基于高频电力线模型的整流器传导干扰分析与验证

电力传输线是引起电力电子装置或系统发生电压反射以及无法满足电磁兼容限值的主要原因,为了实现整流系统电磁干扰估算,构建能够精确反映电磁传输特性的电缆模型是关键环节之一。高频时参数的频率变化及集肤效应引起的分布特性差异对导体电流分布密度产生影响,此时计及集总参数的S.Kim模型无法精确表征传输线固有特性。为实现模型宽频带寄生参数准确辨识,故采用基于"N-Branch"理论的传输线等效电路拟合策略,从而实现预测模型精确逼近和稳定收敛,为功率整流器系统的EMC设计提供有效的理论依据。最后,通过数值计算和实验结果对上述建模机理可行性与准确性进行验证,在低频段传导干扰实测值与预测结果几乎一致,而在高频段仅仅产生约5 d B的估算误差,预测趋势基本符合。     

基于高频电力线模型的整流器传导干扰分析与验证EI北大核心CSCD

电力传输线是引起电力电子装置或系统发生电压反射以及无法满足电磁兼容限值的主要原因,为了实现整流系统电磁干扰估算,构建能够精确反映电磁传输特性的电缆模型是关键环节之一。高频时参数的频率变化及集肤效应引起的分布特性差异对导体电流分布密度产生影响,此时计及集总参数的S.Kim模型无法精确表征传输线固有特性。为实现模型宽频带寄生参数准确辨识,故采用基于"N-Branch"理论的传输线等效电路拟合策略,从而实现预测模型精确逼近和稳定收敛,为功率整流器系统的EMC设计提供有效的理论依据。最后,通过数值计算和实验结果对上述建模机理可行性与准确性进行验证,在低频段传导干扰实测值与预测结果几乎一致,而在高频段仅仅产生约5 d B的估算误差,预测趋势基本符合。     

考虑频变参数的油浸式变压器绕组分数阶传输线模型

建立精确的变压器绕组模型对于准确分析研究绕组各处的电压分布具有重要意义。导线的趋肤效应和油纸介电常数的频变特性分别是造成变压器绕组传输线模型的阻抗和导纳参数频变的主要因素。然而,以往的变压器绕组传输线模型通常将油纸介电常数的频变特性和导线的趋肤效应忽略,影响暂态过电压分布计算的准确性。该文以具有单弛豫过程的Cole-Cole模型为基础,对油浸纸样品的实测介电常数进行拟合,利用拟合模型和平行板电容公式,推导出变压器绕组传输线模型的分数阶导纳参数,进而建立变压器绕组的分数阶传输线模型。通过对分数阶传输线模型进行仿真计算,得到绕组上的过电压波形,将仿真值与实验实测值以及未考虑频变参数时建立的整数阶传输线模型仿真值进行对比,验证了所提分数阶模型的准确性。     

PWM逆变器共模传导电磁干扰的预测

在PWM逆变器系统中，IGBT的高速开关动作会产生很高的dv／dt、di/dt，导致严重的电磁干扰。对PWM逆变器共模传导电磁干扰的机理进行研究，得出了共模传导干扰源和传播途径。通过与buck变换器进行对比，提出了一种用于研究PWM逆变器共模传导干扰的等效电路，利用实验测得等效电路中无源器件的参数及对等效电路的电压源进行傅立叶变换，在10KHz-30MHz频段进行了频域分析，计算的共模传导干扰频谱与实验结果进行对比基本一致，证明文中提出的共模传导干扰等效电路模型及其分析的正确性。     

电气系统中多导体传输线的瞬态电磁响应

连接电气系统的多导体传输线在电偶极子激励下的瞬态电磁响应分析是开展电力系统电磁干扰防护工作的基础。本文将复频域形式的BLT(Baum-Liu-Tesche)电流方程分解为电偶极子电磁场等效分布电压源与负载端电压两部分激励产生的响应之和,在此基础上利用拉普拉斯反变换得到了线性多导体传输线的时域终端电压-电流关系式,并将传输线的初始条件等效为线上的分布激励源,计及了由传输线初始状态产生的零输入响应。与数值算法结果的对比验证了所提出的传输线时域终端电压-电流关系式。最后,通过一个交直流供电系统计算例,说明了本文给出的方法可有效地计算外部电磁场与电气系统中多导体传输线的电磁耦合问题。     

