基于多物理场耦合方法的变压器绕组振动仿真与试验研究

为了研究电力变压器绕组的振动特性,针对S11-M-500/35型变压器,基于多物理场耦合仿真的方法,建立了电力变压器三维仿真模型,对电力变压器电场、磁场和结构力场进行耦合仿真.仿真得到变压器在一次侧通过额定负载电流的情况下,二次侧的电压、电流值,铁芯、绕组的磁场分布以及变压器器身的振动值.为了验证仿真模型的准确性,针对变压器样机进行额定负载试验,并测试变压器器身的振动信号.分析表明,仿真结果与试验数据吻合良好,为变压器的优化设计和故障诊断提供了依据.     

匝间短路故障下电力变压器绕组的物理特征分析

电力变压器绕组匝间绝缘状态与其安全运行水平密切相关,揭示单匝短路故障时绕组的多物理场特征有利于获取匝间绝缘状态信息,以避免设备损坏事故的发生.针对在实际试验研究中变压器绕组单匝短路系列故障设置困难问题,采用ANSYS Electronics Desktop有限元仿真软件建立与实际变压器一致的"场-路"耦合模型,并导入W...     

变压器匝间短路故障工况下的漏磁特性分析

针对变压器差动保护和重瓦斯保护无法灵敏和快速判别变压器轻微匝间短路故障的问题,研究了变压器正常运行与不同匝间短路情况下的漏磁分布特性。首先,推导了变压器绕组在空间中的磁密分布公式,分析了变压器正常运行时的轴向漏磁分布对称性规律;然后,搭建了“场-路”耦合110 kV三相变压器三维模型进行仿真验证,分析变压器在正常运行、不同故障绕组、不同匝间短路位置下的漏磁分布规律。最后,基于理论分析和仿真验证,提出了变压器内部漏磁传感器的布置方案,为基于漏磁信息的匝间短路故障辨识提供依据。     

基于多物理场耦合的变压器噪声及降噪措施研究

随着电压等级、变压器的容量以及数量的不断提升,变压器的噪声污染日益严重,采取有效措施降低变压器噪声已迫在眉睫。基于有限元仿真平台搭建了110 kV系列变压器模型,采用电-磁-力-声多物理场耦合的方法对不同容量变压器的声压级分布以及应力分布情况进行仿真分析,揭示了不同容量变压器噪声与磁通密度、磁致伸缩效应等参数的关系,依据所得结果提出了基于改进变压器铁心材料和改变铁心夹紧力等方法的降噪措施。     

变速抽蓄机组转子绕组接地故障保护及定位方法

变速抽蓄机组转子绕组采用三相交流励磁的特殊结构,导致现有的转子接地保护方法不再适用。为此,提出一种变速抽蓄机组转子绕组接地故障的保护及定位方法。通过在转子滑环外经限流电阻接注入式装置构成转子接地保护的方案。基于注入式原理,提出对地电容参数和故障电阻的在线计算方法,根据接地故障电阻大小判断是否发生接地故障并确定保护出口方式。根据转子转向和转速大小考虑转子绕组电势的相位分布,将故障相绕组各槽导体连接处视为虚拟故障点并计算其对应的参考电势比值。比较实际电势比值与各虚拟故障点的参考电势比值,将差异最小的虚拟故障点视为故障位置,实现接地故障定位。PSCAD/EMTDC仿真结果验证了所提方法的有效性。     

基于ANOVA和BO-SVM的变压器故障诊断方法

为了提高变压器故障诊断模型的诊断精度,提出了一种基于方差分析(analysis of variance, ANOVA)和黑猩猩算法优化支持向量机(bonobo optimizer-support vector machine, BO-SVM)的变压器故障诊断方法。首先,采用方差分析对模型输入量,即变压器油中溶解气体特征进行筛选降维。其次,用黑猩猩算法对影响支持向量机诊断性能的2个参数(核参数与惩罚因子)进行寻优。最后,利用该文所提方法对变压器进行故障诊断,实例仿真结果表明：与IEC、Rogers法相比,采用ANOVA对模型输入量进行筛选降维能更好地提升模型性能;BO算法优化后的支持向量机对比网格搜索算法优化后的支持向量机,在训练速度与诊断精度两方面都有所提升;与粒子群优化支持向量机(particle swarm optimization-support vector machine,PSO-SVM)和遗传算法优化支持向量机(genetic algorithm-support vector machine, GA-SVM)相比,所提方法收敛更快,且故障诊断精度更高、更稳定,BO-SVM、...     

