基于有限元法的谐波作用对电缆及其接头的影响研究

现有关于电缆及其接头温度的研究大多按照基波情况考虑,大量非线性负载的使用使输电线路中的谐波含量显著增加,谐波对电缆及其接头附加损耗与温升的影响不容忽视。文中以64/110 kV单芯电缆及预制式电缆接头为例,建立了电缆及其接头的有限元仿真模型,基于电磁-热耦合法,分析了谐波含量与谐波次数对电缆及其接头的影响,并引入等效电流因数,实现多次谐波共存环境下对电缆发热损耗及温度的快速计算。仿真结果表明:谐波含量与谐波次数均会影响电缆的损耗及温度,谐波可能导致电缆接头在压接钳处形成过热点,加速绝缘老化;引入等效电流因数法在估算多次谐波共存环境下的电缆温度具有较高精度。该研究对谐波环境下电缆及其接头的设计、运行温度预测及热老化寿命评估提供了依据。

考虑谐波互作用的行波管自洽非线性理论和主要结果

在瞬时带宽为倍频程以上时，非线性注波互作用将导致谐波的产生以及谐波与基波的相互耦合等现象的出现，从而对管子特性有极为重要的影响。文中旨在推广行波管非线性理论，以便能考虑这些现象。利用文中所导出的大信号方程组对某实用宽带行波管的基波和谐波特性进行了数值分析，计算结果与实测结果十分吻合。

考虑谐波互作用的行波管欧拉非线性理论模型

基于拉格朗日体系的考虑谐波互作用的理论模型,将离散的粒子近似处理为流体,得到电子相位的连续分布函数.对电子相位连续分布函数进行傅里叶一阶展开,并结合贝塞尔母函数关系式,建立了考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型.应用考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型对一支L波段空间行波管和一支C波段空间行波管进行大信号分析,并与拉格朗日理论模型进行对比.结果表明:在增益1dB压缩点之前,考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型与拉格朗日理论模型十分符合,增益最大误差不超过4%.考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型能够有效的对增益1 dB压缩点之前的谐波进行分析.仿真结果验证了考虑谐波互作用的欧拉非线性理论模型的正确性和有效性.考虑谐波互作用的欧拉非线性理论不但提供了一个谐波快速计算模型,而且为后续研究行波管谐波的产生机理与抑制方法奠定了基础.

谐波互作用的行波管二维自洽非线性理论

在瞬时带宽为倍频程以上时，非线性注波工作用将导致谐波的产生以及谐波与基波的相互耦合等现象的出现，从而对管子的特性有重要的影响。文中以行波管非线性理论为基础，推导了考虑谐波工作用的二维大信号方程组。利用文中所推导出的大信号方程组对某一实用宽带行波管的基波和谐波特性进行了数值分析，计算结果与实测结果吻合。

混合多馈入直流输电系统谐波交互作用强度的评估方法

为了分析混合多馈入直流输电系统中各换流站交流侧谐波交互影响机理,建立了混合多馈入直流输电系统的谐波阻抗模型,提出了谐波交互作用因子(harmonic multi-infeed interaction factor,HMIIF)作为评估谐波交互作用强度的方法。基于谐波阻抗矩阵的分析结果表明,LCC-HVDC对MMC-HVDC的谐波交互作用规律与LCC-HVDC之间规律基本相同。LCC-HVDC对MMC-HVDC的谐波交互作用与MMC换流器交流侧谐波阻抗相关,且随等效联络阻抗减小而增强;当其中一回直流所联结交流系统等值谐波阻抗越大,该回直流对其他回直流交互作用越强,其他回直流对其交互作用越弱。HMIIF与两回直流间的谐波交互作用强度成正比。最后利用PSCAD/EMTDC建立三馈入直流输电系统简化模型。

浮式电站黑启动方式下谐波影响因素及其表征

浮式电站使用静止变频器对浮式电站机组进行黑启动时,由于运行于孤网系统且电气结构受限,产生的谐波影响相比于陆上电站更加严重。对于浮式电站黑启动过程中产生的谐波与其影响因素之间的关系,目前还缺少理论研究。为此,对浮式电站黑启动过程谐波影响因素及其表征进行研究。首先,建立了浮式电站黑启动过程的等值电路;其次,基于等值电路对谐波表达式进行推导分析,得到谐波畸变率关于其影响因素的表达式,进而提出一种谐波影响因素的表征参数——谐波作用系数,并探讨了谐波作用系数的物理意义及应用;最后,通过仿真算例验证分析谐波畸变率和谐波作用系数的关系,得到二者正相关的结论,表明了谐波作用系数的合理性和有效性。

基于ANSYS的谐波环境下电缆电磁-热耦合分析

电力电子技术及其设备在电网的高度渗透导致电力系统谐波污染日益严重,谐波问题引发的电缆附加损耗及温升问题不可忽视。文章分析了电缆损耗的计算方法,在此基础上,综合考虑电缆敷设方式及谐波作用下的集肤效应与邻近效应,根据电缆传热方式,建立了电缆沟敷设电缆在谐波作用下的电磁-热耦合二维有限元分析模型,并利用ANSYS有限元分析软件,对其在不同频率、不同含量谐波电流下的电缆损耗及温度分布情况进行了仿真分析。该研究为谐波环境下电缆的设计、监测及热老化寿命评估提供了一定的参考依据。

换流变压器铁心饱和型不稳定性预测

换流器交流侧二次谐波分量和直流侧基频分量通过交直流系统间的相互作用,会导致高压直流输电系统出现谐波不稳定现象,换流变压器的铁心饱和会进一步加剧这种不稳定。本文研究了换流变压器铁心饱和不稳定产生的机理,分析了系统交直流侧的频率阻抗特性,建立了铁心饱和型谐波不稳定等效电路,通过谐波传递矩阵推导出饱和稳定判定因子,提出预测铁心饱和不稳定现象的方法。最后在电力系统电磁暂态计算软件PSCAD/EMTDC中建立仿真回路验证了该方法的正确性。

多馈入交直流混合电力系统研究综述

在多馈入交直流混合电力系统中,由于交直流输电线路并列运行且多个直流换流站间电气距离较近,交直流系统间、直流子系统间相互影响,对多馈入交直流混合电力系统的控制和保护策略提出了新要求。文章概述了多馈入交直流混合电力系统中换相失败、直流系统故障后的恢复、电力系统功角/电压的稳定性、谐波的相互作用等问题的研究现状,指出了现有控制和保护策略的特点及不足,可为今后多馈入交直流混合电力系统的研究提供参考意见。

交直流输电系统中换流器直流侧的无功功率

为准确分析计算交直流输电系统的无功功率,采用基于任意周期电压电流的无功功率数学模型,推导了交直流输电系统的无功功率模型,阐述了交直流输电系统中无功功率的物理本质。利用实时仿真软件PSCAD/EMTDC对一个典型的交直流输电系统建模并分析计算其仿真输出波形及数据,求得电路中的有功功率、无功功率,证明了无功电压、电流偶对概念的普适性和基于任意周期电压电流的无功功率数学模型的通用性。指出电路中无功功率的物理本质就是不同频次电压电流的相互作用,并且满足能量守恒定律。