Study on Earth Surface Potential and DC Current Distribution around DC Grounding Electrode

DC magnetic biasing problem,caused by the DC grounding electrode, threatened the safe operation of AC power grid. In this paper, the characteristics of the soil stratification near DC grounding electrode was researched. The AC-DC interconnected large-scale system model under the monopole operation mode was established. The earth surface potential and DC current distribution in various stations under the different surface thickness was calculated. Some useful conclusions are drawn from the analyzed results.

HVDC直流偏磁电力变压器铜屏蔽中涡流损耗分析与仿真

为了研究高压直流输电系统中直流偏磁电力变压器铜屏蔽中涡流损耗分布,基于Problem 21基准族中的P21c-EM1简化模型进行了详细实验研究和仿真分析。重点考察不同激励方式下变压器结构件(如:变压器油箱等)铜屏蔽中涡流损耗的分布,研究交流激励源和直流激励源之间的交叉作用对铜屏蔽损耗特性的影响。通过模型实验分别获得了电力变压器铜屏蔽在不同直流偏置磁场强度作用时和标准的正弦激励作用时的损耗分布情况并进行了对比分析。提出采用三维瞬态场计算电力变压器直流偏置涡流场的实用措施,不同偏磁工况下,模型涡流损耗的计算结果和测量结果具有较好一致性,所得结果和结论有助于通过优化设计来提高电力变压器的性能指标。

一种新型滤波用直流电抗器的原理与设计

普通的直流电抗器体积和重量较大,严重制约着开关电源的小型化,并且线圈中所通过的电流是单方向的直流电流,随着线圈电流的增加,铁心的磁通密度逐渐趋向饱和,如果在磁路上加一个直流偏置,就会减小磁路上总的磁势,降低铁心中磁通密度的饱和程度。阐述了永磁偏置直流电抗器的工作原理,对该电抗器的磁路进行了线性解析与设计,并通过实验进行了验证。

考虑漏磁效应的永磁饱和型故障限流器磁路建模与实验研究

漏磁效应对永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)的动态特性具有重要影响。针对一种直线式PMFCL的磁拓扑,以铁心磁通的工作零点作为分界阐明了其2个阶段的限流机理,指出铁心磁通自过零反向后将发生畸变,永磁体不再参与限流过程。基于磁场分割原理实现2类等效磁路模型中总漏磁导和漏磁系数的计算,针对拟圆环截面磁通管的漏磁导,提出基于曲线拟合而改变积分变量的求解方法。在Matlab/Simulink环境下建立了考虑漏磁效应的PMFCL仿真模型,分别与小电流和大电流工况的实验结果进行对比,验证了建模方法的有效性。

永磁饱和型故障限流器的高压大容量化分析

为提高永磁体的偏置能力以利永磁饱和型故障限流器朝高压大容量发展,从温度和外磁场两方面分析了钕铁硼永磁体的稳定性问题,论证了其应用到该限流器的可行性;提出"饱和深度比"的定义,指出改善永磁体的偏置能力与提高铁心的饱和深度比等价;基于一种结构参数可调的永磁饱和型故障限流器拓扑,分析了限流器结构参数与铁心饱和深度比的数量关系,并通过有限元法仿真以及实验加以验证;最后给出了10kV等级永磁饱和型故障限流器的一个设计实例。仿真与实验结果均表明,增加永磁体的厚度与截面积可获得较优的偏置能力,实现永磁饱和型故障限流器的高压大容量化在技术上是可行的。

大容量永磁偏置型故障限流器的经济性分析与优化

构建了永磁偏置型故障限流器PMFCL的经济性分析模型,包括材料成本和运行成本两部分。材料成本取决于PMFCL的关键结构参数,基于等效磁路法导出了PMFCL 4个关键结构参数与电感和、电感比以及饱和深度比这3个独立电磁变量间的函数关系;运行成本由铁芯损耗和绕组铜耗组成,并给出了各自的计算方法。针对500 k V PMFCL经济性分析实例,分析了电磁变量对PMFCL经济性的影响,并建立其经济性优化模型,求得了PMFCL的最优成本和对应的结构参数。结果表明,在高压大容量应用场合,PMFCL具有较好的经济性优势。Ansoft Maxwell二维有限元仿真验证了经济性优化模型的合理性。

