交直流混杂环境下变压器漏电感参数分析方法

受直流扰动影响时,电力变压器的电感和电流变化不同于传统情况。基于变压器直流扰动模型研究动态漏电感参数的变化特性,并以变压器基本回路方程作为基础,建立考虑直流扰动的T形等效电路,得到动态电感参数矩阵,推导出漏电感辨识方法。将电磁耦合方法用于直流扰动下变压器的电磁特性的模拟分析,对直流扰动下变压器电流、电感以及磁通的变化规律进行归纳总结,从而结合T形等效电路分析变压器两侧动态漏感参数的变化特性,以反映不同的直流扰动水平。最后,通过动模试验验证了仿真分析结果进。     

基于励磁电感参数识别的快速变压器保护

为进一步提高电力变压器保护的性能,提出一种基于励磁电感参数识别的变压器快速主保护方案。通过分析T型等效电路中励磁电感在变压器正常运行、铁芯饱和以及内部故障时的特点,构建了基于励磁电感数值大小和波动性的变压器保护判据。研究表明:时域参数识别方法计算得到的励磁电感,在正常运行和外部故障时其数值较大;在内部故障时,由于故障电流为差动电流的一部分,励磁电感的计算数值较小;在铁芯饱和时数值在较大值和较小值之间波动。由于保护判据中考虑了铁芯饱和对励磁电感数值的影响,因此该保护方案能够快速灵敏地识别变压器故障,且不受励磁涌流的影响,具有良好的性能。动模试验验证了该保护方案的有效性,试验结果表明,该方案能够可靠地识别变变压器内部故障。     

利用数值仿真方法确定三相变压器深度饱和等效电路模型参数

精确的变压器深度饱和模型是分析电网过电压暂态过程的基础。而目前端口试验的方法只能得到额定运行时等效电路模型的参数,却无法得到过电压下深度饱和区的参数。该文提出利用数值仿真的方法确定三相变压器深度饱和等效电路模型参数,数值仿真的方法分为两种,包括基于端口数值试验的方法和基于电磁场分布计算磁阻方法。前者通过磁场和电路耦合的方法在变压器的端口设置开路或短路状态以确定等效电路参数,后者利用变压器各部分的磁通和能量的积分结果计算磁阻,再转换得到等效电路参数。计算磁阻的方法更适用于分析拓扑复杂、深度饱和的变压器等效电路模型参数。     

高压直流换流阀用饱和电抗器的暂态电路仿真模型

为了定量研究高压直流(HVDC)换流阀的开通和关断电气应力,建立了饱和电抗器的暂态电路仿真模型。将饱和电抗器模型等效为1台空载变压器,其漏感和励磁电感分别对应于饱和电抗器的空心电感和铁芯电感;为了避免微分运算带来的误差,将饱和电抗器的非线性铁芯电感等效为伏秒数受控的电流源模型,这样不仅可以提高运算精度,而且可以增强求解过程的收敛稳定性;在传统波穿透理论基础上,进一步考虑了硅钢片"由内而外"的径向逐渐饱和过程,给出了饱和电抗器的涡流电阻模型,大大提高了仿真模型的准确度。通过电容器冲击放电试验验证了饱和电抗器电路仿真模型的优越性。     

基于漏感辨识的变压器交直流混合运行保护方法

基于变压器直流偏磁电磁耦合机理研究其保护策略,建立直流扰动下变压器回路方程,根据端口量测信息时域差分原理研究变压器动态漏电感参数辨识方法,并在此基础上提出变压器在直流扰动下的保护判据。利用时域场路耦合方法模拟分析不同条件下变压器运行的电磁特性,利用关键电磁参数表征变压器直流偏磁异常现象,归纳励磁电流、动态电感以及动态漏电感在直流偏磁时的波动情况,并总结其变化规律。通过搭建动模试验平台,研究不同判据在直流扰动下的适用性,提出一种基于单侧漏感参数辨识的变压器直流扰动保护原理,仿真分析和动模试验验证了该保护方法的准确性和可行性。     

