寄生参数效应的共模扼流圈集中参数建模

为分析传导EMI用共模扼流圈寄生参数的效应和预测EMI滤波器的高频特征,需要建立其寄生参数的模型,为此提出了基于阻抗测量实现共模扼流圈集中参数的建模方法,模型包括共模电感、漏感、绕组寄生电容等参数。基于阻抗测量,阐述求解寄生电容的基本原理;运用电路等效原理,将磁心的损耗等效为电阻的损耗,经适当简化,该电阻仅是频率的函数,将非线性的磁心损耗用一个与频率有关的电阻元件来等效,适合于电路的设计和仿真。最后通过样品实验,用所提出的方法建立了共模扼流圈的高频模型。     

共模扼流圈饱和效应分析及动态电感计算

研究了差模电流激励下的共模扼流圈磁饱和效应.建立了共模扼流圈的有限元分析模型.共模扼流圈三维磁场分布的仿真计算结果显示,磁芯中差模电流激励的磁通并没有完全抵消,仍有少量漏磁存在.这些漏磁增加了磁芯的磁通密度,并导致磁芯部分饱和.为得到共模扼流圈在磁芯部分饱和情况下的共模电感值,借助有限元数值分析,给出了求取共模扼流圈动态电感的计算方法.最后设计了测量差模电流激励下共模扼流圈动态饱和电感的实验,仿真计算与实验测量结果吻合较好,表明所提出的共模扼流圈动态电感的计算方法是有效的.     

基于阻抗测量的共模扼流圈高频建模

共模扼流圈是EMI滤波器的核心元件,它的高频特征极大地影响了EMI滤波器抑制传导EMI噪声的性能,有必要建立共模扼流圈的高频模型,以便更准确地评估和预测EMI滤波器的性能.本文提出了基于150kHz～30MHz频率范围内的阻抗测量实现的共模扼流圈高频建模方法,并通过一个实例给出了它的高频集总参数模型,该模型包括了共模电感、差模电感、寄生绕组电容和等效的损耗阻抗等参数.最后通过比较共模扼流圈插入损耗的测量结果和仿真结果,证实了本文所提出的共模扼流圈高频建模方法.     

考虑电缆和架空线参数频变特性的直流电网阻抗建模

直流电网的故障特性可通过分析电网阻尼的方式获取,但传统电网阻抗建模往往忽略线路参数的频变特性,建模结果无法准确反映电网阻尼特性。为对比分析电缆和架空线直流电网故障电流特性的差异,文中首先基于矢量拟合提出一种考虑线路参数频变特性的直流电网阻抗模型。接着,基于此模型的幅频特性,对比分析电缆与架空线直流电网故障电流时延、初始上升率和幅值的差异,并研究改变电网关键参数对2种电网故障特性的影响。所提模型阻尼特性与依频模型直流电网扫频结果相比,均方根误差低于0.6,准确性高于简化模型。最后,基于对称单极双端系统极间短路故障进行仿真。结果表明：桥臂电感值增加时电缆直流电网故障电流上升率比架空线高24.96%,验证了电缆直流电网故障电流对感性关键参数变化更敏感的结论。     

一种快速准确计算共模扼流圈动态电感的方法

共模扼流圈是通信线或电源滤波的重要组成部分,其对共模干扰信号的抑制起关键作用。实际应用中,扼流圈内同时存在差模电流和共模电流,当差模电流较大时,不同数值的差模电流致使磁心不同程度的饱和,对应磁化曲线工作点进入非线性区,从而使得共模动态电感数值减小、扼流圈共模干扰抑制能力降低。为快速、准确计算非线性情况下动态电感以评估扼流圈干扰抑制能力,根据场量对称关系建立共模扼流圈简化模型,通过有限元方法计算并提取不同差模电流下线圈电流与磁链的关系,利用Simpson数值微分公式计算磁心不同饱和程度下共模扼流圈动态电感。结果表明:所建简化模型相对全模型计算速度提升4～5倍,同时相比传统向前差商法或中心差商法,其计算结果稳定性高、精度高。     

考虑参数频变特性的风机塔体雷电暂态计算

为了采取有效的防雷保护措施,在考虑参数频变特性的条件下,提出了计算风力发电机组塔体雷电暂态响应的数学模型。将塔体用网格线进行划分,划分后的每一段导体等效为一个耦合的π型电路,推导了计算电路中阻抗和电容参数的公式。在频域中建立了塔体的网络方程,通过求解方程得到塔体雷电暂态响应的频域解。运用指数采样的傅立叶反变换求取了暂态响应的时域解。将计算结果与文献中实验值进行比较的结果表明,二者基本符合。分析了雷击点及雷电流的波形等对塔体雷电暂态响应的影响,结果表明,雷电流的波前越小,塔体的暂态响应波形陡度越大;雷电流从多点注入时支路电流的幅值低于从一点注入情况下的电流值。该计算结果可为风电系统的防雷设计提供依据。     