特高压气体绝缘开关设备套管的宽频等效电路建模

气体绝缘开关设备(GIS)进出线套管处的电磁模型对特快速暂态过电压(VFTO)、暂态外壳电压(TEV)以及外部瞬态空间电磁场的建模计算有重要影响。特高压GIS系统的VFTO频率最高可达100MHz,此时套管屏蔽层导体的长度与电磁波波长可比拟,不能再用集总参数对套管建模。建立了具有双层屏蔽导体的特高压GIS复合套管宽频等效电路,分别采用传输线理论、分段传输线的级联和近似公式建立套管的三导体系统间均匀段、尺寸渐变段的双导体和导体间电磁泄漏阻抗的模型;用集总电容来等效导体尺寸不连续处激发的电磁波的高次模对主模传输的影响;分别提取套管顶部均压环、中间屏蔽层的对地电容,提取套管顶部均压环对中间屏蔽层的部分电容。综合上述传输线及各个部位的阻抗模型,计算1~100MHz频率范围内,从套管底部看进去的输入阻抗,并与全波电磁仿真的套管三维输入阻抗对比,二者一致性较好。     

一种模块化的感应电机系统传导电磁干扰预测模型

深入研究感应电机驱动系统传导电磁干扰机理问题,对于由脉宽调制(pulse width modulation,PWM)功率变换器产生的电磁干扰源,提出将各开关状态分为2种模式,并结合负载电流的各个不同水平,建立各开关状态下的噪声源模型组合,感应电机驱动系统噪声源可根据这些组合联立获得。针对感应电机驱动系统中长线传输时电压反射现象及其造成的电机端过电压,建立长线电缆的高频传输线模型;分析感应电机绕组的高频特性,根据传输线理论,建立简化的感应电机高频等效模型。根据精确的噪声干扰源模型、长线电缆模型和电机模型,构建感应电机驱动系统"干扰源-传播路径-受扰体"的整体传导电磁干扰预测模型,实现其传导电磁干扰的有效预测。     

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。     

电力变压器的宽频带建模及阻抗分析

为了能够在设计阶段正确地预测变压器线圈中快速暂态过电压的分布,需要对变压器线圈进行宽频范围的建模。将多传输线模型应用于变压器线圈宽频率范围的建模并计算等值电路的入端阻抗,可以比较全面地了解线圈中自然频率分布及暂态响应的频率特性,并比较容易地通过测量模型变压器的入端阻抗,验证电路模型的频率有效范围。本文首先分析了基于柱坐标的环形多传输线模型与基于直角坐标的直线多传输线模型的等效性,推导了相模转换的计算公式,从而获得传输线π型等值电路参数,然后采用节点法求得入端阻抗和电压传递函数。模型线圈入端阻抗测试结果验证了电路模型在约20MHz频率以内可以满足工程计算的需要。     

高铁信号系统多芯扭绞电缆宽频建模研究

为了研究高铁信号系统多芯扭绞电缆暂态过电压特性,指导高铁信号电缆的暂态过电压防护,该文分析了现有电缆暂态模型的不足,提出一种改进计算方法。该计算方法可分为单个扭绞周期长度电缆级联传输线参数计算和电缆多导体传输线时域宽频等效建模两个方面,考虑了芯线间的临近效应和集肤效应的影响以及电缆的扭绞特性。通过与雷电冲击下的转移阻抗特性和传递特性试验对比验证了建模方法的有效性。针对高铁常用的双四线组扭绞信号电缆,建立了其宽频模型,分析了电缆屏蔽接地方式和备用芯线接线方式对电缆芯线雷电暂态过电压特性的影响,结果表明:双端接地方式能明显限制芯线对地暂态过电压幅值;备用芯线与屏蔽层连接并接地可一定程度上降低工作芯线对地暂态过电压幅值。     

基于多导体传输线模型的单相双绕组变压器宽频网络参数计算

为克服大型变压器类设备宽频网络参数难以测量的问题,应用多导体传输线(multiple translation lines,MTL)理论,根据实际变压器绕组的结构,建立了电气参数有限元计算模型和等效MTL分析数学模型,并以此模型计算变压器的宽频网络参数。对比分析用网络分析仪测量得到的网络参数与计算结果,验证了该方法是可行、有效的,也为建立变压器宽频宏模型奠定了基础。     

外场激励下多导体传输线响应的节点导纳分析法

基于空间电磁场激励下的Taylor和Agrawal传输线模型,分别推导了Taylor 和Agrawal模型的均匀平面波激励下耦合多导体传输线终端响应的方程.将沿传输线分布的激励源等效为终端等效电流源,根据散射电压、入射电压和总电压的定义以及终端网络的边界条件,分别以传输线终端节点的总电压和散射电压为未知量,推导了均匀平面波激励下端接耦合多导体传输线的节点导纳方程.该方程为分析均匀平面波激励下含有复杂终端网络的传输线以及传输线网络的节点电压电流响应提供了简便途径,概念和计算过程简单,易于计算复杂传输线网络的节点电压.考虑大地的影响,本文全面阐述了传输线耦合电压响应分析过程,并验证了该方法的正确性.对含屏蔽地线的五导体传输线响应进行了数字仿真,并分析了地线对其他三导体响应的影响.     