应用于功率变换器的多绕组高频变压器模型

实施功率变换器的电路仿真时需要较精确的多绕组高频变压器等效电路模型.传统的多绕组变压器星形模型不仅存在负漏感导致的振荡问题,而且其在仿真暂态问题时存在精度较差的问题.基于对偶原理的多绕组变压器模型在仿真暂态时可以更准确,但其拓扑复杂,很难根据端口测量信息确定模型参数.该文利用数值仿真的方法分析多绕组变压器的磁场分布,研究存在交替绕制的复杂绕组结构下多绕组高频变压器的对偶电路模型及其参数的确定方法.提出利用磁路中各磁阻的磁场能量和磁通确定非线性电感的方法,使复杂模型拓扑不受端口测量信息的限制.通过施加多幅值的激励电流来确定磁路中的非线性磁阻,然后通过转换得到非线性电感.最后,将等效电路模型与多边形模型和实验结果进行比较,验证了模型的准确性.     

变压器漏感特性分析

为了分析漏抗电压降的具体影响、了解漏电感在整个低频励磁试验中的变化规律。本文以实际大容量变压器模型为背景,针对其复杂模型,经过合理简化,以软件Ansoft为计算工具,建立了变压器二、三维漏磁场及漏抗计算模型,计算了典型变压器的漏磁场和漏电抗,通过比较漏电感在铁心饱和、电压频率变化和磁屏蔽等不同条件下的变化,得到结论:变压器漏感基本不随频率和和铁心饱和而变化,在低频试验下漏电感可将其等效为一个固定值电感。     

单相变压器匝间短路电磁特性研究

针对变压器匝间短路导致的内部电流剧增与励磁问题,研究变压器匝间短路时电流、主磁通及漏磁通特性。建立变压器匝间短路模式下的时域微分电路方程,基于能量扰动原理计算绕组电流,仿真模拟原、副边绕组不同匝间短路位置、不同短路比例及不同负载下的绕组电流和铁芯磁通及绕组漏磁通。研究电流及磁通变化规律,并分析其主要影响因素,利用铁芯磁通表征变压器励磁饱状态。结果表明,变压器额定运行原边绕组发生匝间短路(匝数比例为0～10%)时,原边端口电流增大到0～4倍,短路电流约增为正常原边端口电流的23倍;副边绕组发生同比例匝间短路时,原边端口电流增大到0～3倍,短路绕组电流约增为正常副边端口电流的14倍。同时,铁芯励磁局部饱和,绕组漏磁增大;伴随负载率降低,铁芯励磁饱和程度加深;短路比例升高,绕组漏磁通增大。搭建变压器匝间短路试验平台,量测相关电流参数,并与仿真所得电流数据比对,验证所得结论正确性,从而为变压器匝间短路的保护设计与整定提供依据。     

考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型EI北大核心CSCD

三相三柱变压器广泛运用于电力系统中,需建立精准的三相三柱变压器模型支撑电力系统电磁暂态分析与防护研究。经典的变压器BCTRAN模型被广泛运用在电磁暂态仿真研究中,然而经典BCTRAN模型难以准确模拟铁芯在深度饱和状态下变压器不同端口的饱和特性。该文利用序分量参数建立三相三柱变压器BCTRAN模型,精准表征变压器各相绕组间的耦合关系;利用交直流混合源对变压器进行端口试验获取励磁支路深度饱和电感从而构建完整励磁支路;在经典BCTRAN模型的基础上,通过在变压器端口添加表征铁芯空间励磁特性差异的励磁支路,进而建立考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型。对300VA三相三柱变压器及22kVA三相三柱变压器有限元模型分别进行励磁涌流试验,与传统模型相比,改进模型不同端口励磁涌流首峰值更接近实测值。试验证明,提出的三相三柱变压器改进BCTRAN模型能够较为准确地表征变压器端口的饱和特性,可为电力系统电磁暂态仿真研究提供基础模型。     

