基于端口模型研究四绕组感应滤波变压器的运行特性

文中提出一种四绕组感应滤波变压器及滤波系统用于提高网侧的供电质量。其实质是基于感应滤波原理的等值零阻阻抗设计一个内含滤波绕组的四绕组感应滤波变压器,通过调整变压器绕组结构布置来实现,同时该滤波绕组外接无源滤波装置构成滤波系统,两者协同实施谐波抑制和无功补偿。依据感应滤波原理构建四绕组感应滤波变压器各绕组的端口模型,建立该变压器各绕组的端口理论方程,推导出在基波与谐波工况时的数学表达式,揭示四绕组感应滤波变压器的运行特性及感应滤波机理。在实验室环境下搭建一个小型的原理样机实验平台,仿真与实验结果表明:1)在基波下,四绕组感应滤波变压器的运行功能类似于三绕组变压器;2)在谐波下,通过四绕组感应滤波变压器的滤波系统能屏蔽负荷侧的主要特征次谐波电流而无法感应到网侧,改善网侧的供电质量,提高网侧的供电效率。

四绕组感应滤波变压器的基波运行与无功补偿特性分析

依托多绕组变压器的结构、磁势平衡方程、感应滤波实现条件推导出四绕组感应滤波变压器的辐射形等值电路模型,建立了该变压器在基波下的数学模型,基于感应滤波方法分析了四绕组感应滤波变压器的基波运行与无功补偿特性。通过原理样机的MATLAB仿真、实验和某220 kV变电站的工程试验验证了四绕组感应滤波变压器的基波运行特性以及在基波下通过滤波绕组投入电容器可以实现无功补偿。仿真与试验结果表明:在基波下,四绕组感应滤波变压器的运行特性类似于三绕组变压器;投入电容器时稍微抬升了网侧电压有效值,但轻微减小了网侧电流有效值,提高了网侧的功率因数。

感应滤波变压器的振动模态研究

给出了模态分析的基本原理，介绍了感应滤波变压器独特的绕组结构，分析了引起感应滤波变压器振动和噪声的原因。根据感应滤波变压器的实际参数，建立了它的绕组和铁心的有限元模型；计算了绕组和铁心的模态频率及对应的模态振型，计算所得模态频率和振型与实测结果一致。对感应滤波变压器铁心和传统换流变压器铁心的振动波形进行了实验对比分析。结果表明：感应滤波变压器绕组模态频率主要在2500～4200 Hz范围内，振型集中在绕组的端部弯曲；铁心模态频率主要在300～2700 Hz范围内，振型主要集中为心柱的端部和磁轭中部弯曲；感应滤波变压器的振动明显低于传统换流变压器。

基于感应滤波变压器的混合有源补偿电流平衡装置

在电气化铁道的混合有源补偿电流平衡装置中,为了减少谐波对PWM逆变装置的影响,采用感应滤波变压器代替输出变压器。感应滤波变压器的滤波绕组所接的LC滤波器补偿一定的无功,消除大部分主要次谐波,使牵引变电所的谐波,或者回灌的谐波电流对PWM逆变器的直流侧电压抬升的影响减小,有助于PWM逆变装置的稳定。为了消除牵引变电站的负序电流,提出了基于神经网络的PSO-BP算法来检测有功电流,采用对电源电流的直接控制方法来平衡两个牵引臂的有功电流,并动态补偿无功和谐波电流,使牵引变压器两臂输出的有功电流相等。本文详细介绍了该装置的拓扑结构和工作原理,仿真和实验结果表明这种装置能够有效地改善电网质量。

四绕组感应滤波变压器短路阻抗特性研究

短路阻抗是四绕组感应滤波变压器的重要技术参数,它不仅影响变压器的稳态运行、短路电流计算,而且会涉及到感应滤波效果。首先提出一种感应解耦法以建立四绕组感应滤波变压器的电压方程;然后基于短路法分析四绕组感应滤波变压器的短路阻抗特性以及滤波器阻抗对短路阻抗的影响;最后通过短路实验验证所述的理论与计算方法的正确性。结果表明滤波绕组的等效阻抗为零,满足感应滤波约束条件,且滤波器的阻抗参数对短路阻抗无任何影响。

