磁阀式可控电抗器绕组结构对其过渡过程的影响分析

磁阀式可控电抗器(magnetic-valve controllable reactor,MCR)的绕组结构与其过渡过程快慢(快速性)关系密切。根据相关文献对他励式MCR快速性的改进思想,分别对自励式MCR、传统他励式MCR以及串并联型他励式MCR的3种不同绕组结构进行对比分析,研究各工作绕组以及控制绕组上的交流和直流感应电动势的大小,并分析得到影响3种MCR响应速度的根本原因。同时,基于MATLAB/Simulink仿真平台,提出采用多绕组变压器模型搭建3种MCR快速性仿真模型,并进行快速性实例仿真和对比分析。通过制造MCR样机进行实验验证了理论分析和仿真结果的正确性。讨论结果表明:串并联型他励式MCR的工作绕组结构能有效地改善MCR的快速性,综合优势明显,且对其进一步的快速性改善仅需减小其控制回路时间常数即可。文中工作为帮助认识影响MCR快速性的机理提供基础,并提供一种MCR快速性仿真建模方案。     

基于多线圈耦合的新型换流变压器仿真模型设计

为研究新型换流变压器正常运行、内外部故障、铁心饱和时的电磁暂态瞬变过程及电气量的变化规律、开发配套的新型换流变压器保护方案,有必要设计新型换流变压器仿真模型进行相关的研究。文章基于互相耦合的概念,建立了新型换流变压器的多线圈耦合模型,在此基础上,根据新型换流变压器特殊的接线方式,结合有限元仿真软件,采用Matlab里的多线圈耦合模块分别设计了正常状态和发生内部故障时的新型换流变压器仿真模型,并设计了非线性电感支路来模拟新型换流变压器铁心饱和特性,仿真结果证明了本文所建仿真模型的正确性。本文设计的新型换流变压器仿真模型物理概念清晰,设计过程简单,计算精度较高。该种仿真模型设计方法能用于实际工程中任意复杂多绕组变压器的正常状态、内外部故障以及励磁涌流仿真建模与分析。     

基于MATLAB多绕组变压器模型的磁饱和式可控电抗器仿真建模方法

根据磁饱和式可控电抗器(MSCR)的结构特点,提出了基于MATLAB多绕组变压器模型的MSCR仿真建模方法。通过对MSCR基本参数关系和铁芯磁化饱和特性的分析,找到了MSCR额定容量、额定电压、额定频率、自耦比和绕组电阻等参数与MATLAB多绕组变压器模型参数之间的定量关系,明确了基于MATLAB多绕组变压器模型的MSCR仿真模型参数的设置方法。实例仿真结果说明,所建MSCR仿真模型不仅可以对绕组、晶闸管、二极管等MSCR元器件的电压和电流,以及晶闸管、二极管之间的换流过程进行仿真分析,而且具有直观简单、不依赖于MSCR结构参数和准确有效的特点。     

基于MATLAB的磁阀式可控电抗器仿真建模

以磁阀式可控电抗器(magnetically controlled reactors,MCR)无功补偿装置作为研究对象,阐述其工作原理和电磁特性。选取2个相同参数的饱和变压器作为MCR的本体,在MATLAB/Sim Power System平台上搭建仿真模型,通过设定饱和变压器的额定容量、额定电压、自耦比、绕组电阻等参数,得到不同触发角的MCR工作电流和磁链波形。仿真结果与铁心运行时的电磁特性理论分析结果相符,说明仿真模型正确。     

变压器绕组松动机械特性研究

为研究基于振动特性的变压器故障检测方法,本文从变压器绕组的机械稳定性研究出发,通过建立变压器绕组机械动力学特性模型,利用ANSYS有限元仿真分别对变压器绕组正常和松动状态进行建模研究,得到了变压器绕组两种状态下的固有振动特性,为进一步研究变压器绕组故障检测方法打下基础。     

