Effects of DC Magnetic Bias on the Magnetic and Sound Fields of Transformer

DC bias current flowing into the neutral point of power transformer will seriously affect the normal operation of AC power system. In this paper, exciting current, harmonic component of the excitation current, magnetic flux density and noise of transformer were analyzed when the transformer is in the no-load operation state based on field-circuit coupled method. Through the calculation and analysis, some reference bases are provided for design of transformer.

Study on Earth Surface Potential and DC Current Distribution around DC Grounding Electrode

DC magnetic biasing problem,caused by the DC grounding electrode, threatened the safe operation of AC power grid. In this paper, the characteristics of the soil stratification near DC grounding electrode was researched. The AC-DC interconnected large-scale system model under the monopole operation mode was established. The earth surface potential and DC current distribution in various stations under the different surface thickness was calculated. Some useful conclusions are drawn from the analyzed results.

直流受端馈入站与近区风电场系统振荡特性分析

随着高压直流输电工程的不断投产,以及风电项目的增多,越来越多的风电场出现在电网换相换流器高压直流输电(line-commutated-converter based high voltage direct current,LCC-HVDC)受端换流站近区,两者构成的系统存在振荡风险。为此,该文针对直流受端馈入站与近区风电场系统的振荡特性展开研究。首先,建立并验证系统的状态空间模型,基于该模型计算出系统特征值,确定LCC-HVDC与风电场共同参与的振荡主导模式并进行参与因子分析。进一步地,通过对比是否接入LCC-HVDC的主导模式,得到LCC-HVDC的接入会削弱系统阻尼的结论。最后,从系统额定容量、交流系统短路比、风电场并网线路长度等方面探究系统稳定性的影响因素,并分析系统的不同短路比、潮流比对风机网侧换流器(grid-side converter,GSC)外环控制和换流站定电流控制器性能的影响。

HVDC直流偏磁电力变压器铜屏蔽中涡流损耗分析与仿真

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器铜屏蔽中涡流损耗分布,基于Problem 21基准族中的P21c-EM1简化模型进行了详细实验研究和仿真分析。重点考察不同激励方式下变压器结构件(如:变压器油箱等)铜屏蔽中涡流损耗的分布,研究交流激励源和直流激励源之间的交叉作用对铜屏蔽损耗特性的影响。通过模型实验分别获得了电力变压器铜屏蔽在不同直流偏置磁场强度作用时和标准的正弦激励作用时的损耗分布情况并进行了对比分析。提出采用三维瞬态场计算电力变压器直流偏置涡流场的实用措施,不同偏磁工况下,模型涡流损耗的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。

海上风电场MMC-HVDC并网系统暂态行为分析

对于海上风电场模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)并网系统,提出风电场侧模块化多电平换流器通过双维度单环直接控制风电场集电系统交流电压的方法,有效控制集电系统交流电压并保持稳定。基于PSCAD/EMTDC建立整个海上风电场直流并网系统模型,进行相应仿真研究,针对风速变化、风电场集电系统故障、电网故障以及MMC-HVDC直流单极接地故障等几种情况进行暂态分析,并与交流并网系统暂态结果进行比较。研究结果表明,采用所述控制方法的并网MMC-HVDC系统在发生相应故障时能够保持稳定运行,验证了海上风电场MMCHVDC并网系统及相应控制方法的正确性和有效性。

双向DC-DC变换器拓扑结构的设计及仿真

传统的单相双向DC-DC变换器虽然结构简单,但当电流纹波超过两倍负载电流时会导致开关器件通态损耗过大,同时主电感电流纹波过大会造成磁芯损耗。本文设计了一种多相拓扑结构的变换器,该变换器通过磁耦合技术,采用电流交迭减小纹波,进而减小磁芯的损耗。通过Simulink对单相变换器和两相变换器模型进行仿真,论证了改进后变换器的优越性。

变压器直流偏磁在线监测系统在辽宁电网的应用

分析辽宁电网变压器直流偏磁问题产生的原因及危害,并针对现场直流偏磁检测方法中存在的不足,结合智能运检建设需求,研发了一种变压器直流偏磁在线监测系统;目前该系统已经在辽宁徐家500 kV变电站得到应用,有效提升了该变电站2组主变压器的运行可靠性。

直流偏磁条件下变压器励磁电流的实验与分析

直流偏磁工作条件下,变压器励磁电流的实验与分析是研究变压器直流偏磁电磁特性的关键问题。本文基于产品级的叠片铁心模型,模拟直流偏磁变压器铁心的实际工作状态;研究了因高压直流输电引起电力变压器直流偏磁工作条件下,变压器励磁电流的实验测量方法及其仿真计算与分析。提出并利用Matlab计算软件实现了直流偏磁励磁电流的工程解法,数值计算的结果证明了本文方法的有效性和正确性。