基于等效瞬时漏感与回路方程的变压器保护原理

在变压器回路方程的基础上，提出一种利用等效瞬时漏电感实现变压器保护的新方法。该方法不依赖于变压器铭牌上的短路电抗等参数，能实时监测变压器各侧漏电感的变化情况。因此，通过计算等效瞬时漏感参数，可同时提高变压器保护的灵敏性和可靠性。该方法计算量小，对三绕组变压器同样适用。两套动模试验分析结果表明，该原理不受励磁涌流的影响，能够可靠、迅速的切除变压器内部故障，对轻微故障也有足够的灵敏度。     

基于电力电子技术有载调压变压器的无冲击调压方法

提出以电力电子器件为分接开关的有载调压变压器无冲击调压方法。该方法考虑了调压绕组的改变引起的变比变化和漏电阻、漏电感大小的变化。为考虑铁磁特性,变压器铁芯用非线性电阻和电感来等效。由变压器的空载实验数据,得到描述两者非线性特性的分段线性表达式。通过对变压器等值模型的分析,得出无冲击有载调压时刻的求解方法。在这一时刻进行分接开关通断控制,可以使调压过程按系统运行的需要而改变,并保证负载电流连续、平滑、无冲击。阐述了传统的以负载阻抗角确定调压时刻是本方法的特例。通过仿真及实验验证了这一方法能够实现快速、无冲击     

基于有限元法的变压器漏感计算在绕组变形中的应用

电力变压器电磁分析与参数计算在科学研究与工程应用中一直受到普遍的重视,而绕组变形作为故障隐患的重要特征,其变形程度尚无法量化。以有限元方法为研究基础,利用大型有限元软件ANSYS建立变压器铁芯、绕组模型;以场路耦合方法实现变压器漏磁场的仿真,同时利用能量法原理完成变压器漏感参数的计算。针对电力变压器发生绕组变形将会导致漏感参数发生变化的基本特征,提出通过改变绕组的基本几何尺寸模拟绕组变形,计算变形前后以及各种变形形式下的漏感参数值,考察绕组变形状态和漏感参数变化量之间的关系。仿真计算结果与测量值比较,表明方法的正确性、有效性和实用性。     

Analysis of short circuit and inrush transients in a current transformer using a field-circuit coupled FE formulation

The existing models based on the lumped-circuit approach consider the constant leakage inductance during transient simulations. However, leakage inductance of the current transformer (CT) may not remain constant. In fact, it may vary with the degree of saturation of the core. During severe saturation conditions, leakage inductance variation in fact may result in significant difference between the calculated and the measured secondary currents. In this work, a nonlinear, field-circuit coupled finite element model of a current transformer (CT) is presented. The model considers the variation in leakage inductance during the simulation of transient conditions. Moreover, since geometry of the transformer was taken into account, it was possible to estimate forces associated with the short-circuit current. Hysteresis characteristic of the core was taken into account by using Jiles-Atherton model in conjunction with fixed-point iteration method. The formulation was realized using a code developed in MATLAB and implemented for a 69 kV, 200/5 A current transformer. The normal operation and other cases such as short-circuit, and transformer sympathetic inrush current through the primary of the CT are presented. These cases demonstrate modeling flexibility of the field-circuit coupled formulation.     

单相变压器漏感参数识别计算方法研究

变压器漏感参数的识别可以作为变压器故障判别依据,对变压器漏感的准确识别是变压器故障判别的关键。根据回路平衡方程,提出了基于最小二乘法的单相变压器的漏感识别方法。并通过EMTP-ATP仿真和动模实验室的单相变压器试验验证,仿真测得漏感识别相对误差0.2%,试验测得变压器的漏感与铭牌参数计算的漏感值相对误差3.84%。此外,还在变压器不同饱和程度和不同频率下测量了变压器的漏感值。试验结果表明,基于二乘法的变压器漏感参数识别方法能够正确识别变压器的漏感值,变压器的漏感值与其饱和程度和频率无关。     