考虑漏感频变特性的三相立体卷铁心变压器建模及分析

针对一种宽输入电压范围双向逆变电源,可采用磁集成方法提高其功率密度。与传统三相平面叠铁心变压器相比,立体卷铁心变压器具有磁路对称、重量轻等优势,该文拟开展PWM非正弦激励下考虑漏感频变特性的立体卷铁心变压器建模相关研究。首先,基于Foster频变磁阻模型,提出一种考虑漏感频变特性的立体卷铁心变压器模型,通过全局优化算法计算模型参数;其次,针对级联H桥组合式DC-AC拓扑的典型工作点,分析了PWM非正弦激励的谐波特征,重点关注不同H桥之间各次谐波的相对相位关系,给出简化等效电路;最后搭建逆变电源试验平台,开展了稳态和动态试验,验证了模型的准确性。     

考虑线路参数频变特性的小波域行波信号奇异性增强方法

分析了线路参数的频变特性,计算得出行波衰减系数和波速度随频率的变化规律,当行波传输距离增加时,行波波头会发生畸变,行波信号的奇异性会降低,给精确确定波速度和行波到达时间带来了困难,从而降低了行波测距精度。在此基础之上,从行波的传输理论入手提出一种基于线路参数频变特性的小波域行波信号奇异性增强方法,利用卡森公式求出一定频带内行波信号的传播系数,在频域计算得到行波校正函数,在小波域利用快速傅里叶变换对畸变后的行波波头进行补偿,消除或减弱了行波传输中的色散效应,增强了行波信号的奇异性,提高了行波故障测距精度。仿真实验表明,该方法可使现有行波测距法的测距精度得到有效提高。     

考虑频变参数补偿算法的长线距离保护

特高压长距离输电线路的测量阻抗与故障距离不成正比,并且故障暂态过程中谐波丰富,只有计及频变参数的影响,长输电线路距离保护才能够正确地反映故障点位置.为此,根据传输线路方程,在分布参数模型的基础上构造补偿矩阵,利用有限脉冲响应滤波器描述线路频变参数特性.实际应用中,新的距离保护原理由保护安装处的测量电压和电流,利用长距离传输线路精确数学模型计算整定点处的电压和电流,并以此为观测点构造距离保护.仿真结果表明,所提出的算法能够在时域里快速、准确地识别故障位置,有效提高了长线距离保护的性能.     

电磁轨道炮的电路建模及参数特性分析

利用非线性暂态电路仿真计算分析了电磁轨道炮系统的几个参数对系统性能的影响特性,包括脉冲功率电源的电容值及时序触发时间、调波电感及其电阻值、续流二极管和晶闸管电阻、轨道的电阻梯度和电感梯度参数等,系统性能指标为电枢加速时间和出口速度.在参数灵敏度分析的基础上,设计了一个电磁轨道炮系统.     

计及寄生参数效应的铁氧体共模扼流圈二端口网络的建立

共模扼流圈的寄生参数在高频时对滤波器的性能有重要影响,准确建立其对应的差模和共模二端口模型对设计电磁兼容滤波器以及改善其性能具有重要意义。对差模电路,通过建立静电场模型并计算匝间部分电容可得到等效寄生电容,进而获得二端口内各支路的电容参数;测量其谐振频率,可得到差模漏电感。对共模电路,通过建立时谐磁场模型,采用类比有限元法可求解磁心等效电感和电阻;测量其谐振频率,可得到考虑环境因素后的寄生电容。测量扼流圈二端口在输入、输出匹配状态下的散射参数,间接得到滤波器差、共模电路对应的二端口网络各支路的阻抗或导纳。散射参数法的测试与"谐振频率+有限元法"建立的阻抗取得较好的一致,说明模型的准确性和测试方法的合理性。     

考虑非线性特性的剩余电流互感器建模及其输出调理电路参数设计

随着漏电断路器应用场景的不断扩展,用电设备故障时产生的剩余电流呈现非正弦特征,直接影响漏电断路器的动作特性。该文针对电磁式漏电断路器中的剩余电流互感器(residual current transformer,RCT)及其信号调理电路开展了研究。首先,分析剩余电流互感器的工作特点,建立考虑铁心饱和特性和磁滞效应的RCT仿真模型,可精确仿真RCT在各种工况下的传输特性,并能对非正弦大电流下的传输特性进行仿真;其次,对RCT输出信号调理电路进行研究,提出基于并联谐振原理的补偿电容参数设计方法,并分析补偿电容的容差特性对输出电压的影响,在谐振条件下RCT输出特性受外界因素影响最小。最后,通过仿真与实验测试结果对比,验证RCT传输特性仿真模型及补偿电容对输出电压的影响。     