变压器短路阻抗在线监测的场路耦合法仿真及试验

目前变压器短路阻抗在线监测的研究主要基于电路等效的理论推导,所采用电路模型仿真无法模拟变压器发生绕组变形时磁场的变化。为了给变压器短路阻抗在线监测装置的开发提供更加精细的仿真与实际运行数据支持,设计了绕组可轴向活动的单相双绕组油浸式变压器。根据变压器的实际参数对其进行"磁场-电路"耦合法仿真,研究计算变压器正常运行与绕组发生轴向位移情况下短路阻抗的大小,并开展相应的试验对仿真结果进行验证。得到的试验结果与仿真结果一致,表明该仿真方法能够正确仿真变压器在线运行情况;并且结果显示,当绕组发生轴向位移时短路阻抗增加。     

基于隐式梯形–时步保持法的3/12相电机建模

综合电力系统（integrated power system,IPS）包含3/12相双绕组发电机等特殊高阶非线性元件,现有电力系统电磁暂态仿真软件均不提供其仿真模型。为此,采用隐式梯形法对双绕组发电机数学模型进行差分离散化处理,通过定、转子分离迭代,推导出电机等效电路模型,并在PSCAD中建立双绕组发电机仿真模型。应用时步保持算法,将模型的仿真时步划分为计算时步和保持时步,提高了计算速度。最后,构建综合电力推进系统试验平台,发电机空载短路、推进系统调速的试验与仿真结果吻合,验证了建模方法的有效性和所建模型的正确性。研究表明,基于隐式梯形–时步保持算法的建模方法能够准确高效地建立双绕组发电机的仿真模型,可应用于EMTP类仿真软件,并可推广至IPS各类多相电机建模。     

基于有限元法的电力变压器绕组集总参数电路仿真建模

频率响应法常与变压器绕组等值电路结合起来共同分析变压器的频响机理和绕组状态,而绕组建模是必要的基础性工作。为此,提出了一种基于有限元法的变压器绕组建模方法。利用有限元仿真软件ANSYS Maxwell建立了电力变压器(容量为400kVA,连接组别为YNyn0)的有限元模型,结合推导的基于单饼的变压器绕组纠结和顺序缠绕方式的等值纵向电容计算方法,求解得到了变压器的主要电气参数并搭建了绕组的等值集总参数电路,然后对健康和饼间短路故障绕组进行了仿真和实测研究。研究结果表明:缠绕方式是绕组建模需要考虑的一个重要影响因素;健康绕组和短路故障绕组所得仿真和实测扫频频响曲线走势均大体一致,部分谐振点谐振频率几乎重合,前者第3、4、6、7个谐振峰值和第2、4、6、7、9个谐振谷值对应频率基本一致,最大误差为6.76%,验证了电路模型以及计算方法的正确性。该建模方法具有直观、方便、简单的特点,后期可用于探索研究更多变压器绕组变形,辅助实现故障模式识别等。     

考虑铁心深度饱和的单相双绕组变压器改进π模型

考虑铁心深度饱和的变压器模型是准确模拟变压器低频电磁暂态的关键。现有的T模型和Γ模型均存在物理缺陷:认为铁心深度饱和时其各部分饱和程度一致,这与实际情况不符;虽然现有的π模型能够解决此问题,但尚未见能够表征铁心从开始饱和到深度饱和渐变物理过程的π模型。该文以经典π模型为基础,基于直流电源激励铁心进入深度饱和的原理,利用耦合交流小信号测量铁心励磁曲线的饱和段数据,构建整条励磁曲线。提出将励磁曲线分配到π模型2个励磁支路上的方法,由此对π模型励磁支路的非线性特性进行准确表达,进而建立一种考虑铁心深度饱和的单相双绕组变压器改进π模型。对2台不同铁心材料的单相双绕组变压器进行开路、短路和深度饱和试验,提取建模参数,在ATP/EMTP中搭建改进π模型,同时以现有T、Γ和π模型为基础,分别搭建考虑和不考虑铁心饱和过程的6种变压器模型。利用励磁涌流和直流偏磁试验对所建立的模型进行验证,结果表明,该文提出的改进π模型误差小于5%,精度明显高于其他几种模型,说明其对以励磁涌流为代表的变压器低频电磁暂态具有较高的模拟精度,能够为EMTP类电磁暂态软件提供基础变压器模型。     

