含次同步分量下电力变压器铁心无功功率分析

随着远距离风电外送系统并网引起的次同步振荡现象和风险的增加,电力变压器经常会运行在含次同步分量的条件下,其铁心的非对称偏置磁化会导致谐波畸变和无功功率增加。含次同步分量下电力变压器铁心无功功率分析属于时-频域混合计算问题。针对该问题,首先,在时域下建立基于定点法的三维场路耦合有限元模型并编写计算程序,以求取不同次同步分量注入时变压器的励磁电流;其次,提出通过最大基波无功和平均基波无功的变压器基波无功特性分析方法,以及基于多重矢量功率理论的变压器频域无功特性分析方法;再次,通过一台物理变压器模型的空载实验,验证该文提出的时域场路耦合模型能够准确模拟变压器励磁电流中显著分量的频谱特性;最后,通过对该模型的仿真,分别对变压器的基波无功特性和多频率无功特性进行计算,并对计算结果进行分析讨论。     

含次同步分量下变压器时间周期有限元的Parareal求解模型

针对时间周期有限元在含有次同步频率分量系统的计算中存在迭代矩阵阶数大、计算时间长等问题,将Parareal算法应用在该问题求解中以提高求解效率。首先,介绍经典Parareal算法,提出一种求解非齐次微分方程的改进方案,并对改进方案的收敛性进行分析。其次,应用定点法建立场路耦合时域有限元方程,设计应用改进Parareal算法的求解方案,讨论求解过程中计算周期、求解器设置和初值计算问题。通过实验验证了该基于Parareal的时间周期有限元算法的适用性和准确性,并通过算例对比验证了算法的效率。     

非晶合金变压器多物理场仿真及能效分析

对非晶合金变压器和硅钢片铁心变压器分别建立场路耦合模型和磁热耦合模型,通过有限元软件COMSOL,对损耗、功效及温升情况进行了对比分析。     

单相整流变压器场路耦合分析

为精确地计算单相整流变压器参数及不同工况下铁心损耗、绕组铜耗,提出一种基于变压器有限元模型与整流器电路场路耦合联合仿真的方法.该方法既可考虑变压器磁路饱和、集肤效应、端部效应的影响,又可考虑整流器脉宽调制(pulse width modulation,PWM)波带来的高次谐波影响.通过仿真与实验对比分析,场路耦合联合仿真结果与50 kVA单相PWM整流器实验结果的偏差在5％左右.在机车大功率牵引变压器优化设计中,场路耦合联合仿真的应用可以缩减开发时间和研发成本.     

定点时间周期有限元法及其在变压器直流偏磁特性分析中的应用

根据稳态激励下电磁场场量周期性变化的特点,以矢量磁位和激磁电流为未知量,利用场路耦合的时间周期有限元法对变压器直流偏磁问题进行研究。采用能量法确定2D磁系统等效厚度,结合局部收敛的固定点法,选择合适的收敛因子及方程初值,有效地提高了基于场路耦合的时间周期有限元法方程的计算精度和计算效率。针对叠片铁心模型进行了不同条件下直流偏置的实验和计算,计算结果和测量结果基本吻合,验证了该方法在变压器直流偏磁计算中的适用性。通过人为增大电阻,设置补偿电压,为变压器在直流偏磁计算中因内阻小,电感变化剧烈而引起的不稳定问题提供了一个解决思路。     

基于非线性复数磁导率模型的叠片铁心损耗计算

为实现频域计算中电力变压器损耗分布特性的快速计算,本文基于非线性复数磁导率模型,在保证计算精度的同时,提出了一种正弦稳态服役条件下叠片铁心损耗分布的快速计算方法。首先,基于磁滞回线面积等效原理,在考虑基本磁化曲线非线性特性的基础上,得到复数磁导率的实部与虚部;其次,为了验证本文所提出模型对变压器铁心损耗预测的有效性,耦合铁心叠片均匀化方法,建立了单相叠片铁心的频域有限元仿真模型,对变压器铁心中损耗与磁通密度分布进行计算;最后,制作了单相变压器铁心实验模型,搭建单相变压器铁心损耗实验平台,对本文所提出的方法有效性进行验证。结果表明,基于非线性复数磁导率叠片等效的变压器铁心损耗计算方法具有参数辨识过程简单、计算精度较高等特点,在变压器长期正弦稳态服役条件下的损耗计算与温升预测中具有一定应用前景。     

