考虑次同步分量的变压器时间并行有限元及铁心动态损耗分析

针对串补电容或电力电子装置导致系统次同步振荡以及各类次同步振荡抑制器接入系统,使变压器运行在含次同步分量条件下,并引起铁心非对称偏置磁化,从而导致损耗增加的问题,该文提出一种考虑铁心损耗的场路耦合有限元时间并行计算方法。首先,基于定点法建立关于矢量磁位和电流密度的三维时变磁场有限元方程,并嵌入损耗分离理论,建立场路耦合有限元模型;其次,为实现大时间尺度周期问题的加速并行计算,并处理损耗瞬时值无意义的问题,提出基于Parareal的时间并行计算方案对模型进行求解;再次,对计算模型中多频率分量的计算周期确定、铁心损耗计算、定点磁阻率的选择以及初值选择提出方案;最后,利用一台物理变压器模型,验证了该计算模型的有效性以及算法的计算效率,并对比分析了变压器在额定基波及含次同步分量激励下的动态损耗特性。

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。

考虑次同步分量下时间周期问题的三维定点有限元法及变压器电磁特性分析

次同步频率分量注入导致变压器铁心产生周期性非对称偏置磁化。该文以矢量磁位A和绕组电流I为待求量,考虑场路耦合关系并结合固定点法处理磁阻率非线性,建立计算变压器铁心静磁场的三维时间周期有限元模型并编写了计算程序,对含次同步频率分量下变压器铁心的稳态磁特性进行研究。在前处理阶段对绕组区域的各单元建立电流密度方向矢量矩阵。在迭代阶段,对非线性各向异性铁心区域需选择合适的局部收敛定点磁阻率。利用二维时间周期有限元法计算得到的绕组电流稳态解作为三维场路耦合计算的电流初值以减少迭代时间。通过计算和实验结果验证了该文算法的有效性,并分析了不同幅值、频率、相序以及三相分布的次同步频率分量对铁心电磁特性的影响。

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。

叶端定时中多重信号分类法的滤波特性研究

为了揭示多重信号分类法(MUSIC)具有滤除同步频率分量特性的数学机理,基于MUSIC方法中的信号子空间生成过程与主成分分析方法中的主成分生成过程的一致性,对MUSIC滤波特性进行了研究。以正弦信号假设下单频率分量的情况为例,证明了异步频率分量与同步频率分量的信号子空间分别可以用二维直角坐标系和一维坐标轴可视化表示。通过分析导向矢量在信号子空间坐标系中的位置得出,人为设置相位的导向矢量位于同步频率分量的信号子空间之外,从而导致了滤波现象的发生。仿真和实验结果表明:同步频率分量和异步频率分量同时存在于叶片振动信号的非共振区;MUSIC方法能够克服频率混叠且具有滤除同步频率分量的滤波特性;该滤波特性能够被导向矢量与子空间坐标系的相对关系解释。