纹一样具有辨识特征。当设备出现异常时,声纹会随之改变。据此,国网安徽电力等单位研发了声纹检测装置,能够“听”出变压器内部异常。“异常声响来自110千伏母线电压互感器电磁单元,互感器电容单元正常。”6月20日,在安徽220千
近日,国网河北省电力有限公司营销服务中心投用宽量程低压电流互感器人工检定装置,完成了90只互感器设备的检定工作,标志着国网河北电力营销服务中心具备宽量程低压电流互感器检定能力。分布式光伏发电客户在夏、冬两季容易受自身负荷波动影响,出现一次电流超过常规低压互感器量程的情况。宽量程低压
国网宁夏电力有限公司2022年第三次物资公开招标推荐的中标候选人公示(招标编号:GWWZ-NX-292203)
随着城市规模的不断扩大,城市能源消耗随之提升。为实现“碳达峰、碳中和”目标,大型城市电网必须加快新型电力系统建设。来源:北极星电力网作者:晋龙兴(深圳市供电局)目前,大型城市电网新型电力系统建设主要面临如下局面:1)能源结构改变,超高压换流站落点不断增加,分布式电源比例不断提升,
8月15日,江苏电力科学研究院变压器状态监测评估及预警技术团队成员陆云才登录变压器健康管理系统,完成了江苏全省变压器健康状态分析。在大屏前,全省5000余台变压器的在线监测数据、负荷数据、缺陷信息等清晰呈现。同时,系统自动生成运维建议,辅助专业人员“对症下药”,为迎峰度夏期间设备安全运
8月15日获悉,福建电网首个变压器声纹智能采集与识别设备日前在莆田110千伏城厢变电站投运。该变压器声纹智能采集与识别设备由福建电力科学研究院、莆田供电公司联合研制,是一种非接触式的监测装置,通过安装在变压器周边的智能声纹采集装置,获取变压器实时运行状态的声纹数据,再依托深度神经网络算
6月21日,国网江苏电科院专业人员陆云才登录变压器健康管理系统,完成了江苏全省变压器健康状态分析。在大屏前,全省5000余台高压变压器的历史检修情况、缺陷报警信息、在线监测数据等信息都被逐一清晰呈现。专业人员根据异常变压器设备信息和历史状态对症下药,分别提出加强巡视、密切关注油色谱数据
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!