电力机车主变压器空载合闸瞬变过程仿真

电力机车主变压器空载合闸电磁瞬变过程复杂,常规工程计算方法精度与效率不高。为此引入复合短路阻抗,将多绕组变压器模型简化,并在MATLAB/PSB中建立了能够反映多绕组电力机车主变压器空载合闸的仿真模型。结合模型给出了其等值阻抗、合闸初始相位角、剩磁和饱和特性对其空载合闸产生的励磁涌流影响的分析。仿真结果为电力机车主变压器的继电保护、电磁设计和运行系统控制提供了重要的理论依据。     

基于相分量法的新型换流变压器数学模型

与传统的换流变压器相比,自耦补偿与谐波屏蔽换流变压器具有独特的绕组联结方式.本文以变压器耦合电路原理为基础,以实际变压器设计参数为依据,首次以相分量法建立了反映新型换流变压器绕组联结特点、电气参数等信息的基本数学模型.并结合统一广义双侧消去法,通过对基本模型的拓展,建立了更为详细的计及中性点接地阻抗的节点拓展模型、计及二次角接三角形绕组抽头处滤波装置的支路拓展模型与将抽头处无源设备等效为变压器本体一部分的等效双绕组变压器模型,便于在实际工程中灵活应用.该建模方式合理、简捷、准确,对于解决各种复杂多绕组变压器建模问题具有普遍意义.实际算例表明,所建立的数学模型计算精度高,可用于解决电力系统中与变压器相关的各种实际工程的计算问题.     

基于变压器双电容模型的光伏全桥LLC变换器共模干扰建模分析

LLC变换器可以在全负载范围内实现软开关,整体效率与功率密度更易得到提升,在以光伏发电形式为主的直流微网中得到广泛的应用。随着碳化硅等第三代半导体器件的渐渐普及,LLC变换器的工作频率越来越高,其高频变压器寄生电容对变换器共模干扰的影响愈发明显。现有针对变压器寄生电容的简化建模主要基于变压器内部绕组结构,使得集总电容模型的解析式较为复杂,不利于实际应用。对此,基于独立电压变量个数推导出一种适用于全桥LLC变换器共模干扰建模的变压器双电容模型,得到简洁易用的解析计算表达式,该模型可适配不同结构变压器,具有普适性。基于推导的双电容模型建立了全桥LLC变换器共模传导干扰模型,通过Matlab/Simulink仿真验证了所提双电容模型和共模干扰模型的准确性。     

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。     

多绕组中频变压器宽频建模方法

多绕组中频变压器是张北柔性变电站DC/DC变换环节的核心设备。由于缺乏适用于大容量DC/DC变换器的多绕组中频变压器仿真模型,难以对变换器在中高频率下的运行特性进行准确分析。该文建立了多绕组中频变压器的宽频模型,并提出了寄生电容参数的实验提取方法。基于端口阻抗特性测量,即可完成寄生电容参数的有效提取。利用张北柔性变电站示范工程中用的4绕组中频变压器样机验证了所建宽频模型与参数提取方法的有效性。在此基础上,通过仿真与实验研究了多绕组中频变压器传输额定功率时的电压、电流传输特性,结果表明在高频下必须考虑变压器寄生电容的影响。     