微电网混合型联网变压器及其故障阻隔协调控制

交直流混合微电网（HMG）联网与优化运行中,常规工频变压器不具备短路故障阻隔和电压综合控制能力。对此,提出一种适用于HMG的混合型联网变压器（HIT）,并构建新型基于混合型联网变压器的交直流混合微电网（HIT-HMG）。介绍了HIT拓扑结构并分析其运行原理,构造新型三柱三绕组工频变压器进行电压等级变换和部分功率传输,由串联变流器实现HMG的电压和电流主动控制。对HIT及串联变流器进行数学建模,建立新型工频变压器的等效磁路模型和等效电路模型。考虑配电网不同位置与故障类型,提出HITHMG故障阻隔控制策略。对所提HIT及控制方案进行仿真和实验验证,结果表明通过控制HIT的串联绕组电压,可以阻隔中高压配电网故障对HMG的影响。     

级联H桥型电力电子变压器平均值模型

针对电力电子变压器仿真效率较低和死区效应越来越显著的问题,基于级联H桥型双有源桥结构电力电子变压器,提出一种考虑死区效应的平均值模型。首先,计及寄生参数将双有源桥单元简化为一阶RL电路,分析各个死区工况下电压电流特性,求解电流的平均化解析表达式,通过等效电流源代替全桥及高频变压器实现对双有源桥单元的平均值建模。其次,基于状态空间平均法,通过占空比将H桥整流单元各工况整合为一个统一的模型,进而使用受控源代替H桥整流单元与交流电网、双有源桥的接口电路。最后,建立输入侧串联输出侧并联型的级联H桥型电力电子变压器平均值模型并给出计算流程。在PSCAD/EMTDC仿真软件上分别搭建电力电子变压器详细模型与平均值模型,仿真结果表明所提出的模型具有较高的精度和运行效率。     

多有源桥型电力电子变压器简化电磁暂态等效模型

电力电子变压器是柔性直流配电网的关键设备,其高频特征导致仿真步长小,在多有源桥等场合下其详细电磁暂态仿真效率依然较低,需要进行提速。文中提出了一种级联H桥型多有源桥电力电子变压器简化电磁暂态等效模型,分析了多有源桥的结构特征。对于级联H桥慢变电路,采用开关函数模型划分电路状态;对于多有源桥快变电路,以广义状态空间平均法为基础,实现傅里叶分解并保留关键次谐波特征的等效。此外,提出了不同级联方式下端口电气值处理方法,在保留精度的前提下提升仿真加速比。在PSCAD/EMTDC中实现了输入串联输出并联型多有源桥电力电子变压器的详细模型和简化等效模型建模。仿真结果表明,与详细模型相比,简化电磁暂态等效模型具有相似的精度和更高的效率。     

不平衡电网下变流器多机系统的稳定性分析

基于不平衡电网条件下的并网交互系统,研究了电压源型变流器（VSC）的稳定性问题。首先提出了不平衡电网下带双二阶广义积分器锁相环（DSOGI-PLL）的变流器导纳模型。分析总结了带不同类型锁相环的VSC系统导纳特性。基于导纳模型研究了配置不同类型锁相环的多VSC系统稳定性问题,指出了多VSC系统稳定性的改善方向。进一步提出,带DSOGI-PLL变流器的并入可以在增加并网系统输出功率的同时有效改善变流器的稳定裕度。同时,研究了公共耦合点处负序电压改变时VSC与电网阻抗的交互机理。最后,对理论分析进行了实验验证。     

磁集成三端口电力电子变压器的改进控制方法

针对现有多端口电力电子变压器磁性元件体积大、功率变换单元多、成本高的问题,提出基于磁集成的三端口拓扑及控制策略。将传统拓扑的6个桥臂电感和大量的高频变压器集成为3个集成变压器,从而减小磁性元件体积。在变压器副边绕组接1个三相桥即可构建低压直流端口,极大地减少功率变换单元数目。利用桥臂电压的直流、工频和高频分量分别控制中压直流、中压交流和低压直流端口功率,实现多端口功率调控。为提高中压直流端口电能质量,将桥臂电压的高频分量设计为三相对称的六阶梯波,使其激发的电流分量在三相回路中相互抵消,从而实现中压直流端口高频电流纹波消除。最后,建立了4 MW仿真模型进行验证,结果证明了所提拓扑和控制策略的有效性。     

