三相变压器直流偏磁仿真分析

建立一种新的直流偏磁下三相三柱和三相五柱变压器的电路-磁路耦合模型,磁路模型中考虑了变压器的涡流损耗、铁芯拓扑结构及材料的饱和特性.将涡流产生的磁动势列入磁路方程,磁路方程与电路方程进行耦合,并结合铁芯的非线性特征曲线形成非线性方程组,通过求解该方程组,实现对三相三柱和三相五柱变压器直流偏磁特性的仿真分析.仿真结果证明所提模型能够准确地分析三相变压器的直流偏磁现象.     

三相多芯柱电力变压器的谐波模型研究

提出了一种基于铁芯拓扑结构的三相多芯柱电力变压器谐波建模的新方法，将三相变压器用一组电路和磁路方程来描述，选用激磁主磁通和磁动势作为联接电路方程和磁路方程的中间变量。将三相变压器的谐波建模问题归结为三相变压器激磁电流的分析和计算，详细阐述了三相三芯柱变压器和五芯柱变压器激磁电流的计算和分析方法。在该模型中用单值磁化曲线来描述变压器铁芯的饱和效应，而涡流、磁滞和杂散损耗用三个等值电阻来模拟的。作者还讨论了建立相坐标下三相变压器谐波模型的基本方法。     

基于对偶原理的三相五柱式Sen变压器准稳态模型

为了进一步研究不同铁芯结构的Sen变压器(ST)的外部特性,提出了一种基于对偶原理的三相五柱式ST准稳态模型。首先,通过分析三相五柱式ST的磁路模型,采用对偶原理建立了考虑铁芯涡流效应和磁路耦合效应的等效计算模型。其次,根据三相五柱式ST与外接系统的电气连接关系,推导了其各绕组电压和电流的电气解析模型。综合上述模型,可得磁路与电路耦合的三相五柱式ST准稳态模型。将该模型在潮流控制方面与已有文献进行比较,在故障分析方面与MATLAB/Simulink仿真模型进行比较,结果均表明了所提模型的有效性。此外,在不平衡负载功率下比较不同铁芯结构的ST的输出电流不平衡度,结果表明三相五柱式ST更适用于不平衡负载工况。     

基于对偶性原理的三相多芯柱变压器暂态模型

提出了一种基于对偶性原理的三相多芯柱变压器暂态模型；通过分析三相多芯柱变压器磁路模型并应用对偶性原理，建立了考虑电路与磁路耦合的变压器暂态计算模型，采用Jiles-Atherton铁磁磁滞模型来描述铁心模块的饱和以及磁滞效应，而涡流和杂散损耗用一个等值电阻替代，零序磁通用一个线性电感以及反映其涡流损耗的电阻代替；该模型可以计算分析直流偏磁和空载合闸等情况下变压器励磁电流以及铁心磁通等电气参数；算例分析结果与实验结果的对比证明了该模型的准确性。     

直流输电接地极电流对不同结构变压器影响研究

利用PSCAD/EMTDC软件建立系统模型,仿真了直流接地极电流对组式、三相三柱式和三相五柱式等不同结构变压器的影响。仿真结果表明：组式变压器由于具有独立的磁通回路,磁阻小,受直流偏磁影响最大;三相三柱式变压器铁芯中无直流通道,磁阻大,受直流偏磁影响较小;而三相五柱式变压器虽有磁回路,但铁芯面积比单相变压器小,受直流偏磁影响介于前二者之间。     

三相逆变器并联系统中零序环流的研究

现有的文献已经论证了在三相逆变器并联系统中,存在着零序环流的通路。然而,这些结论基本上都是在无输出变压器及忽略了三磁柱电感磁路耦合的前提下得出的。事实上,在三相逆变器中,出于体积和成本的考虑,滤波电感和输出变压器通常都采用三磁柱铁芯来绕制,由此带来的三相问磁路耦合使得三相逆变器的零序相量特性与三个单相逆变器构成的三相逆变器是完全不同的,这对三相逆变器并联系统中的零序环流也产生了很大的影响。该文基于三磁柱变压器及三磁柱电感的动态方程建立了带三磁柱电感及三磁柱变压器的三相逆变器瞬时零序分量模型。基于该模型的分析发现,三相逆变器并联系统中,三磁柱电感及三磁柱变压器的采用使得零序环流的大小和通路发生了很大的变化。仿真与实验验证了上述结论。     

直流输电接地极电流对不同结构变压器影响研究

利用PSCAD/EMTDC软件建立系统模型,仿真了直流接地极电流对组式、三相三柱式和三相五柱式等不同结构变压器的影响.仿真结果表明:组式变压器由于具有独立的磁通回路,磁阻小,受直流偏磁影响最大;三相三柱式变压器铁芯中无直流通道,磁阻大,受直流偏磁影响较小;而三相五柱式变压器虽有磁回路,但铁芯面积比单相变压器小,受直流偏磁影响介于前二者之间.     

