基于动态谐波域的饱和变压器建模与励磁涌流特性分析

变压器是链接不同电压等级电路以保证电能高效传输的必不可缺的一环,在空载合闸时,时常因为铁芯饱和而产生较大的励磁涌流,导致继电保护装置误动作、引起过电压而损坏设备的绝缘等不良后果,现有的研究仅通过电磁暂态仿真等时域方法对励磁涌流波形进行观察,缺乏对励磁涌流特性影响因素的深入分析。基于此,利用动态谐波域理论建立了实际工程中常见类型饱和变压器的动态谐波域模型,准确再现了与时域仿真一致的励磁涌流现象;通过进一步地将变压器动态谐波域模型线性化,建立谐波转移矩阵模型,以谐波的视角分析不同因素对励磁涌流特性的影响。结果显示,相较于一次侧Y接法的变压器,Yg的级联方式将产生更大的励磁涌流,但二次侧D接法将会降低励磁涌流。

磁饱和变压器在塔机电控系统中的应用

塔式起重机电控系统的稳定运行是保证塔机工作安全和效率的前提,针对塔机施工现场出现的电源质量问题,结合应用需求,提出采用磁饱和变压器作为提高塔机电控系统电源稳定性的解决方案,并模拟现场对其进行了相关的性能实验。实验结果表明,磁饱和变压器输出电压稳定,且波形品质良好,应用于塔机电控系统电源是十分可行的。

一种基于磁饱和变压器的DSRD脉冲电源设计

漂移阶跃恢复二极管(DSRD)具有开关速度快、重频高、工作电流大等优点,在脉冲功率技术中很有应用前景。研究了一种基于磁饱和变压器的DSRD泵浦电路拓扑结构,具有体积小、重量轻、可靠性高等特点。根据DSRD的工作要求,采用功率MOSFET作为初级开关,结合磁饱和变压器的升压和磁开关特性,设计了DSRD的泵浦电路。利用Pspice软件对电路进行了仿真分析,验证了电路原理的正确性。在仿真分析的基础上,完成了一台原理样机的设计和电路实验。实验结果表明,该电源样机在前级充电电压800 V条件下,50Ω负载上产生的脉冲幅值大于7 kV,前沿小于4.2 ns(10%~90%),半高宽约10 ns。

基于可饱和脉冲变压器谐振充电的快脉冲功率源研究

基于可饱和脉冲变压器建立1种新型谐振充电装置,将脉冲变压器提升电压作用与磁开关陡化脉冲作用相结合大幅度提高输出电压的前沿。通过分析新型谐振充电装置的工作模式,确定面向快丝阵Z箍缩早期行为研究需求的谐振充电装置的参数。新型谐振充电装置驱动气体火花开关自击穿时延抖动比采用传统谐振充电装置降低50%以上。初始充电电压19kV、电极间距5.5mm、1.01325×10^(5)Pa气压下自击穿时延抖动降低至13ns。在高气压下气体火花开关的击穿电压稳定性也有大幅度的提高。利用新型谐振充电装置改进应用气体火花开关陡化脉冲变压器输出电压前沿的脉冲功率源的技术方案,建立的小型脉冲功率源可以极低的时延抖动和较高的击穿电压稳定性输出快Z箍缩预脉冲水平的脉冲电流。低时延抖动的脉冲功率源有助于对金属丝电爆炸等丝阵Z箍缩早期行为开展精确的高时空分辨率的同步诊断。

基于可控变压器的新能源暂态过电压抑制方法

当高比例新能源直流外送系统发生直流故障时,系统无功扰动大但新能源无法提供有效支撑,导致系统电压水平上升,近区新能源消纳水平和直流外送功率相互影响制约。为解决上述问题,提出一种基于可控变压器的新能源暂态过电压抑制方法,利用直流电源控制变压器铁心饱和程度,使其具备类似磁控电抗器的无功补偿功能,从而抑制新能源机端过电压。首先论证了变压器作为感性无功源的可行性及可控性,建立了基于励磁电流调节的变压器可控电抗的数学模型并设计了变压器励磁控制系统,使变压器可以根据系统的电压水平自动控制铁心饱和程度,以改变自身的无功功率从而抑制过电压。最后以青新疆电网天中直流近区新能源为算例,验证了方法的有效性。

新型固态限流器中饱和型耦合变压器的设计

变压器耦合新型固态限流器能够在满足有效限制电网短路电流的前提下,通过合理设计饱和型耦合变压器,达到缩小限流器整体体积、降低成本的目的。文中研究并提出一种变压器耦合新型固态限流器中饱和型耦合变压器的设计方法:首先,在空心电抗器设计的基础上,运用场路结合的有限元法,得出在特定匝数下饱和型耦合变压器的初步设计参数;然后,进一步得出在具有同样限流水平的前提下,饱和型耦合变压器正常运行(副边等效短接)时的漏抗压降,以及故障限流(副边等效开路)时副边电压随铁芯芯柱半径的变化规律,并通过曲线拟合寻优,得到最佳设计。最后,通过小样机实验,验证了该设计方法的正确性。