直流输电对交流系统变压器的影响

列举了天生桥—广州直流输电系统、三峡—广东鹅城直流输电系统、贵州高坡—广东肇庆直流输电系统调试投运期间的大量现场实测数据,并对这些数据进行分析,结果表明直流输电系统单极大地回线方式或双极不对称方式运行时对交流系统中性点接地运行变压器的噪声、变压器中性线直流电流以及电网谐波电压均会产生较大影响,严重时可能损坏电力设备。该结论对直流输电系统的设计、建设、运行以及交流系统采取相应措施有极重要的参考价值。

变压器直流偏磁的仿真研究

基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和Hilbert变换,提出了一种新的变压器直流偏磁分析方法。首先对变压器励磁电流进行EMD分解,提取包含最多励磁电流畸变信息的基本模式分量(intrinsic mode function,IMF);再对IMF分量作Hilbert变换,得出其瞬时频率和幅值。仿真结果表明:该方法能够准确检测出励磁电流畸变的时间、频率和幅值。

交直流共走廊输电系统换流变偏磁特性研究

交直流共走廊输电系统换流变偏磁直流量构成比较复杂,正确分析其构成分量对系统稳定运行具有重要意义。建立了换流变直流偏磁模型和交直流共走廊输电线路模型,分别计算了土壤地电位和交直流工频感应产生的直流量;研究了交直流线路平行架设长度、交直流杆塔中心接近距离对换流变偏磁的影响规律。研究结果表明:交直流线路平行架设长度越长,换流变偏磁直流量越大,工频感应产生直流量占总直流量的比重越大,且土壤地电位对此比重影响越小;交直流杆塔中心接近距离越大,换流变偏磁直流量越小,工频感应产生直流量占总直流量的比重越小,且土壤地电位对此比重影响越大。

交直流线路同塔输电对换流变直流偏磁的影响

华东地区输电线路走廊资源紧缺,为了充分利用架空线路走廊,将出现特高压直流线路与交流线路同塔架设的情况。根据规划的宁东—绍兴±800kV特高压直流主回路参数和华东地区交直流同塔线路数据,采用EMTDC建立了交直流输电系统的仿真模型。计算了交流线路输送功率、直流系统运行工况以及同塔段位置对直流线路工频感应分量的影响,给出了工频感应分量沿直流线路的分布规律。研究结果表明,由于直流线路上的工频感应分量与直流额定电压和电流相比很小,故对直流滤波器、平波电抗器和换流阀的参数选择影响不大,而工频感应分量所引起的换流变压器(简称换流变)阀侧直流偏磁电流则会对换流变正常运行产生一定程度的不利影响。最后,根据换流变可承受直流偏磁电流的能力,给出了可能的同塔架设的长度,并提出了限制直流偏磁电流的措施。

高压直流输电系统直流偏磁下的谐波不稳定判据研究

针对交直流互联输电系统的谐波不稳定问题,推导出判断直流系统是否发生铁芯饱和谐波不稳定的工程判据。该判据从直流输电谐波不稳定机理出发,计及直流偏磁铁芯饱和的影响,利用换流变直流偏磁产生的正序二次谐波幅度高于其他各次谐波的特点,整体考虑二次谐波通过换流器在交流系统和直流系统之间来回传递的全过程。算例分析建立了电磁暂态模型,通过PSCAD/EMTDC进行仿真,所得电磁暂态故障仿真的结果与基于新判据的频率扫描结果一致,验证了工程判据的正确性与适用性。

直流偏磁对变压器保护的影响及直流偏磁保护改进

随着高压直流输电工程的建设,直流系统对周边电力设备的影响逐步受到关注。当直流系统单极大地运行或直流控制系统出现异常时,可能产生较大的直流电流注入相邻变压器。此时变压器可能产生直流偏磁。文中通过对变压器几种磁饱和特性的对比指出了直流偏磁的特殊性,结合现场波形特征分析直流偏磁及常见的偏磁抑制装置对保护设备的影响,指出现有直流偏磁保护判据存在的问题,进一步从直流偏磁出现的场景以及波形特征出发提出了对现有偏磁保护的多种改进意见。仿真及试验验证结果表明改进判据可有效提升直流偏磁保护的可靠性。