220kV多绕组感应滤波变压器的性能分析与端口矩阵模型

为满足对变电站多端口谐波抑制的需求,研究了一种基于感应滤波技术的220kV多绕组电力变压器(multi-winding inductively filtered transformer,MWIFT)。感应滤波技术通过对变压器特定绕组的零阻抗设计,充分利用绕组间电磁传递特性,实现谐波双向屏蔽。首先,采用短路阻抗计算方法,结合零阻抗设计特征,推导出MWIFT各序等值电路。以此定义了零阻抗因子并讨论其对感应滤波效果的影响,进而提出了一种优化感应滤波性能的方法。进一步结合基本电路方程,建立了端口矩阵模型,并进行支路等效,提出了降阶端口矩阵模型,其能够简化潮流、短路等计算迭代步骤。最后,搭建实验平台,实验结果验证了所推导模型的正确性。同时将其应用于某工程案例短路电流计算,为MWIFT并网安全运行与推广应用奠定基础。

基于相分量法的新型感应滤波变压器端口数学模型

为解决传统工业整流机组因为谐波污染严重带来的变压器绕组振动、噪声大及损耗大等问题,本文研究了一种基于感应滤波技术的新型十二脉波整流变压器。以零阻抗设计为前提、耦合电路为依据,采用相分量法建立了包含端口电气参数间耦合特性的全解耦数学模型及等值电路。通过对中性点经电阻接地及外接滤波装置的特性分析,建立了更为详尽的节点拓展模型与降阶简化模型。最后,通过搭建相关仿真模型及实验平台,验证了本文端口数学模型的正确性,为短路故障电流分布、潮流计算等实际工程应用奠定理论基础。

一种风电场用新型110 kV感应滤波变压器设计

该文首先介绍了我国目前风电场风力发电的谐波问题,分析感应滤波技术与传统抑制谐波的方法比较优势所在,介绍了感应滤波的原理和感应滤波变压器产生背景。从总体思路和技术方案两方面介绍了一种新型110kV级风电场用感应滤波变压器的设计方案。根据试验结果,对关键参数进行分析,与同类风电场用变压器比较,优点突出,前景广阔。

基于新型磁场-电路耦合法的集成滤波电感变压器及滤波系统仿真建模

在电路建模方面,集成滤波电感变压器缺少能完善其表达电量特性的器件,且其建模方式复杂、计算步骤和计算时间冗长。为此,提出了一种利用电感矩阵作为中间桥梁的新型磁场-电路耦合法。首先分析了集成滤波电感变压器的绕组结构;然后以求解数学模型的方式,分析了新型磁场-电路耦合法的实际数学计算过程,并列写多种工况下的变压器端口条件;最后以容量为300 k VA的舰船用集成滤波电感整流变压器及滤波系统为例,开展了仿真研究。通过对实际系统的运行测试发现,所有参数的仿真误差均在7.5%以内,所提出的方法能准确地模拟集成滤波电感变压器的实际运行状态,且耗时短、计算精度高。结果表明基于新型磁场-电路耦合法的集成滤波电感变压器及滤波系统仿真建模方法具有良好的工程应用与推广价值。

基于电路-磁路耦合的感应型滤波换流变压器仿真与验证

感应型滤波换流变压器是一种利用变压器耦合绕组的安匝平衡作为滤波机理的变压器,为了研究其内部磁通链的耦合关系,建立电路-磁路模型很有必要。以绕组的连接方式为基础,建立了电路和电磁感应模型,以铁芯和绕组的空间几何结构为基础,考虑铁磁材料中的涡流效应,建立了磁路模型。铁芯的非线性磁阻用集总参数模型表示,并用微粒群优化(PSO)算法进行优化,最后以感应型滤波换流变压器的实际设计参数为依据,对感应型滤波换流变压器的滤波绕组接入滤波器前后的一次绕组电流和励磁电流进行了仿真对比。动模实验验证了所建模型的正确性与准确性。所建模型为感应型滤波换流变压器的阻抗设计提供了理论依据,并对正确分析感应型滤波换流变压器的运行性能具有重要意义。

基于ANSYS/Maxwell的感应滤波配电变压器设计与实验研究

该文提出了一种适用于低压配电网系统下的新型感应滤波配电变压器设计方法,并将其应用于综合性创新实验的教学案例中。在感应滤波配电变压器的设计中,将感应滤波技术应用于采用Ddy联结组别的配电变压器中。通过建立电路数学模型,推导阀侧产生的谐波电流与网侧电流之间的关系,揭示感应滤波配电变压器的滤波特性。该文采用ANSYS/Maxwell软件建立新型变压器的3D模型,在模型上通过仿真能量法对比工程磁路法,验证变压器绕组间短路阻抗满足技术要求;并通过磁路耦合添加滤波支路,监测变压器的网侧电流,验证其可以有效滤除电网谐波污染。最后通过实验验证了所设计的变压器的正确性和有效性,进一步激发了学生的学习兴趣和创新热情。