统一潮流控制器中串联耦合变压器特性及仿真模型研究

根据UPFC系统中串联耦合变压器的功能,分析了其特殊的工作方式和特点,并给出了220 k V输电线路中串联耦合变压器的一种壳式结构方案。根据串联耦合变压器铁芯和绕组的空间几何结构,采用电路与磁路的对偶原理,将磁路模型转化为电路模型。考虑到硅钢片的非线性饱和特性,采用复数磁导率计及涡流效应,以非线性电感和电阻来等效硅钢片,分析了频率和磁导率对硅钢片等效参数的影响。基于磁路法提取漏感参数,建立了串联耦合变压器的仿真电路模型。在低压物理样机上进行空载合闸和三相不对称直流偏磁的试验与仿真计算,测量结果与计算结果基本吻合,表明了所建模型适用于串联耦合变压器暂态模拟与不对称直流偏磁特性的分析。     

三相多芯柱变压器暂态仿真新模型

在变压器等效电路基础上提出了新的三相多芯柱变压器暂态仿真模型。仿真模型由基本的电路元件构成,不需要编写接口程序,应用方便;模型结构简单,所使用的电感参数少;新的模型中漏感参数和反应铁心磁路的励磁电感参数互相独立,不涉及病态矩阵的运算,计算更为稳定。通过三相三柱式和三相五柱式变压器的磁等值回路,讨论了模型中各参数的确定方法。通过与UMEC模型的比较验证了所提模型的准确性。     

三相五柱变压器铁芯的磁通分布

就笔者所知,在现行电机学教材中(见参考书目1～4)。凡涉及三相五柱变压器铁芯的磁通分布时,均未加论证就认为边柱磁通是中柱磁通的1/3~(2/1)笔者认为值得商榷。本文参照电路的分析方法,对三相五柱变压器常用的对称于中轴的铁芯结构(绝非三相对称磁路)在正弦波形磁通及不考虑磁饱和的情况下分析的结果是:边柱磁通随边柱与磁轭的磁阻比值而变,一般均小于1/3~(1/2)其差距不容忽视,关于可能存在的高次谐波及磁路的非线性因素对磁通分布的影响,以后再继续探讨。     

用于移动变电站的三相隔离变压器的降阶模型研究

三相隔离变压器是移动变电站的关键一次设备,为在实验室环境下快速模拟该变压器的输入/输出特性,应用Arnoldi算法建立了其降阶模型。根据电磁感应定律和安培定律,搭建了三相隔离变压器的高精度电磁等效电路,得到了输入电压、电流与磁通量变化率之间的定量关系。应用分块近似方法将变压器磁芯等效为多组环形回路,得到了铁芯的磁路等效模型,并根据该模型建立了磁阻、磁感与磁通量以及磁通量变化率之间的函数关系,进而得到了变压器的状态方程。应用Arnoldi算法将状态方程进行降阶处理,建立了三相隔离变压器的降阶模型,并进行了相应的仿真与实验验证。实验结果验证变压器降阶模型的正确性和精确性。     

超高压变压器在操作波耐压试验下线圈电压分布的仿究真研

本文阐述了一个计算超高压变压器在操作波耐压试验条件下线圈中电压分布的方法。通过将各绕组线圈分割成单元建立计算等值电路。每一个单元由一条R-L-e串联支路和几条电容支路表示。感应电动势e是由铁心中的主磁通引起的。本文还建立了一个考虑磁滞和涡流效应的磁路模型,推导了广义节点方程和磁路方程。最后,本文给出一台500kV三相自耦有载调压变压器的计算实例并与实测值进行比较,结果表明本文方法可用于改善变压器绝缘设计。     

基于回路平衡方程和励磁电感的特高压变压器保护

谐波制动原理的变压器差动保护受谐波影响大,动作时间过长,难以满足特高压变压器保护的需求,针对此问题,提出了基于T型等效电路的特高压变压器保护方案。建立变压器T型等效电路模型,该模型不受变压器运行状态的影响,其参数能够唯一确定,并提出基于变压器等值回路平衡方程判据和等效励磁电感判据的保护方案。使用Matlab仿真工具,依据中国第一条特高压输电线路的系统参数搭建了特高压输电模型,分别仿真了特高压变压器空载投入、区外故障、区内故障和正常运行的各种工况,验证了所提出的保护方案在特高压输电系统中运用的可行性。该保护方案不受励磁涌流的影响、动作速度快、灵敏度高。     