硅钢片铁心的宽频动态电路仿真模型

对硅钢片铁心进行准确的宽频建模,是实现对含铁心的电气设备及其系统精确分析的关键所在。然而,由于铁心饱和及集肤效应,使得铁心的某些参数随激磁电压频率的变化而变化,导致铁心在高频下的建模尤其困难。针对这一问题,鉴于铁心内每片硅钢片的磁场分布规律基本相同,提出一种基于等效电路法的硅钢片铁心宽频动态模型。即对硅钢片合理剖分后,铁心等效为一个梯形电路,此电路可按照一定的规则与外电路相连,从而实现整个系统的分析和计算。本文优化了等效电路法中硅钢片的剖分原则,对于工作带宽在0.05~40k Hz之内的电路,铁心可由不超过3阶的梯形电路等效。采用改进郎之万函数和剂量–效应函数分别拟合磁化曲线和非线性电感,能够快速获得电感值用于模型仿真计算。最后,通过高频振荡试验及工频试验验证了文中所提铁心宽频电路模型的正确性与有效性。     

高速铁路牵引网谐波谐振模型及谐振特性研究

数字化仿真是研究牵引供电系统谐波谐振问题的重要手段,建立准确的仿真模型对谐波谐振问题有重要的意义。以AT供电方式为例,应用自然切割的思想分析牵引网的网络结构,结合多导体传输线理论,通过计算分布参数下多导体传输线系统的传输参数方程提出针对牵引网谐波谐振研究的不对称π型等效模型。在此基础上比对实测结果和仿真结论,验证模型的准确性,并归纳总结了牵引供电系统谐振频率、过电压和过电流等谐波谐振特性。     

基于多导体传输线模型的变压器绕组分布参数计算

为了研究局部放电信号在变压器绕组内部的传播过程,建立了变压器线圈绕组的多导体传输线模型。以40匝单层绕组为特例,根据绕组的轴对称性,建立二维等效有限元模型。考虑绕组核心材料为空心、铝心和铁心的情况,分别采用静电场和时谐磁场模型计算变压器绕组的电容、电感、电阻分布参数。对于频变参数,选取多个频率点进行时谐场计算。在求解过程中,重点考虑了趋肤效应的影响。参数计算的结果同实测的结果基本吻合,计算方法对于研究局部放电(PD)脉冲在电力设备中的传播特性有十分重要的意义。     

单相三绕组变压器宽频等效模型研究

研究复杂电磁环境对电力系统的影响,有效的方法是通过建立电力设备的宽频模型,以模拟不同特性电磁干扰下设备响应情况.为此基于多端口网络理论,提出一种针对三端口网络的二端口等效模型.在此基础上测量了一台单相三绕组变压器宽频参数,通过电路综合及无源化处理建立其宽频等效电路.试验结果证明所建模型适用于单相三绕组变压器宽频电磁兼容分析。     

单相三绕组变压器宽频等效模型研究

研究复杂电磁环境对电力系统的影响,有效的方法是通过建立电力设备的宽频模型,以模拟不同特性电磁干扰下设备响应情况。为此基于多端口网络理论,提出一种针对三端口网络的二端口等效模型。在此基础上测量了一台单相三绕组变压器宽频参数,通过电路综合及无源化处理建立其宽频等效电路。试验结果证明所建模型适用于单相三绕组变压器宽频电磁兼容分析。     

脉冲变压器特快速暂态电压分布计算

为了研究在陡波前、高冲击电压作用下，脉冲变压器(PT)锥形绕组中的特快速暂态电压分布特性，文中建立了基于多导体传输线(MTL)理论的绕组分布参数模型。模型的电气参数通过有限元法(FEM)计算，用频域法计算了在多种情况下绕组的对地电压分布以及匝间电压分布，计算结果表明此模型可对锥形绕组的电压分布进行有效计算，对匝间绝缘设计有一定的参考意义。     

全桥推挽式双向DC/DC变换器的建模与控制

全桥推挽式双向DC/DC变换器大都采用状态空间平均法来建模,建模过程复杂。以隔离型推挽式双向DC/DC变换器为研究对象,采用PWM开关模型法获得了变换器的等效电路模型。基于该等效模型,构建了变换器在不同工作模式下的闭环控制系统,进行了电压控制环的设计和校正,实现了不同工作模式下的恒压充放电控制策略。实验和仿真结果验证了结论的正确性。     

基于Brune综合法的HVDC换流站阀系统宽频建模

为了预测计算晶闸管开断产生的电磁干扰噪声,准确建立阀系统各元件（晶闸管、阻容均压回路、均压电容、饱和电抗器）的宽频等效电路模型是十分必要的。为此,提出基于Brune综合法的HVDC换流站阀系统宽频建模方法：在测量得到各元件散射参数后,对测量到的数据进行转换和有理逼近,得到有理逼近表达式后应用网络综合方法进行电路建模。将等效电路的EMTP仿真结果与测量结果进行比较,验证了模型的正确性。