智能型JB柜中配电变压器集成滤波电抗器的应用研究

一体化智能型JB柜电力电子装置能够对无功、不平衡、谐波等多种电能质量问题进行有效治理。针对一体化智能型JB柜物理空间有限且滤波装置中的空心电抗器体积较大的问题,提出一种将滤波空心电抗器集成于配电变压器的方案,并将其应用于JB柜中,可减小装备的占地面积,同时也提高了一体化智能型JB柜的集成度。对配电变压器集成滤波电抗器的绕组结构布置、电磁解耦电路、集成滤波电抗器的电感值计算方法进行详细介绍,并对该新型配电变压器进行三维有限元建模及仿真。结果表明,集成滤波空心电抗器与变压器绕组之间具有良好的低耦合度和高解耦度,计算所得滤波电抗器的电感值偏差在国家标准允许的范围内,验证了集成滤波电抗器配电变压器模型的正确性。

低压配电储能变流系统变压器集成滤波电抗特性分析

低压配电网中普遍存在着用电峰谷差、三相不平衡、电压跌落等问题,因此对配电网进行升级改造,解决配电网薄弱问题,是推进坚强电网建设的重要举措。作为一种新兴技术手段,储能能有效延缓或减少配电设备扩容和建设,提供有功和无功功率支撑,提高供电可靠性及供电质量,实现电网负荷'削峰填谷'等。在低压配电应用中,储能系统宜采用模块化、小型化的分布式安装方式。由于储能变流系统中设备空间严格受限,不宜采用线性度好而尺寸大的空心电抗器,因此尺寸相对较小的铁心电抗器通常用作输出端滤波电抗器;然而铁心电抗器存在铁心磁饱和、电感非线性、运行噪音大、电能损耗大等缺点。针对上述情景,提出一种线性滤波电抗绕组集成于储能变流系统隔离变压器的技术方案。通过电磁场理论分析、有限元仿真分析和原理样机试验等方式,对变压器集成滤波电抗绕组的电磁解耦和电感线性等特性进行研究,并验证所提出技术方案的可行性。

变压器感应滤波技术的创新及应用研究

针对无源滤波与有源滤波存在的不足,以三相多脉动整流、换流变压器为例分析变压器感应滤波作用机理,并提出其应用特点与优势,为变压器感应滤波技术推广应用提供依据。

变压器和APF一体化设备的经济运行分析

变压器和有源电力滤波器(active power filter,APF)一体化设备已在实际中示范应用,必须考虑设备的安全经济运行,尽可能减少设备的损耗。利用APF治理电能质量问题,会减少变压器等设备的损耗;同时,APF工作时自身也会产生损耗。针对配电变压器和APF一体化设备的典型结构,分析APF治理电能质量带来的变压器节能降损及治理过程中APF产生的自身损耗,进而提出变压器和APF一体化设备的经济运行状况分析方法。通过算例具体说明变压器和APF一体化设备的经济运行计算方法,并进行经济效益分析。

电解锰新型综合节能可断流6脉波整流系统

针对传统直流电解锰高耗能问题,提出了一种新型综合节能大功率可断流的6脉波整流系统。此系统在传统6脉波整流系统基础之上,对晶闸管触发信号进行一段时间的封锁来实现断流,达到频率、占空比以及电流3个参数可变;重点针对3个可变参数对网侧谐波畸变的影响进行分析与研究,并利用基于谐波磁通抑制机理的感应滤波变压器,从阀侧处谐波源就近抑制和补偿无功,在一定程度上减少了谐波污染和无功损耗。仿真和中试试验结果表明,该系统节能效果显著,验证了脉流电解锰的高效节能优势。

新型直流输电系统改善谐波不稳定的机理分析

将三相不对称的交流电源用正序和负序电压表示,用傅里叶分析方法计算了正序和负序电压传递到直流侧的谐波电压的规律,将这一理论应用到基于感应滤波的直流输电系统,计算在交流系统故障时,直流侧电压谐波的数学表达式,比较在同样的交流系统故障条件下,基于感应滤波的直流输电系统在抑制直流侧谐波幅值方面优于传统的直流输电系统,最后参考实验室基于感应滤波的直流输电系统模型,对输电系统在交流系统故障下的直流电压谐波进行了动模实验.结果表明,由于在感应滤波换流变压器的第三绕组接入2,11,13次LC滤波器,使直流电压中含量高的低次谐波大大减少,直流输电系统谐波不稳定得到一定的抑制。