经济型三相饱和铁芯故障限流器

故障限流器是限制高压电网短路故障电流的有效措施。由于高压故障限流器存在限流器是单相结构、励磁容量大、损耗高、体积大和成本较高等问题,提出了一种经济型三相饱和铁芯故障限流器结构。该结构采用三相共用铁轭方式,能有效限制电网的各种短路故障电流,具有永磁体涡流损耗小、永磁体可靠性提高、铁芯磁性材料和永磁体用量小等显著优点。首先介绍了经济型三相饱和铁芯故障限流器的工作原理,建立其等效电路和磁路模型。其次采用有限元方法分析了经济型三相饱和铁芯故障限流器各种状态的阻抗特性和磁场分布特性。最后设计并研制出限流器小容量试验模型,开展了试验研究。仿真和试验结果均证明了文中所提出方法和结构的可行性和有效性。     

基于电路-磁路耦合的感应型滤波换流变压器仿真与验证

感应型滤波换流变压器是一种利用变压器耦合绕组的安匝平衡作为滤波机理的变压器,为了研究其内部磁通链的耦合关系,建立电路-磁路模型很有必要。以绕组的连接方式为基础,建立了电路和电磁感应模型,以铁芯和绕组的空间几何结构为基础,考虑铁磁材料中的涡流效应,建立了磁路模型。铁芯的非线性磁阻用集总参数模型表示,并用微粒群优化(PSO)算法进行优化,最后以感应型滤波换流变压器的实际设计参数为依据,对感应型滤波换流变压器的滤波绕组接入滤波器前后的一次绕组电流和励磁电流进行了仿真对比。动模实验验证了所建模型的正确性与准确性。所建模型为感应型滤波换流变压器的阻抗设计提供了理论依据,并对正确分析感应型滤波换流变压器的运行性能具有重要意义。     

基于PSD-BPA批处理计算方法的电力系统关键设备故障短路电流累积效应计算

目前实际生产中尚缺乏有关电力系统关键设备(变压器、断路器等)短路电流累积效应的计算方法。针对此现状,提出了一种基于PSD-BPA程序包的批处理计算方法。该方法依据实际故障发生时间、故障类型及系统运行方式,批量计算系统的故障短路电流累积效应。该计算模型已应用于江苏电网。最后,提出了在电力系统应用的图形化显示设想。根据各设备历史故障电流累积效应来排序,提供设备状况预警和设备检修优先策略,将有助于改善电网安全稳定运行状况。     

变压器环形铁芯建模和剩磁测量

大型电力变压器进行空载合闸操作时,铁芯中的剩磁可能会引起励磁涌流,导致变压器无法正常投入运行。文章介绍了一种新的分析和测量剩磁的方法,该方法是在外加正反向直流电压激励的基础上实现的。通过分析剩磁产生的原理,建立了基于Jiles-Atherton磁滞理论模型的变压器环形铁芯仿真模型。在环形铁芯绕组上先后施加大小相等方向相反的直流电压,可以得到两个不同的响应电流,结合场路暂态分析,可以判断剩磁的方向,并且找到响应电流和剩磁之间的关系。该方法可以在对变压器铁芯中原有剩磁影响不大的情况下准确测量剩磁的大小和方向。通过自主搭建的实验平台对环形铁芯中的剩磁进行了测量,验证了仿真结果的合理性。     

基于漏磁场和ICOA-ResNet的变压器绕组早期故障诊断

针对变压器绕组变形、轻微匝间短路故障诊断准确率低的问题,提出一种变压器绕组早期故障诊断方法。首先,利用ANSYS仿真软件建立与实验变压器相关参数一致的有限元模型,分析变压器在绕组发生各种故障的漏磁场分布规律,并根据这些规律选取合适的故障特征以及光纤漏磁场传感器安装位置。然后,通过改进长鼻浣熊优化算法(improved coati optimization algorithm, ICOA)寻找残差神经网络(ResNet)的最优超参数,以此参数构建ICOA-ResNet模型,将所得故障特征量输入模型进行故障诊断。最后,通过仿真数据和动模实验验证所提出的变压器绕组早期故障诊断模型的可行性。所提模型与支持向量机等4种模型相比,在绕组早期故障诊断上有更高的准确率,表明所提方法对变压器绕组变形、匝间短路故障诊断的有效性。     

可直接分析与计算的变压器等效电路模型

针对电网中不同电压等级网络间分析和计算方法复杂,不能进行直接分析与计算的问题,依据电路的网络理论,提出了一种含理想运算放大器的变压器等效电路,采用理想运算放大器实现受控源的方式,建立了变压器工程化模型电路,并对电路的网络方程进行了理论推导和电路的模型进行了仿真.仿真结果表明,该工程化模型不但能模拟等效变压器电路,而且电路方程也满足变压器的网络方程,从而在含有变压器的电网中实现了不同电压等级网络间的直接仿真分析与模拟计算.