基于Jiles Atherton磁滞理论的直流偏磁下铁心损耗预测

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变、损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为了研究直流偏磁对变压器铁心损耗的影响,该文基于Jiles Atherton(JA)理论提出了一种新的铁心损耗预测方法。首先,在JA静态铁心磁滞模型基础上,依据铁心损耗分离理论,在无偏磁下建立考虑涡流损耗与异常损耗的铁心动态磁滞模型,并对模型中参数进行辨识;其次,采用爱泼斯坦方圈和逆变电源搭建了直流偏磁下磁滞回线测量系统,实测了不同直流偏磁下的磁滞回线,在此基础上获得直流偏磁下铁心动态磁滞模型参数辨识结果;最后分析了直流偏磁对模型参数的影响,并对模型参数中的动态损耗系数进行了拟合,以修正铁心动态磁滞模型,得到直流偏置下铁心损耗预测方法。通过算例的计算结果与实验结果的对比验证了文中所提出方法的正确性。     

直流偏磁下不同磁化曲线对变压器铁心损耗仿真的影响

直流偏磁下变压器铁心材料磁化特性采用不同的表述方式,将会产生不同的损耗仿真结果。本文基于爱泼斯坦方圈试验测量了30ZH120取向硅钢片的交流磁滞回环和交流偏磁磁滞回环,详细阐述并解释了交流磁化曲线、直流磁化曲线、平均磁化曲线、交流偏磁磁化曲线和交直流共同作用下磁化曲线的提取方法。从实验数据和理论分析的角度指出了交直流共同作用下磁化曲线与直流磁化曲线是同一条曲线。以两台干式变压器产品模型为例,设计并搭建了使变压器工作在直流偏磁条件的实验电路,测试并仿真计算了直流偏磁下电力变压器铁心的空载损耗。研究表明,计算分析直流偏磁电工设备时,可以用直流磁化曲线描述硅钢片材料的磁性能,为提高直流偏磁下变压器损耗仿真准确性提供了参考依据。     

基于Energetic模型的直流偏磁条件下电工钢片磁特性模拟及实验验证

直流偏磁条件下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁磁材料磁滞和损耗特性的影响,该文首先在静态Energetic磁滞模型的基础上,考虑涡流损耗和异常损耗对磁滞回线的影响,建立动态Energetic模型,并利用优化算法和损耗分离理论分别提取无偏磁条件的静态Energetic磁滞模型参数和动态损耗系数。通过对比磁滞回线仿真结果与实测数据,验证了所建模型的准确性;其次,搭建磁性能测试系统,实验获取了不同偏磁工况下电工钢片的磁滞特性和损耗特性数据,并分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗(涡流损耗与异常损耗之和)的影响规律;最后,基于上述分析结果,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者吻合较好,验证了该文方法的正确性。     

基于R-L分数阶导数的动态J-A磁滞模型及其特征参数辨识算法

在高频、直流偏磁等非标准磁化条件下,电力变压器的铁心损耗显著增加,造成其性能恶化。为实现对高频、直流偏磁下铁磁材料动态磁滞特性与损耗的准确模拟,该文首先在静态J-A模型中引入直流磁密,推导得到适用于描述直流偏磁条件下铁磁材料磁滞特性的静态J-A修正模型;然后引入R-L型分数阶导数对高频条件下涡流场及涡流损耗表达式进行改进,考虑涡流与剩余损耗对高频条件下磁化物理机制的影响,建立动态J-A模型;最后引入模拟退火算法,以损耗计算值与实测值之间的均方根误差最小化作为优化算法的目标函数,辨识模型中阻尼系数与分数阶导数阶次的全局最优值。将动态J-A模型模拟的磁滞回线和损耗与实验数据进行对比,结果表明:对高频磁场叠加直流偏磁条件下磁滞回线面积模拟误差绝对值为7.84%,损耗预测的平均绝对误差为7.35%,验证该文所提方法的准确性。     

HVDC中直流偏磁电力变压器叠片铁心损耗及磁通分布

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器叠片铁心中的损耗及磁通分布,提出并研制了完全按照电力变压器铁心的标准设计和叠装工艺制作的叠片铁心模型。通过模型实验获得了叠片材料在不同偏置磁场作用时的损耗曲线,解决了直流偏磁条件下叠片铁心三维电磁场数值计算中所需要的材料性能数据问题。考察了不同偏置磁场作用下变压器铁心取向硅钢片中的损耗和磁通分布,研究不同偏置磁场强度对取向硅钢片特性的影响,提出解决计算三维非线性和各向异性涡流问题的实用措施。研究表明,不同偏磁工况下模型铁损和磁通的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。     