新型爬山算法在大惯性风电系统中的应用

针对风力发电风速的随机性和不确定性,以及大惯性永磁风力发电系统输出功率受风机机械功率和所储的机械势能的变化率的交叉影响特点,提出一种基于爬山搜索法的新型最大风能捕捉算法。为了得到较宽的变速范围,在三相二极管整流器和PWM逆变器之间接有升压斩波器,新型爬山算法采用最佳直流电流控制,调节输入直流电流以跟从最优的参考电流,产生不同转矩控制电机的转速实现最大功率跟踪,并在爬山算法基础上添加数据存储和输出功能,避免了盲目的爬山搜索。最后通过Matlab对一个50kW永磁直驱风力发电系统进行了仿真分析,对比了传统爬山算法与新型爬山算法在最佳功率点跟踪上的差别。仿真结果验证了该算法的可靠性,表明新型爬山算法在大惯性变速恒频风力发电系统中具有更好的实用性。

永磁饱和型高压直流限流器参数优化设计

随着高压直流系统短路电流水平的提升,故障电流可能超出断路器遮断容量,或使其体积与成本急剧增加。使用故障限流器抑制故障电流上升速度,能够降低对直流断路器性能的要求。其中,永磁饱和型故障限流器具有无需外加控制、自动响应、无需外加励磁电流和损耗较低等优点。目前限流器参数设计主要针对稳态电感值,考虑暂态特性的参数设计及优化方法仍待研究。为此,文中提出一种用于直流系统的永磁饱和型故障限流器参数优化设计方法。首先,介绍了该类型限流器的工作原理。其次,提出了限流器优化设计的约束条件和优化目标函数,以成本最低为目标进行了限流器参数优化设计。最后,建立了有限元和电路仿真模型进行仿真计算,并研制了一台限流器样机,进行了试验。仿真和试验结果表明:采用所提方法可以设计出符合要求的限流器,降低了限流器成本,减小了直流断路器分断过程中的应力。

可调气隙高温超导直流感应加热样机仿真与实验

为了实现铝棒轴向温度分布的调节,设计了一台气隙结构可调的高温超导直流感应加热器,以在轴向上获取不同大小的磁场.通过调节加热器气隙结构进行均匀和梯度加热实验,分析双边调节与单边调节方式对加热效果的影响.验证可调气隙结构在调节加热工件轴向温度分布中的可靠性、有效性.同时利用有限元仿真软件对加热器样机进行建模,分析加热工件温度分布规律,从理论角度验证可调气隙结构的有效性.

变压器直流偏磁抑制装置及其对继电保护影响的分析

直流输电系统以大地为回路运行时,地中直流通过附近中性点直接接地的交流变压器进入交流系统形成回路,引起变压器直流偏磁从而对交流系统产生不利影响。为此,综合比较了各种偏磁抑制方法的优缺点,分析了其对交流电网继电保护的影响。

GIC作用下换流变压器饱和特性的仿真研究

地磁感应电流(GIC)通过中性点侵入换流变压器时,会使处于额定工作状态的变压器铁心偏磁饱和,使得变压器励磁电流畸变,从而产生大量谐波及较大的无功损耗,导致变压器损坏或降低使用寿命,严重时甚至引起系统电压降低、系统继电保护误动作。文章基于UMEC磁路模型建立了用于GIC问题分析的换流变压器模型;并利用该模型在PSCAD/EMTDC中进行仿真计算,详细地分析了在GIC作用下换流变压器励磁电流的谐波特性、换流变压器网侧和阀侧谐波特性及无功损耗特性;最后提出了GIC影响下换流变压器抑制直流偏磁的方法并进行了分析比较。

基于重构电压矢量的共直流母线型开绕组永磁同步电机改进直接转矩控制

针对共直流母线型开绕组永磁同步电机(OW-PMSM)基本电压矢量丰富、存在零序回路的特性,该文提出两种基于重构电压矢量的共直流母线型开绕组永磁同步电机改进直接转矩控制策略。为充分利用OW-PMSM所产生的电压矢量,定义19个重构电压矢量并基于此改进零序电流抑制方法,扩大直接转矩控制的备选电压矢量范围。根据重构矢量数量多、幅值不同的特点,将五位转矩滞环控制器引入直接转矩控制中,实现电机转矩脉动的抑制。针对滞环控制器控制精度有限等问题,提出无滞环控制器的改进直接转矩控制策略,定义一种新的区域划分方式并建立重构电压矢量选择表,通过对参考电压矢量的定位实现重构电压矢量的精确选择。实验结果验证了所提控制策略的可行性和优越性。