【摘要】：電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的電氣主設備之一,其運行狀態(tài)直接影響著電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大,斷路器等設備操作日益頻繁,變壓器遭受鐵磁諧振、勵磁涌流等低頻電磁暫態(tài)損害逐漸增多,建立準確的變壓器低頻電磁暫態(tài)模型是開展電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真研究的基礎。但變壓器結(jié)構復雜、種類繁多且工作狀態(tài)多變,構建一個精確的磁路和電路統(tǒng)一的變壓器電磁暫態(tài)模型十分困難。此外,現(xiàn)有磁滯模型大多面向磁性材料特性,其通常以磁性參量為基準構建數(shù)學模型,然而典型的EMTP類軟件通常以電氣參量為計算基準構建元件模型,使得該類磁滯模型難以應用于變壓器等設備特性的電磁暫態(tài)建模。因此,本文從變壓器繞組和鐵芯結(jié)構型式出發(fā),建立不同結(jié)構三相變壓器繞組頻變模型和鐵芯等值電路模型,提出一種考慮各向異性的變壓器鐵芯磁滯模型,探究不同結(jié)構三相變壓器低頻電磁暫態(tài)模型參數(shù)最優(yōu)化算法及計算方法,研究在EMTP-ATP中實現(xiàn)電壓驅(qū)動型磁滯電感以及構建變壓器低頻電磁暫態(tài)模型的方法,最后通過鐵磁諧振試驗驗證本文變壓器低頻電磁暫態(tài)模型的準確性。論文的主要研究工作如下:(1)通過對現(xiàn)有變壓器繞組和鐵芯拓撲結(jié)構的分析,分別建立了不同結(jié)構型式頻變繞組電阻、漏感以及電容的等值電路模型;建立了磁路轉(zhuǎn)換為電路的電磁對偶變換定則,并據(jù)此得到了三相三柱、三相五柱以及三相殼式變壓器鐵芯等值電路;基于零序磁通分布的不均勻性以及不同勵磁水平下變壓器箱壁飽和程度不同的特性,建立了基于Cauer等值電路的三相三柱變壓器箱壁電磁暫態(tài)模型。(2)以經(jīng)典JA磁滯模型為基礎,從能量平衡方程出發(fā),推導并建立了動態(tài)JA磁滯模型及其逆模型,并通過對傳統(tǒng)朗之萬函數(shù)表示的無磁滯磁化曲線的修正,建立了考慮各向異性的復合JA磁滯電感;基于Matlab平臺分別研究了不同算法求解復合JA磁滯電感的性能差異,并將復合JA磁滯電感模型與傳統(tǒng)JA磁滯模型進行了比較,結(jié)果表明復合JA磁滯電感能夠描述更多種類材料的磁滯特性;研究了參數(shù)對復合JA磁滯電感磁滯回線的影響規(guī)律,為模型參數(shù)辨識與計算奠定了基礎;最后建立了計及復合JA磁滯電感的三相三柱、三相五柱以及三相殼式變壓器低頻電磁暫態(tài)模型。(3)提出了采用差分-混合蛙跳復合算法求取本文復合JA磁滯電感參數(shù)的方法;以1.0 T和1.5 T最大磁感應強度下取向和無取向硅鋼環(huán)形鐵芯磁滯回線試驗結(jié)果為依據(jù),研究了遺傳算法、模擬退火算法、差分進化算法和差分-混合蛙跳復合算法對本文復合JA磁滯電感參數(shù)優(yōu)化性能的差異;最后以變壓器勵磁涌流為例,通過三相五柱變壓器三相勵磁涌流試驗,對比分析了本文復合JA磁滯電感和傳統(tǒng)R//L模型所得勵磁涌流仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的誤差。(4)提出了一種電壓驅(qū)動型動態(tài)ψ-i JA磁滯電感模型,探討了其在EMTP-ATP中的實現(xiàn)步驟和過程;基于GO鐵芯在50 Hz和150 Hz下的空載勵磁特性,結(jié)合上一節(jié)中的差分-混合蛙跳復合算法,對兩種不同表達式的動態(tài)ψ-i JA磁滯電感的精度進行了比較分析;以上升正弦勵磁測試和諧波勵磁測試為基準,分析了電壓驅(qū)動型動態(tài)ψ-i JA磁滯電感在電磁暫態(tài)過程中的工作特性,最后分別開展了單相和三相變壓器鐵磁諧振基頻和分頻試驗,通過非線性動力學分析方法,對比分析了基于電壓驅(qū)動型動態(tài)ψ-i JA磁滯電感的鐵磁諧振仿真結(jié)果與試驗結(jié)果的誤差,驗證了本文基于EMTP-ATP的變壓器低頻電磁暫態(tài)模型的準確性。本文的研究結(jié)果表明:采用本文所建立的變壓器低頻電磁暫態(tài)模型分析鐵磁諧振等低頻電磁暫態(tài)現(xiàn)象,其穩(wěn)態(tài)電壓幅值的最大誤差低于5%,各種類型鐵磁諧振波形相似度均高于0.9。本文的研究成果彌補了不同結(jié)構型式計及磁滯效應的三相變壓器低頻電磁暫態(tài)模型研究的不足,有力地促進了包含磁滯電感的變壓器低頻電磁暫態(tài)模型在EMTP-ATP類軟件中的應用,并為變壓器低頻電磁暫態(tài)模型向?qū)掝l電磁暫態(tài)模型的擴展奠定了基礎。
【圖文】：

圖 4.17 試驗三相五柱變壓器短路測試ig. 4.17 Tested three-phase five-legged transformer short-circuit 表 4.6 繞組參數(shù)Table 4.6 Winding parameters參數(shù) 數(shù)值 備注RH4.84 mΩ 一次側(cè)RL4.84 mΩ 二次側(cè)LHL6.94 μH 二次側(cè)LLC2.29 μH 二次側(cè)繞組匝數(shù) 14 : 14驗變壓器鐵芯和繞組參數(shù)的測量，可得到如表 4.7  利用第三章所建立的變壓器低頻電磁暫態(tài)模型對勵磁6
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM41

【參考文獻】

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本文編號：2612561