基于动态J-A模型的直流偏磁条件下电工钢磁特性模拟及实验验证

直流偏磁下,变压器励磁电流畸变,损耗显著增加,导致变压器局部过热甚至绝缘老化。为研究直流偏磁对铁芯铁磁材料磁特性的影响,在经典Jiles-Atherton(J-A)理论基础上,依据损耗分离理论,建立了动态J-A模型。利用优化算法与损耗分离理论分别辨识与计算未引入直流偏磁量的静态模型参数和动态损耗系数,并通过仿真结果与实测数据对比,验证了模型的准确性。搭建电工钢磁性能测试系统,获得不同直流偏磁条件下电工钢的损耗及磁性能数据,并用于分析直流偏磁量对磁滞损耗、动态损耗的影响规律。基于分析得到的规律,提出一种对不同偏磁条件下铁磁材料的磁滞回线及磁损耗进行预测的新方法。对比预测结果与实验结果,发现二者拟合较好,验证了该方法的正确性和有效性。     

基于定点谐波平衡法的铁心磁滞与损耗特性分析

利用叠片铁心模型进行正弦励磁和直流偏磁励磁下的实验,得到相应的磁滞回线和铁心损耗。在基于B-H-M的磁场本构关系中引入定点磁阻率νFP,解决了数值计算中传统磁阻率ν的不连续性问题。利用基于损耗函数的磁滞模型模拟无偏磁和有偏磁条件下铁心的磁滞效应。将定点技术与损耗函数磁滞模型相结合,并应用于谐波平衡有限元计算,在考虑磁滞效应的基础上,对绕组励磁电流和铁心内的非线性磁场进行计算。基于计算结果,得到了各种励磁条件下铁心内不同区域的磁滞特性和损耗特性,分析了不同励磁形式对铁心磁滞特性和损耗分布的影响。     

基于Jiles-Atherton磁滞理论三相三柱变压器直流偏磁的电磁混合模型

直流输电系统单极运行情况下,直流通过变压器接地中性点,构成交流系统变压器的直流偏磁,准确获得变压器铁心的磁性能并建立变压器暂态模型是分析偏磁问题的关键。介绍了基于反映物理机制的Jiles-Atherton磁滞模型模拟铁心磁化性能、以三相三柱式变压器铁心和绕组的空间结构为基础、建立的变压器电磁混合模型,研究了偏磁条件下励磁电流及其谐波的规律特性。并与实测数据进行对比分析,结果表明:实验结果和计算结果吻合,本文提出的变压器电磁混合模型具有一定的可行性,提高了磁路耦合变压器模型的精度。     

直流偏磁条件下变压器励磁电流的实验与分析

直流偏磁工作条件下,变压器励磁电流的实验与分析是研究变压器直流偏磁电磁特性的关键问题。本文基于产品级的叠片铁心模型,模拟直流偏磁变压器铁心的实际工作状态;研究了因高压直流输电引起电力变压器直流偏磁工作条件下,变压器励磁电流的实验测量方法及其仿真计算与分析。提出并利用Matlab计算软件实现了直流偏磁励磁电流的工程解法,数值计算的结果证明了本文方法的有效性和正确性。     

大型电力变压器直流偏磁分析的磁路建模与应用

为了深入理解电力变压器在直流偏磁工况下的运行特性以提高电网安全运行性能和变压器本体设计,针对大型电力变压器产品的直流偏磁计算要求,提出了改进的磁路模型;根据铁心和绕组的几何结构形成磁路的拓扑,在铁心磁阻的计算中考虑涡流效应的作用,同时将铁心接缝气隙的作用引入计算模型中,建立了大型电力变压器直流偏磁的磁路模型;基于矢量匹配法获得铁心等效磁路模型中元件参数的最优解;基于铁心接缝气隙的几何结构和磁场分布特性,通过分段处理,建立了气隙等效磁路模型。作为应用实例,计算了2种不同铁心结构的大容量电力变压器产品的直流偏磁性能。验证了这些模型分析大型电力变压器直流偏磁的有效性。计算表明直流偏磁使变压器产品建立工作磁场更加困难;变压器的绕组漏磁显著增加,而且不同的变压器铁心结构受直流偏磁的影响存在差异。     

影响变压器空载损耗的铁心叠片结构改进

变压器的空载损耗主要包括铁心的磁滞损耗、涡流损耗和铁心附加损耗,影响空载损耗的原因包括叠片的材料与性能、硅钢片之间绝缘性能、叠片的剪切方式和叠积方式等。通过在铁心设计和叠片结构工艺制造上采取相应措施,提高材料的利用率,降低铁心的附加损耗,提高了变压器的空载性能。     