考虑耦合特性的串联型MMC阻抗建模及分析

为了研究SC-MMC的阻抗特性及其主要影响因素,探究频率耦合效应对SC-MMC与电网构成的互联系统稳定性的影响,在考虑多次谐波交互耦合的SC-MMC谐波函数模型的基础上,采用多谐波线性化方法建立了SC-MMC交流侧小信号阻抗解析模型。通过仿真模型阻抗测量结果与解析模型对比验证了所建立模型的准确性,并通过案例分析验证了频率耦合效应在互联系统稳定中的重要影响,在研究互联系统稳定性时频率耦合效应应该被充分考虑。同时实验表明当互联系统发生振荡时,通过SC-MMC的控制器参数优化设计可以实现对互联系统谐振现象的抑制。     

中压开关柜温升特性的多物理场耦合仿真研究

长期过热问题威胁着中压开关柜的安全稳定运行,准确把握开关柜内部温升十分重要。为此以UR4-10型开关柜为研究对象,建立三维多物理场耦合仿真模型,探究不同电流下开关柜温度场和流场分布特性,以及负荷电流对开关柜温升特性的影响。研究结果表明：额定电流下通电导体回路整体温升从高到低为断路器触头处、上梅花触头、下梅花触头和进线母排;进线母排温度随着与母排搭接处距离的增加而逐渐降低;通过拟合函数的方式评估温度仿真数据已经趋于稳定,并得出在额定电流下开关柜最终稳定的最高温度为44.9℃;开关柜内流场分布较为稳定,内部空气流速分布范围在0.05～0.22 m/s;开关柜结构差异对对流散热的影响,使得三相之间以及上下梅花触头处产生温升差异;电流对开关柜温升影响较大,对柜内温升趋于稳定的时间和流场分布影响较小。研究结果可为开关柜温升研究和开关柜温度在线监测的监测点选择提供理论依据。     

三电平单元电力电子变压器容错运行技术

基于三电平单元的电力电子变压器具有功率模块少、功率密度高等优点,在数据中心不间断电源、铁路配电系统、超级充电站等场景中应用前景广阔。然而,电力电子变压器中开关器件多,器件故障引发的故障模块切除动作将导致系统容量损失,易引发系统失稳、故障越界等问题。针对该问题,文中提出了一种基于故障模块、故障相与非故障相协同的三电平容错运行技术。首先,采用开关组合列举法分析了不同故障类型下三电平单元H桥的共性故障结果,并基于部分器件旁路实现了故障模块重构和容错运行。其次,提出了相内协同控制策略,实现了故障模块电容电压的稳定与均压控制,并通过相间协同控制实现线电压平衡,共同保障电路正常运行。最后,针对不同故障结果提出具体的容错控制方法,并通过仿真验证了所提容错方法的有效性。仿真结果证明了容错控制下电力电子变压器能稳定运行。     

基于Kbert文本聚类模型的变压器故障识别

变压器故障分析报告文本包含设备故障现象的描述,但描述语言因人而异、专业性强,且单个故障描述文本中可能存在多种故障类型,造成机器自动判断困难。因此提出一种针对变压器故障描述进行具体故障类型聚类的机器识别算法Kbert(BERT+K-Means++)。该算法首先将变压器故障文本转换为批量化高维文本矩阵;其次,根据故障表述文本迭代改进中文BERT模型中关键权重参数,以获得全局语义向量。同时在迭代改进中,根据样本拟合的难易程度,Kbert模型对不同样本的识别损失值权重进行动态修正;最后,通过K-Means++算法,Kbert改进了原有单一BERT模型难以处理单一故障文本包含多故障类型的不足。算例对全国782份真实变压器故障分析报告文本进行了故障类型识别。结果表明,所提出的Kbert模型克服了变压器故障描述文本距离长、样本种类分类不均导致的机器训练效果不佳的问题,性能指标F₁值优于常用BERT和Bi-LSTM+Attention方法,实现了多种变压器故障信息的高准确率快速聚类识别。     

