谐波抑制和无功补偿一直以来都在交直流电能变换领域中占据非常重要的地位,传统的解决方案是在交流网侧安装滤波器,谐波电流从阀侧经换流变压器传递至网侧滤波,这只能减轻谐波对电网的危害,却无法改善谐波对换流变压器本体所产生的不利影响,如损耗增加,振动和噪声加剧等。感应滤波技术是一种基于变压器谐波磁通抑制机理的新型谐波抑制技术,能够在阀侧谐波源处就近抑制谐波和补偿无功,从根本上解决谐波和无功对换流变压器所产生的不利影响。本论文首先对应用于工业整流系统的一种感应滤波整流变压器及其滤波系统的运行特性进行分析,然后提出一种具有独特拓扑结构的集成多绕组感应滤波换流变压器及其滤波系统,并对其展开运行特性和电磁特性的研究,主要包括以下几个方面:(1)对感应滤波技术的工作机理和实现条件进行分析,着重研究了一种应用于工业整流系统的感应滤波整流变压器及其滤波系统的运行特性。建立了感应滤波整流变压器及其滤波系统的数学模型,推导了变压器网侧绕组电流与阀侧和滤波绕组电流之间的关系特性方程,据此研究了新系统的谐波抑制机理和无功补偿特性。仿真和实验结果表明,新型工业整流系统谐波抑制和无功补偿效果显著,整流变压器网侧绕组电流中谐波含量大大降低;改变了谐波和无功功率在系统中的传递路径,从而降低了系统谐波和无功损耗,提高了系统供电效率,实现了节能降耗。(2)提出一种应用于背靠背换流站的具有独特拓扑结构的集成多绕组感应滤波换流变压器及其滤波系统,对其运行特性进行研究。建立了双三角形滤波绕组并联拓扑结构的感应滤波换流变压器及其滤波系统的数学模型,推导了换流变压器各绕组电流之间的关系特性方程,据此对新系统的各次谐波传递路径和无功补偿特性进行分析。仿真和实验结果表明,将两个零等值阻抗设计的三角形滤波绕组并联不用安装相应的滤波器就可以抑制12k-512,k-7(k(28)1,2,3,(43))次谐波电流;并联抽头处连接11、13次全调谐滤波器可以实现11、13次谐波电流的抑制;两个三角形滤波绕组可为三次谐波提供超导体闭合回路,阻止其向网侧绕组传递。(3)建立了集成多绕组感应滤波换流变压器及其滤波系统的场路耦合模型,据此对感应滤波换流变压器的电场特性、磁场特性、绕组电磁力特性和铁心损耗特性进行分析。研究结果表明,感应滤波的实施抑制了变压器的谐波磁势,改善了变压器铁心内部电磁环境,充分发挥了变压器的内部电磁潜能,有利于从根本上改善谐波对变压器的危害,如损耗、振动和噪声。(4)对换流变压器直流偏磁的工作原理进行分析,研究了直流偏磁下集成多绕组感应滤波换流变压器及其滤波系统的谐波双向抑制机理,建立考虑变压器铁心饱和效应的感应滤波换流变压器的直流偏磁仿真模型,对直流偏磁下换流变压器的谐波分布特性进行分析;建立直流偏磁下感应滤波换流变压器的场路耦合模型,对其直流偏磁下的电磁特性进行仿真研究。仿真结果表明,感应滤波换流变压器各绕组的漏磁分布得到了极大改善,各绕组所受电磁力大大降低,有利于降低直流偏磁下换流变压器的绕组振动和噪声污染。(5)利用ANSYS有限元仿真软件建立集成多绕组感应滤波换流变压器的有限元仿真模型,对其绕组振动模态进行分析,结果表明变压器绕组结构设计合理不会由于基波或特征次谐波激励而造成共振;提取前面的电磁力计算结果,采用瞬态动力学与有限元分析方法相结合对感应滤波换流变压器的振动特性进行仿真研究,结果表明,变压器内部电磁环境得到极大改善,绕组振动降低。