用数字仿真计算畸变电压条件下电力变压器的正弦磁滞损耗

详细阐述了计算畸变电压条件下变压器低损耗硅钢片铁心中磁滞损耗的一种数字仿真方法。这种方法使用的模型是以分段线性化去模拟铁心材料的稳态Ｂ／Ｈ特性曲线为基础的。根据模拟的Ｂ／Ｈ特性曲线求出主磁滞回线和小磁滞回线的面积，从而计算出空载损耗实测值中的磁滞损耗和涡流损耗分量。最后计算出电源电压为正弦形时的变压器空载损耗。计算值和试验结果吻合很好。这种方法可以用于电源电压畸变时校正测出的变压器空载损耗。     

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。     

三相三柱变压器对偏磁电流的耐受特性研究

为了分析三相三柱电力变压器在高压直流输电系统大地回流作用下运行性能的变化情况,采用电路—磁路耦合的数值方法建立了包括变压器内部主要漏磁回路在内的该型式变压器详细模型,并利用该模型通过改变漏磁磁阻值重点讨论了漏磁回路对变压器耐受直流电流偏磁能力的影响。仿真分析结果表明,三相三柱变压器内部漏磁回路特性对变压器受直流电流偏磁作用的影响不可忽视。当漏磁磁阻减小至一定程度时,该种型式变压器仍然会受到直流偏磁电流的影响,因此在三相三柱变压器设计制造环节应对其漏磁回路加以充分考虑。     

采用波形识别的直流50Hz保护优化改进策略

结合近几年来南方电网多次出现的变压器空投涌流引起直流50 Hz保护动作事件,仿真研究了励磁涌流、和应涌流及故障电流波形特征差异性,在不降低保护灵敏度的原则下,提出了一种基于波形识别的直流50Hz保护优化改进策略,并在高压直流PSCAD/EMTDC控制保护仿真模型的基础上结合优化改进策略自定义创建直流50Hz保护闭锁模型,从交流系统强度变化、换流变压器空载合闸角变化、换流变压器铁芯剩磁变化三个角度对所提出的优化策略进行仿真验证。结果表明,所提出的基于波形识别的直流50Hz保护优化改进策略能正确地实现直流50 Hz保护的闭锁和解锁,在不影响直流系统安全稳定运行的情况下很好地解决了变压器空投涌流引起直流50Hz保护误动的问题。     

畸变磁通作用下变压器铁心模型损耗的实验研究与模拟分析

对畸变磁通条件下产品级变压器铁心模型的损耗进行了实验研究,考察了谐波相位差变化对铁心损耗的影响。给出了一种能够考虑畸变磁通条件下铁心损耗的工程计算方法,该方法可有效地考虑局部磁滞回环对铁心损耗的影响。结合MagNet电磁分析软件,计算了产品级变压器铁心模型的铁心损耗,通过对比实验结果证明了方法的有效性。     

交直流混杂环境下三相变压器绕组振动研究

针对三相变压器在交直流混杂环境下的直流扰动问题,研究其绕组振动特性。建立Y/D变压器直流入侵状态方程,通过电磁耦合迭代辨识绕组电流,利用振动谐响应模型分析绕组振动。仿真计算变压器在不同运行方式下的直流偏磁电磁特性,研究不同直流扰动时绕组电流的变化及其振动特性,同时将不同条件下的绕组振动情况进行对比并总结规律。搭建三相变压器动模实验平台,开展380V变压器空载和负载直流扰动实验,获取绕组电流与振动信息。利用实验数据验证仿真结果的正确性。     

计及铁心动态磁化特性的三相变压器励磁涌流的仿真研究

介绍了计及铁心饱和，磁滞，局部磁滞和原始剩磁影响的三相三柱式变压器磁励涌流的仿真数学模型及仿真计算程序，对三相三柱式变压器空载合闸时的励磁涌流作了仿真计算，并对其结果进行分析。     

单相变压器直流偏磁励磁电流仿真分析

通过铁心的非线性磁化曲线JilesAtherton理论,在MATLAB软件环境里建立了变压器铁心的仿真模型并利用该模型分析了直流偏磁大型单相变压器开路时励磁电流的波形特征。结果表明,随流入变压器的直流电流I0增加,励磁电流畸变愈重,并在I0增大到一定程度后严重半周饱和,其谐波分量越来越大且出现I0增加快速增长的偶次(主要是2次)谐波。     

应用人工神经网络对变压器励磁涌流仿真的研究

在对变压器励磁涌流的仿真中，变压器铁芯的非线性磁化特性必须加以考虑。本文运用人工神经网络模拟主磁滞回环，以及用线性变化的位移来生成局部磁滞回线的方法，建立铁芯动态非线性磁化过程的计算模型。在此基础上对变压器的励磁涌流进行了仿真，收到了较好的效果。