基于时空耦合特性的充电站运行状态预测

提出一种基于时空耦合特性和深度学习模型的充电站运行状态预测方法。首先,基于充电站历史运行数据和所在区域的交通通行速度数据集,利用k-means聚类方法将充电站划分为不同类型,分析充电站运行状态在时间上的特性;建立单个充电站的"偏移量-交通-时间"三维矩阵模型,深度挖掘充电站运行状态与周边交通状况在时间和空间上的耦合相关性。其次,将充电站状态与交通状况的时间滞后相关特性进行空间重构,利用卷积神经网络进行特征提取,通过长短期记忆网络进行时间序列预测,构建基于Keras深度学习框架的充电站运行状态多步预测模型。最后,以20个充电站的真实运行数据进行验证,并与多种预测算法进行对比,结果表明,所提方法具有较高的预测精度。     

新能源场站过电压受变压器磁饱和影响机理分析及修正方法

文中研究新能源基地经直流外送系统中变压器磁饱和特性对过电压的影响,揭示变压器磁饱和特性影响新能源场站过电压的机理。首先,介绍了有无变压器磁饱和特性建模时新能源场站并网点过电压仿真结果的差异。其次,介绍了变压器的电磁暂态仿真模型及其磁饱和特性的建模方法。然后,论证了过电压发生时变压器的磁饱和特性将使其吸收无功功率,并推导了无功吸收量与电压之间的关系。接着,针对未考虑变压器饱和特性的算例提出了过电压仿真结果修正方法。最后,通过小型测试案例及西北全网测试案例,验证了所提出的理论及修正方法的正确性与可行性。     

基于IPST的合环装置三相不对称下耦合特性及控制策略

随着配电网供电可靠性要求的不断提高,需要合环操作实现不停电转供负荷,但电网结构日益复杂,往往在合环点处出现上级电源属于跨多级电磁环网的复杂合环场景。针对配电网复杂合环场景下合环点两侧母线存在三相不对称、电压幅相差等因素,提出了基于改进移相变压器（IPST）的合环装置结构。考虑IPST三相调相调压绕组之间的耦合特性,分析推导了三相不对称合环场景下IPST调相调压绕组合环调节变比的计算公式,提出了适用于不同不对称复杂合环场景下的控制策略。最后,基于跨多级电磁环网的复杂合环场景下某35 kV变电站10 kV侧母线三相不对称的实际情况,通过PSCAD/EMTDC仿真验证了所提基于IPST的合环装置及其控制策略的有效性。     

基于组合式场路耦合法的多绕组变压器建模与阻抗参数设计

为解决低励磁阻抗多绕组变压器建模、多绕组变压器复合短路阻抗及多并联支路间电流分配计算的问题,基于组合式场路耦合分析,给出一种高效、通用的多绕组变压器建模和阻抗参数设计方法。根据初步设计的变压器结构,采用磁场能量法,二次开发出基于ANSYS参数化设计语言(ANSYS parametric design language,APDL)的三维静态磁场专用分析程序,计算出多绕组电感矩阵,并以此为依据构建多绕组变压器的线性仿真模型,进行相关仿真研究。通过仿真结果反馈的信息适当修改变压器结构以满足要求。实验结果表明,所提方法能够准确计算出多并联支路间电流分配,各种短路工况下复合短路阻抗计算结果可满足工程实践的需要。     

超高倍压耦合电感Boost变换器

为提升、稳定新能源发电系统的输出电压,提出一种超高倍压耦合电感DC-DC变换器。采用耦合电路升压结构,使变换器增加新的增益调节单元;采用开关钳位结构,降低变换器开关器件的电压尖峰,吸收耦合电路的漏感能量,提高电压转换效率;对电路进行闭环控制,稳定变换器的输出电压;推演电路的工作模态和状态空间表达式,并与近几年典型的升压电路做比较。通过仿真和实验,分析电路在闭环控制下的稳态性能。研究结果表明：变换器可将18 V直流电稳定地提升到380 V,为提升新能源发电系统的输出电压奠定基础。