基于可饱和脉冲变压器的多路同步技术及其应用

多路同步的高电压脉冲有广泛应用前景。为此,对基于可饱和脉冲变压器的多路同步技术路线进行了详细阐述,并开展了实验验证。在此基础之上,提出了多次级可饱和脉冲变压器多路同步控制的新型LC发生器。在该发生器中,可饱和脉冲变压器先后承4重功能,极大地减小了系统的复杂程度。实验中,初级输入电压为910V时,输出电压幅值达到110 k V,系统总的升压倍数达121倍。此外,引入半导体断路开关,可使实验中输出脉冲的上升沿在20 ns以内。同时将半导体断路开关与电感储能型脉冲形成线相结合,提出了低阻抗方波脉冲的产生方案。研究结果表明:提出的技术方案确实可行,对脉冲功率技术向固态化、小型紧凑化以及可重复频率运行方向发展具有较大的探索意义。

变压器铁芯饱和统一模型建立及其判别方法

建立了变压器铁芯饱和的统一模型,推导出磁链最大值与电压突变时刻、突变前后电压相角差及突变后电压幅值的关系式,铁芯是否饱和与这些参数密切相关。发现电压降低(如系统发生故障或者非同期合闸操作)情况下也会产生铁芯饱和,因而以电压幅值降低作为变压器不会产生励磁涌流的依据并不可靠。进而提出一种基于电压量积分的铁芯饱和判别方法,该方法对空载合闸、故障切除、和应涌流、系统故障或操作等电压突变引起变压器铁芯饱和而产生励磁涌流,都能在半个周期左右的时间完成判别,为差动保护不经涌流闭锁提供了一种有效、快速的实现方法,可显著提高运行变压器发生内部故障时差动保护的动作速度。

可饱和脉冲变压器及其在脉冲调制器中的应用

提出了采用多路绕组分组并联结构和同轴结构的两种新型可饱和脉冲变压器(SPT),用来取代寿命较短的气体开关,作为脉冲电容器或几百kV级脉冲调制器的充电变压器兼主开关。采用磁芯自动复位机制的新型SPT,初步解决了普通SPT难以兼具高升压倍数和绕组低饱和电感的问题,实现独立脉冲变压器和磁开关的集成紧凑化。采用初次级绕组间反向互感压制的物理机制,实现SPT次级绕组饱和电感降低到其固有饱和结构电感以下水平的重要特性,为实现低饱和电感磁开关探索了一条新技术路线。新型SPT已在螺旋Blumlein脉冲形成线(HBPFL)型高功率脉冲调制器中获得了应用:其作为变压器实现HBPFL充电200kV的目标;其作为HBPFL主开关形成了幅度为180kV、脉宽135ns、前沿时间60ns的准方波电压脉冲。此外,提出并验证了新型SPT应用于百kV级集成紧凑化Marx发生器及多路高电压脉冲ns同步等领域的新技术路线。

奉贤换流站换流变压器直流饱和保护分析

奉贤换流站是±800 kV向家坝—上海特高压直流输电工程的受端变电站,在不平衡运行方式下该站的换流变压器充电时曾经出现过换流变压器饱和保护动作告警、甚至跳闸的情况。对奉贤换流站的换流变压器饱和保护原理进行介绍,并分析其动作逻辑、定值是否合理,然后讨论可能导致饱和保护误动的原因和生产厂家的解决方案。

基于分数比可饱和脉冲变压器的全固态脉冲驱动源初步研究

设计了一台基于分数比可饱和脉冲变压器的全固态脉冲驱动源,其核心部件为分数比可饱和脉冲变压器,用来实现固态磁开关、脉冲调制、电压升压等功能,再借助Marx技术、磁开关技术和反谐振网络调制技术建立全固态脉冲驱动源,初步实验结果表明当直流电源提供100 V的充电电压时,该全固态脉冲驱动源可输出14.4 kV左右的准方波信号,脉宽约194 ns,验证了该技术方案实现输出百纳秒准方波信号的可行性,为建立百MW长脉冲信号输出的全固态脉冲驱动源模块提供了设计思路。

非同期合闸引起的变压器铁心饱和

利用三维有限元软件建立变压器的仿真模型,该模型不仅考虑了变压器绕组的空间位置和连接方式,还考虑了变压器铁心材料的饱和度,以此模型研究了非同期合闸引起的变压器铁心饱和对变压器短路阻抗、发电机次暂态电流和电网电流的影响。分析表明,随着电压的升高,变压器的铁心逐渐进入饱和状态,短路阻抗值也越来越小。非同期合闸时,合闸开关的位置不同对非同期电流的影响也是不相同的,当合闸开关位于变压器的高压侧时,铁心饱和,非同期电流对发电机的冲击作用会减弱,对电网的冲击作用会增强。结果对于设计发电机和确定合闸开关位置有着重要的指导意义。