直流偏磁下的变压器振动仿真与试验

针对变压器实际运行中经常会出现振动异常现象的问题,结合变压器铁心和绕组的振动机理,给出了变压器铁心和绕组所受电磁力方程和位移方程。利用COMSOL电磁场模块中的瞬态电流源建立电场模型,然后选择感应电流单元以电场模型计算结果作为激励源建立磁场模型,实现第一次电磁场的耦合建模。利用结构力学模块中实体应力应变部分建立结构力场模型,将电磁场耦合计算出的电磁力结果作为载荷加到力场模型中,实现第二次耦合,并最终得到发生直流偏磁时变压器内部磁通密度、机械应力分布、张力分布以及位移场分布的变化规律。通过搭建变压器振动试验平台,验证了铁心振动仿真模型、绕组振动仿真模型的正确性。     

基于冻结磁导率的变压器漏感计算

文中建立了变压器的场-路耦合模型,采用棱边元建立离散插值函数,运用直接耦合法求解电磁场方程和电路方程,通过损耗分离实现对铁心损耗的计算.利用所得模型,对一台电力变压器的内部故障进行了仿真分析,仿真结果与实际值一致,证明了模型的有效性.仿真分析表明:内部故障同时受故障绕组匝数和位置的影响,其结果可作为分析变压器内部故障的...     

基于棱边有限元的变压器场路耦合瞬态模型

提出了一种新的基于棱边有限元法的变压器场路耦合瞬态模型。为讨论节点有限元法与棱边有限元法的计算区别,根据实际变压器参数建立模型,利用Ansys二维轴对称单元、三维节点单元和棱边单元,研究铁心磁场分布和磁通连续性,并得出结论,节点有限元法在变压器电磁场计算中存在较大的误差,棱边有限元法可以显著提高计算精度。基于棱边有限元法建立场路耦合瞬态模型,在电路模型中利用动态电感参数,建立瞬态电路偏微分方程数学模型,用四阶龙格库塔法求解;根据能量扰动原理,在磁场计算中根据能量增量计算动态电感;代入瞬态电路方程,实现场路耦合。分析线圈电流、电感参数和铁心漏磁情况,并说明瞬态耦合模型的有效性与合理性。     

空载过励磁下电力变压器的磁场及损耗分布研究

本文中作者利用场路耦合法对典型变压器在空载过励磁条件下的伏安特性、铁心磁场及其损耗等进行了计算与分析。     

变压器箔式绕组挤流效应及涡流损耗的研究

建立了箔式绕组变压器场路耦合三维有限元模型,计算了变压器漏磁场分布及箔式绕组中的电流分布和交流损耗,得出了减小挤流效应和降低三相低压箔式绕组总损耗的方法。     

一起长圆绕组干式变压器噪声超标问题的分析与处理

建立了变压器场路耦合三维有限元模型,计算并分析了变压器漏磁场分布及绕组受力情况,对控制变压器噪声提出了具体措施。     

110kV环氧浇注干式变压器磁场有限元仿真计算

<正>基于有限元数值分析法建立了110 k V三相干式变压器的三维模型,采用三维时谐磁场计算变压器铁心处的磁通密度分布,进而根据经验公式求解变压器铁心损耗,计算表明变压器铁心损耗占总损耗的18.2%;通过对变压器绕组进行二维磁场实体建模并进行二维时谐磁场计算,从而求解绕组损耗,计算表明变压器绕组损耗占总损耗的81.8%。     

系统次同步分量对串联变压器的影响分析

为抑制电力系统次同步振荡,大量串联补偿装置经变压器接入电力系统,而次同步分量使变压器工作在异常状态.为研究次同步分量对变压器的影响,基于法拉第电磁感应定律推导含次同步分量时磁通表达式及影响磁通的因素,在借助有限元数值分析和变压器模型试验的基础上,研究不同次同步分量对220 V串联变压器空载原边电流波形和频谱的影响,验证次同步分量理论分析的正确性.该研究对实际工程具有参考性,有助于合理设计次同步抑制策略.     

大功率中频三相变压器优化设计方法

基于磁耦合的三相双有源全桥DC/DC变换器非常适合于大功率应用场合,尽管该型变换器具有诸多优势,但其内部核心磁性元件—大功率中频三相变压器的结构、工作模态、电磁特性更加复杂,容量、频率、损耗温升、漏电感相互制约,形成一个复杂的系统化设计难题。该文重点对大功率中频三相变压器整体优化方法和性能进行研究。结合三相双有源全桥DC-DC变换器的稳态电压和电流波形,采用基波分析法推导出中频三相变压器的各阶次谐波电流表达式,提出绕组损耗解析计算方法;根据六电平阶梯电压波激励下分段线性磁通密度波形,提出改进的IGSE公式用于计算铁心损耗;针对三相五柱式铁心拓扑结构,建立具有14个温度节点的集中参数热网络模型,用于计算中频三相变压器的最高温升;研究绕组排布方式对漏电感的影响规律,并给出漏电感解析表达式。在此基础上,提出基于自由参数扫描法的大功率中频三相变压器优化设计流程。按照最优设计方案制作了一台5kHz/15kW纳米晶铁心中频三相变压器模型,并对其漏电感、铁心损耗、绕组损耗、温升进行有限元仿真和实验测试,验证所提设计方法的有效性。     