考虑磁路饱和的IPMSM电感辨识算法及变参数MTPA控制策略

内置式永磁同步电机(IPMSM)d、q轴电感会随着磁路饱和程度的不同而发生改变,这会降低最大转矩电流比(MTPA)控制的有效性。考虑到定子电流引起的磁路饱和及交叉饱和效应的影响,提出了相应的d、q轴电感辨识算法和变参数MTPA控制策略。采用基于旋转高频电压注入的d、q轴电感辨识算法可在其他电机参数未知的前提下得到不同负载条件下的d、q轴电感;变参数MTPA控制策略能够充分利用标幺值化处理的优势,在转矩-最优电流控制表不变的基础上,只需根据实际d、q轴电感更新电流基值和转矩基值便可克服电感变化带来的不利影响,并实现一定转矩条件下的最佳MTPA控制。最后在电机控制实验平台上通过实验对提出的电感辨识算法和变参数MTPA控制策略的可行性和有效性进行了验证。     

考虑频变参数的高压直流输电线路距离保护

提出了一种基于频变参数模型的高压直流输电线路距离保护方法。该方法的主要原理是将线路的频变参数特性用补偿矩阵表征,从而将频变参数模型传输矩阵分解为理想分布参数模型传输矩阵与补偿矩阵的级联,并在实际应用中将该补偿矩阵用有限冲激响应（FIR）滤波器实现。在此基础上,用保护安装处的电压电流准确地计算保护整定点处的电压电流;然后,以整定点为观测点,通过解时域微分方程求得故障距离。所述算法提高了直流线路末端故障的测距精度,容易在时域实现且动作快速,显著改善了高压直流输电线路距离保护的动作性能。     

考虑频变参数的交联聚乙烯电缆中局部放电传播特性的时域分析

为研究电力电缆中局部放电脉冲的传播特性,并综合考虑导体集肤效应和半导体层等因素的影响,总结了单芯交联聚乙烯(XLPE)绝缘电力电缆的频变模型。为进一步将该模型应用于时域分析中,使用矢量拟合方法对解析模型进行有理化近似。在拟合结果的基础上,提出了等效的Г型集总参数电路模型。基于该电路模型对具有不同复介电常数半导体层的中压XLPE电缆进行仿真,并与采用ATP中改进的J-Marti模型计算结果进行了比较,同时还对Gauss型和不对称型两类放电脉冲的传播特性进行了研究。计算结果表明:电缆中的高频局部放电脉冲幅值具有较强的衰减;在色散因素的影响下,Gauss型脉冲会产生不对称现象;所述模型能够对电缆中的局部放电传播特性进行分析,为电力电缆的局部放电检测带宽和故障诊断提供参考。     

考虑土壤频变特性的接地装置频域矢量有限元模型

发、变电站及输电线路的接地装置是保障电力系统供电可靠性的重要基础设施,准确计算接地装置的频域特性可为合理设计接地系统提供理论依据。为此,通过引入Visacro-Alipio土壤参数频变公式,采用麦克斯韦全波方程建立了计及土壤频变特性的接地装置频域矢量有限元模型,并采用空间坐标变换法处理了模型中无穷散流空间与有限计算资源之间的矛盾;基于提出的模型和方法,对接地网进行了仿真计算,并将计算结果与现场试验及国际公认软件包CDEGS的计算结果进行了对比,验证了该模型在低频及高频注入电流作用下计算的准确性。结果表明:空间坐标变换算法的引入,使得该模型在保障计算精度的基础上降低了计算量;考虑土壤参数频变性时,接地参数明显低于不考虑时的情况;当注入电流频率低于2 MHz时,"电感效应"起到主导作用,接地电阻随着注入电流频率增加而增大;当注入电流频率高于2 MHz时,接地参数随频率增加而基本稳定,土壤电参数的频变特性使得"电感效应"导致的接地电阻随频率增加而近似线性增加的现象有所缓和。     

考虑频变特性的大型变压器绕组VFTO分布计算

在有限元软件基础上得到不同频点下变压器绕组的复电容,进而确定变压器绕组分数阶模型中的导纳参数。并将简化后的变压器绕组分数阶模型用于大型变压器绕组VFTO分布计算。     

考虑磁场频率特性的变压器共模EMI宽频建模方法

变压器是隔离型变换器的关键共模噪声路径,与传导和辐射电磁干扰(electromagnetic interference,EMI)性能紧密关联。现有变压器EMI等效电路建模方法对多层交错绕组的宽频共模特性缺乏准确预测能力,文中针对该问题分析了变压器共模噪声路径对电感参数的敏感性,以及现有电路结构不适用于交错绕组的原因,提出一种改进型建模方法。通过磁场仿真提取电感频率特性参数,使模型能够反映变压器的宽频磁场特性。同时,通过改进等效电路结构,正确表示共模噪声路径和绕组电势分布。以绕线式变压器为对象,S21参数为变压器共模EMI性能的评估方法,实际测量与电路仿真结果在150k Hz～100MHz具有较好一致性,表明改进型建模方法能够在宽频段准确预测、评估变压器的共模性能和谐振尖峰,扩展了现有模型的适用范围。