统一潮流控制器系统串联变压器保护设计

串联变压器是统一潮流控制器(UPFC)系统的重要组成部分。其原边绕组直接串入电力系统,变压器设备特性和运行方式同常规电力变压器有很大不同,需要提供专用的保护方案。文中从串联变压器的特性和运行方式出发,提出了串联变压器保护需要考虑的特殊问题。针对其特殊性提出了完整的串联变压器保护配置方案,并给出了适用于串联变压器的专用保护判据。最后使用实际工程参数建立实时数字仿真(RTDS)模型。仿真结果表明,文中理论分析正确,所提出的保护方案和判据可靠有效。

直流输电接地极电流对电力变压器的影响

简介了HVDC输电系统接地极电流对附近电力变压器磁饱和的影响机理、流过电力变压器绕组直流电流的计算方法,在此基础上提出了不同容量和类型电力变压器允许通过的直流电流的判别经验计算公式,设高、低压绕组中允许流过的直流电流和额定电压分别为I1、I2 和U1、U2,则在≥220 kV的Yo 或Yo/Yo 接线情况下对电力变压器可估计为I1=kSn/ 3U1±U2I2/U1,对自偶变压器可估计为I1=kSn/ 3(U1-U2)±U2I2/(U1-U2)。使接地极保持合适位置或远离变电站则是消除或缓解直流接地极电流对电力变压器磁饱和影响的最好方法,提出了根据不同情况可采取的一些具体措施。

大功率半导体开关RSD触发用脉冲变压器的设计与研究

从RSD的结构原理出发,提出了采用可饱和脉冲变压器触发RSD的方案。并结合RSD触发要求,提出了该脉冲变压器设计中需满足的关键因素及设计方法。实验证明,采用可饱和脉冲变压器触发RSD是可行的。该脉冲变压器的设计方法也为设计更高电压等级的脉冲变压器提供了借鉴。

磁饱和式岸电电压自动稳定装置设计与研究

设计了基于磁饱和式变压器的岸电电压自动稳定装置。分析了该装置的结构组成,工作原理,并建立了数学模型与仿真模型。仿真研究了岸电的骤降、骤升,分析了岸电含谐波情况。结果表明,该装置对岸电有较好的补偿效果且对岸电中的谐波有较好的抑制作用。

基于分数比可饱和脉冲变压器的一体化磁开关技术及其应用

介绍了基于分数比可饱和脉冲变压器的一体化磁开关组成及其工作原理,可实现固态磁开关、脉冲调制以及电压升压等功能,并给出了该一体化磁开关的三种典型应用,一是应用在高压脉冲触发器中,可实现触发器电压大于100 kV,30 Hz重复频率下抖动小于5 ns;二是用于微秒准方波产生,实现了电压幅值大于50 kV,100 Hz长时间运行;三是作为低阻脉冲形成线的主开关,利用双开关调制产生百纳秒方波脉冲,以实现脉冲功率装置的轻量化。基于分数比可饱和脉冲变压器的一体化磁开关是一种将磁开关和脉冲变压器集成紧凑的脉冲功率器件,能够兼顾变压器高升压比和磁开关低次级饱和电感,对实现脉冲功率器件的固态化、集成紧凑化具有重要的意义。

HVDC/GIC型直流偏磁的差异性分析

考虑到地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)具有低频性,过去一直将其近似等效为高压直流输电(high voltage direct current,HVDC)诱发的不平衡电流进行研究。然而,与HVDC型直流偏磁相比,GIC型直流偏磁具有显著的随机性与时变性,因此简单地将两者完全等效处理并不合理,在特定场景下应加以区分。为此,首先,从理论上分析了两种类型直流偏磁在诱发原因及特点上的差异。其次,通过研究直流偏磁对变压器本体以及电流互感器的不利影响,进一步探究两种类型直流偏磁对电网一/二次设备的影响差异,为后续的偏磁治理提供有效参考。最后,基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了等效仿真模型,并通过仿真验证了理论分析的正确性。

单级磁脉冲压缩系统分析

为提高磁脉冲压缩系统的应用效果,在分析了传统磁脉冲压缩系统的原理、缺点后介绍了省去磁芯复位电路的磁脉冲压缩系统并从原理、压缩过程以及不同的拓扑电路3方面详细分析了单级磁脉冲压缩系统,特别是C3和C4对负载放电过程,给出了等效电路。通过等效电路的仿真解释了续流电感L2对系统的影响;仿真和实验结果的对比验证了电路仿真模型的正确;对于快速恢复二极管替代续流电感的系统电路,仿真与实验结果均表明脉冲尾部的反峰幅值与持续时间都显著减小。

交直流混合电网中变电站电容器组串联电抗率选择

对于传统的变电站电容器组设计配置,由于未考虑变压器饱和时的阻抗及谐波特性,可能会导致电容器组出现故障的情况。通过理论分析,提出设计选择电容器组的串联电抗率时,应考虑在不同条件下系统阻抗频率特性所对应的并联谐振点及系统可能出现的各次谐波分布特性。采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,以某变电站主变压器为例,考虑不同的变压器饱和程度、电容器组投切方式和电容器组串联电抗率条件,进行仿真及电容器组谐波电流计算。仿真结果说明,从电网安全运行出发,在考虑可能出现的变压器饱和情况时,应改变传统的电容器组设计配置方式。