换流变压器基波及谐波作用下损耗分布与特性的研究

换流变压器在实际运行中承受交直流复合电压,其绕组内部含有较高的谐波分量.谐波电流会影响换流变压器内部磁场从而产生谐波损耗.对此,本文搭建了400 kV换流变压器三维电磁瞬态仿真模型,对换流变压器谐波对于损耗的影响进行了研究,并通过对比试验数据验证模型的可靠性.以含谐波分量的电流作为激励,本文分别将各次谐波叠加在基波电流上进行了损耗计算.通过对比各次谐波电流叠加基波电流作为激励时换流变压器铁心、绕组以及结构件的损耗分布,总结了谐波对于换流变压器内部损耗的影响机理.     

纳米晶铁心变压器空载损耗的研究

本文作者首先通过实验实测纳米晶铁心损耗曲线,然后基于纳米晶铁心损耗测试结果进行变损耗系数铁损计算模型的研究,得出纳米晶铁心磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗系数随频率变化的修正模型,最后以SCB12-L-800/10干式变压器为例,对比分析了纳米晶铁心变压器空载损耗的解析计算与有限元结果。结果显示,变损耗系数铁损计算模型提高了变压器的铁损的计算精度,并且在相同尺寸下对比纳米晶和23RK100铁心材料下变压器的空载损耗,纳米晶铁心变压器空载损耗仅为硅钢片铁心变压器的9.5%,因此,采用纳米晶料替代传统硅钢片作为变压器铁心可有效降低变压器运行中的空载损耗,有利于提高大功率变压器的效率,降低变压器的体积和重量。     

考虑磁滞与谐波特性的开关磁阻电机铁损分析

非晶合金开关磁阻电机(SRMA)的双凸极结构和脉冲供电方式决定了电机内磁场分布的非正弦性,并且不同部位磁通密度波形具有较大差别,导致难以准确计算SRMA的铁心损耗。考虑到非正弦激励下铁心损耗难以用传统的Bertotti损耗分离模型进行计算,本文提出一种耦合Play磁滞模型与变修正系数动态损耗模型的SRMA铁损有限元分析方法。首先,构建非晶合金磁特性测量平台,测量了不同工况下的磁滞回线与损耗特性;其次,根据测量得到的准静态磁滞回线对Play磁滞模型进行参数辨识,并用该模型计算SRMA的磁滞损耗;引入与磁通密度和频率相关的变修正系数,对含高次谐波的SRMA铁心动态损耗进行准确计算;最后,将Play磁滞模型与变系数傅里叶分解损耗计算方法应用于SRMA铁心损耗的有限元分析之中,并进行了实验验证。结果表明,所提方法在SRMA铁损计算中具有较高的精度。     

一种考虑动态磁滞效应的高效稳定时域有限元计算方法

在时域有限元分析中,考虑铁心磁滞特性与损耗等效磁场对磁场分布的反馈作用,对精细化模拟电工装备的暂态电磁特性具有重要意义。针对耦合动态磁滞特性有限元分析中,存在计算时间长、收敛不稳定等问题,该文提出一种基于等效磁阻率的改进固定点迭代策略,并应用于耦合Preisach磁滞模型的时域有限元分析中。首先,鉴于逆Preisach模型易于数值实现且具有较高的计算精度,铁心材料的磁滞行为由逆Preisach模型进行描述,并基于解析一阶回转曲线对模型进行了参数辨识;其次,通过分析动态磁场分量对收敛性的影响,提出基于等效磁阻率的固定点迭代策略,并在有限元迭代过程中引入松弛因子以加强算法的收敛速度与稳定性;最后,以爱泼斯坦方圈为例,计算铁心中的磁场分布特性与瞬时损耗分布特性并进行实验验证。结果表明,该文所提动态磁滞有限元计算方法在具有较高精度的同时具有较好的收敛速度及稳定性。     

基于场路耦合法的新型换流变压器电磁特性的仿真研究

由于新型换流变压器具有较特殊的接线方案,其电磁特性直接关系电磁参数的设计及系统运行.基于场路耦合法,建立了新型换流变压器的场路耦合数学模型,并以某一实际新型换流变压器的原理样机数据为依据,建立了相应的有限元仿真模型;并对该新型换流变压器在投入和不投入阀侧滤波器两种工况进行仿真,通过对比两种工况条件条件下的网侧电流、感应电动势、励磁电流及铁心主磁通,结果表明:新型换流变压器在投入阀侧滤波器条件下,网侧电流中的谐波含量大大降低;感应电动势畸变率变小;励磁电流和铁心主磁通波形接正弦.新型换流变压器的电磁特性较传统换流变压器得到大大改善,有利于降低谐波对换流变压器的不利影响.