应用于绕组变形检测的电力变压器漏电感参数有限元计算方法研究

针对电力变压器运行过程中绕组变形导致绕组漏电感参数发生变化的基本特征,提出利用有限元软件ANSYS对电力变压器铁心和绕组进行建模,仿真计算变压器漏电感参数;同时提出通过改变绕组的基本几何尺寸模拟绕组变形,为电力变压器绕组变形检测的变形判据研究提供一定的理论基础。     

应用于绕组变形检测的电力变压器漏电感参数有限元计算方法研究

针对电力变压器运行过程中绕组变形导致绕组漏电感参数发生变化的基本特征，提出利用有限元软件ANSYS对电力变压器铁心和绕组进行建模，仿真计算变压器漏电感参数；同时提出通过改变绕组的基本几何尺寸模拟绕组变形，为电力变压器绕组变形检测的变形判据研究提供一定的理论基础。     

有源钳位正激变换器寄生参数对软开关和直流偏磁的影响

本文考虑有源钳位正激变换器原边MOS管寄生电容、变压器激磁电感及漏感的影响,推导了钳位管ZVS开通的能量条件和时间匹配条件;建立了正激变压器直流偏磁与寄生参数的定量关系;指出了小漏感、大激磁感、大寄生电容条件会导致钳位MOS管无法实现ZVS开通,降低整机效率,影响控制器的可靠工作;同时还指出大漏感条件会导致变压器负向偏磁严重,降低磁心利用率。最后完成了50W有源钳位正激模块电源的仿真和实验验证,证明了理论分析的正确性。     

漏感与分布电容对单激式变压器输出波形影响

为了探讨单激式变压器开关电源分布电容的存在,抑制分布电容及漏感,克服高频变压器在设计时分布电容及漏感对充电过程的影响,在不增加变压器工艺要求情况下,探讨采用新的解决方法。通过分析分布电容参与谐振充电的过程,提出LLC谐振电感消除高频变压器分布电容对充电过程的影响,从而抑制变压器漏感及分布电容对电路的影响。对所提想法进行了仿真和实验,结果表明采用新的方法有效。     

An actively cooled 120 kW coaxial winding transformer for fastcharging electric vehicles

A 120 kW coaxial winding transformer has been built and tested to verify previous indications that a high power transformer is feasible with the key attributes of this novel design, namely: low leakage inductance, minimal effect of leakage field on core losses, low copper losses, and a convenient “nesting” structure well suited for separability of the findings. The power transfer capability is more than double that of any previously published result for coaxial winding transformers. The application chosen for the fabricated transformer was an inductive coupler for fast charging of electric vehicles. Presented are the key parametric decisions, their impact on transformer fabrication and characteristics, and the results of these design choices as observed in the experimental data. The final design has active cooling to facilitate high power density and a separable core to allow the primary and secondary windings to be coupled and uncoupled. The experimental data shows performance better than expected, with a magnetizing to leakage inductance ratio of 1000:1, efficiency well over 99% and power density of 25 kW/kg     

反激变压器漏感和分布电容的影响分析

针对反激变压器工作在高频情况下寄生参数不可忽略的事实,详细分析了变压器漏感和分布电容给反激变换器带来的影响。首先,分析了理想变压器情况下电流断续模式反激变换器的工作过程;其次,分析了理想变压器中只加入漏感、只加入分布电容、同时加入漏感和分布电容3种情况下寄生参数对反激变换器工作过程的影响;最后,设计了一台反激变换器实验样机对寄生参数的影响进行了验证。实验结果表明,漏感会在开关管关断瞬间的漏源电压上产生一个电压尖峰,分布电容会在开关管开通瞬间的漏极电流上产生一个电流尖峰,同时开关管截止期间漏感和分布电容之间以及励磁电感和分布电容之间产生的谐振会在开关管的漏源电压上叠加相应的振荡。