谐波励磁同步发电机的建模与动态特性仿真

励磁系统对于同步发电机的稳定运行具有重要作用,三次谐波励磁具有自励恒压、动态特性优良的特点,广泛应用于中小型同步发电机。目前关于三次谐波励磁系统的建模研究较少,为建立谐波励磁系统的模型,首先根据谐波绕组的结构特点,推导了三次谐波电动势公式,并指出其自励恒压的特点;进而在一般同步发电机模型的基础上,引入谐波绕组对其转子运动方程的影响,最后以励磁调节器为核心,分析了闭环励磁系统的控制框图。在理论分析的基础上,基于Matlab/Simulink环境,对模型的动态特性进行仿真分析。结果表明,负载突变时谐波励磁同步发电机的端电压恢复快、超调小,所建模型为进一步开展相关研究提供了基础。     

大型油浸式变压器绕组温度场的有限元分析

大型油浸式电力变压器负载损耗较高,且绕组及油道结构复杂,为更好地掌握大型油浸式电力变压器绕组温度场分布特性,文中针对220 kV大型油浸式电力变压器,在分析变压器损耗与传热的基础上,建立了变压器流体力学-温度场耦合的仿真模型,基于有限元分析求得变压器内部温度—流体场,研究结果表明:由于绕组内部起导油作用的油道隔板的影响,温度沿绕组轴向高度呈周期性上升趋势;绕组局部温度分布不均衡,对绕组油道结构进行优化设计可改善绕组温度分布的局部不均衡性,降低绕组热点温度。     

基于数值仿真及试验验证的油浸式变压器绕组热特性分析

本文中作者针对一台额定容量为66MVA的油浸式变压器进行其绕组区域温度计算的CFD数值仿真建模研究,根据已有研究成果及试验实测,对比验证了数值建模方法的有效性和准确性.进一步基于数值仿真进行了绕组区域热特性分析研究.     

考虑铁磁磁滞的变压器励磁涌流仿真分析

提出了一种考虑铁芯铁磁磁滞的变压器电磁暂态模型,并对变压器空载合闸时的励磁涌流现象进行了仿真研究。基于目前工程中应用较为广泛的Jiles-Atherton铁磁磁滞原理建立铁芯磁滞磁化曲线模块,通过设置适合的参数计算得到了与实际测量值较为吻合的 B-H曲线;通过分析单相三绕组变压器铁芯绕组结构及其电路模型,得到其电磁暂态计算模型;通过分析三相五柱式变压器磁路结构并利用对偶性原理,得到了其暂态计算分析模型。利用所建立的暂态计算模型对单相三绕组变压器的励磁涌流现象进行了仿真研究,仿真计算结果与实际试验测量结果的对比证明所提出的暂态计算模型的正确性和有效性;同时也对三相变压器组和三相五柱式变压器空载合闸时的励磁涌流进行了仿真计算,仿真结果证明所提出的暂态计算模型能够准确地分析变压器空载合闸时的励磁涌流现象。     

特高压交流系统三绕组自耦变压器非线性模型的研究

建立精确的自耦变压器非线性模型是对1000kV交流输电系统谐波特性进行仿真分析的基础。本文基于单相三绕组自耦变压器的电磁关系,充分考虑激磁阻抗的影响,提出了一种适用于谐波分析、易于仿真实现的单相三绕组自耦变压器的非线性模型,然后分别引入ir-u和il-u瞬时特性曲线来求解激磁阻抗,并详细介绍了曲线的数值模拟方法。结合我国晋东南-南阳-荆门1000kV特高压交流试验示范工程中的主变参数在PSCAD/EMTDC中进行了建模和仿真,证明所建立的模型能够比较准确地反映自耦变压器的饱和特性,为搭建完整的1000kV交流输电系统仿真模型和进行其谐波特性分析提供了必要条件。     

VFTO作用下变压器绕组的过电压计算

为研究气体绝缘变电站中陡波前过电压对变压器的影响和解决大型电力变压器建模时矩阵阶数过大问题,详细推导了以匝为单元建立的变压器绕组多导体传输线(MTL)模型的计算公式,提出了该模型结合等效阻抗建立变压器绕组模型的新方法,有效地提高了计算效率。仿真与试验结果说明该法正确可行。