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。

直驱风电场并入弱交流电网的次同步分量通路及阻尼特性分析

直驱风电场并入弱交流电网次同步振荡(sub-synchronous oscillation,SSO)威胁电力系统安全运行,分析其次同步分量通路能够揭示系统内部次同步交互作用特性,并能够分别针对每条通路进行阻尼特性分析,目前尚无文献开展相关研究。针对上述问题,该文首先建立直驱风电场并入弱交流电网系统闭环传递函数框图,并利用阻尼转矩法分析直驱风电机组直流电容主导的振荡模态。然后,基于传递函数框图,分析得到2条次同步分量通路:直驱风电场内部次同步分量通路以及直驱风电场和弱交流系统之间的次同步分量通路。最后,利用通路阻尼分析,结合时域仿真,分别分析直驱风电机组网侧控制器(grid side controller,GSC)参数对2条通路阻尼特性的影响。结果表明:GSC直流电压外环积分系数增大时,2条次同步分量通路的阻尼均减小;直流电压外环比例系数和电流内环比例、积分系数减小会导致直驱风电场内部次同步分量通路的阻尼减小。研究结果对阻尼控制器的设计有一定的指导意义。

系统次同步分量对串联变压器的影响分析

为抑制电力系统次同步振荡,大量串联补偿装置经变压器接入电力系统,而次同步分量使变压器工作在异常状态。为研究次同步分量对变压器的影响,基于法拉第电磁感应定律推导含次同步分量时磁通表达式及影响磁通的因素,在借助有限元数值分析和变压器模型试验的基础上,研究不同次同步分量对220 V串联变压器空载原边电流波形和频谱的影响,验证次同步分量理论分析的正确性。该研究对实际工程具有参考性,有助于合理设计次同步抑制策略。

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。

基于FACTS的次同步振荡抑制器对变压器工作特性影响研究

为有效抑制风力输电系统中接入串联补偿装置或高压直流输电系统引起的产生次同步振荡现象,大量FACTS型次同步振荡抑制器被广泛采用,而该类装置大多需要经变压器接入系统,此时次同步分量注入变压器将会对变压器运行产生影响。针对此问题,文中分析了不同类型抑制器产生的次同步分量形态;随后对次分量对变压器饱和与铁心损耗特性的影响做了分析;并分别对系统中次同步电压、电流注入串、并联变压器的工作特性做了计算分析;基于分析结果探究了变压器铁心部分可承受次同步分量的情况做了研究。结果表明,次同步频率分量注入时会引起变压器铁心饱和及损耗增加;相比次同步频率电压,变压器能够承受更大比例的次同步频率电流,因此通过反向注入次同步频率电流抑制次同步振荡是一个有效的策略。