交直流共走廊输电系统换流变偏磁特性研究

交直流共走廊输电系统换流变偏磁直流量构成比较复杂,正确分析其构成分量对系统稳定运行具有重要意义。建立了换流变直流偏磁模型和交直流共走廊输电线路模型,分别计算了土壤地电位和交直流工频感应产生的直流量;研究了交直流线路平行架设长度、交直流杆塔中心接近距离对换流变偏磁的影响规律。研究结果表明:交直流线路平行架设长度越长,换流变偏磁直流量越大,工频感应产生直流量占总直流量的比重越大,且土壤地电位对此比重影响越小;交直流杆塔中心接近距离越大,换流变偏磁直流量越小,工频感应产生直流量占总直流量的比重越小,且土壤地电位对此比重影响越大。

大容量永磁饱和型故障限流器参数设计与优化

为适应大容量应用需求,针对一种直线式永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PMFCL)磁拓扑结构,基于等效磁路法建立了以饱和深度比、电感比与电感和为基本变量的结构参数设计算法,并通过分析铁心上工作点的变化规律,将PMFCL结构参数优化转化为对3个独立变量的优化,即对铁心i-Be曲线上3个关键点的优化问题,为获得最优结构参数奠定了算法基础。将参数优化算法应用于110 kV系统设计实例,并基于Maxwell-2D软件建立了直线式PMFCL的场–路耦合仿真模型,验证了算法及优化结构参数的有效性。

直流偏磁条件下变压器励磁电流的实验与分析

直流偏磁工作条件下,变压器励磁电流的实验与分析是研究变压器直流偏磁电磁特性的关键问题。本文基于产品级的叠片铁心模型,模拟直流偏磁变压器铁心的实际工作状态;研究了因高压直流输电引起电力变压器直流偏磁工作条件下,变压器励磁电流的实验测量方法及其仿真计算与分析。提出并利用Matlab计算软件实现了直流偏磁励磁电流的工程解法,数值计算的结果证明了本文方法的有效性和正确性。

直流输电对交流系统变压器的影响

列举了天生桥—广州直流输电系统、三峡—广东鹅城直流输电系统、贵州高坡—广东肇庆直流输电系统调试投运期间的大量现场实测数据,并对这些数据进行分析,结果表明直流输电系统单极大地回线方式或双极不对称方式运行时对交流系统中性点接地运行变压器的噪声、变压器中性线直流电流以及电网谐波电压均会产生较大影响,严重时可能损坏电力设备。该结论对直流输电系统的设计、建设、运行以及交流系统采取相应措施有极重要的参考价值。

基于峰值电流检测的偏磁抑制技术的研究

主变压器偏磁现象是电压源型全桥变换器的主要问题之一。提出基于峰值电流检测偏磁抑制技术,确保施加在初级绕组上的正、反两个方向电压伏秒面积相等,从而消除偏磁。详细描述了基于峰值电流检测偏磁抑制技术的工作原理及其电路组成,实验结果验证了峰值电流检测偏磁抑制技术的正确性和有效性。

变压器直流偏磁的仿真研究

基于经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和Hilbert变换,提出了一种新的变压器直流偏磁分析方法。首先对变压器励磁电流进行EMD分解,提取包含最多励磁电流畸变信息的基本模式分量(intrinsic mode function,IMF);再对IMF分量作Hilbert变换,得出其瞬时频率和幅值。仿真结果表明:该方法能够准确检测出励磁电流畸变的时间、频率和幅值。

永磁饱和型故障限流器的永磁体稳定性实验研究

为获得用于永磁饱和型故障限流器(permanent-magnet-biased saturation based fault current limiter,PM-FCL)的钕铁硼(Nd-Fe-B)N35永磁体的运行稳定性能,从时间、温度和外磁场影响3方面展开了实验研究。以永磁体随时间的退磁率来表征时间稳定性,以可逆损失率和可逆温度系数来表征温度稳定性,并分析了永磁部件的面积厚度比S/L对温度稳定性的影响。进一步,用通电螺线管模拟220kV变电站的工程磁场环境,通过实验考查了PMFCL永磁体的外磁场稳定性。实验表明,钕铁硼永磁体具有较好的时间稳定性和外磁场稳定性,在温度较高时的退磁效应并不明显,并可通过设计面积厚度比S/L较低的限流拓扑予以抵消。所得研究结果为研制面向工程应用的高压大容量PMFCL提供了基础依据。

考虑涡流效应的多气隙永磁偏置轴向磁轴承动态刚度系数研究

为了对立式转子的轴向位置进行控制,并利用永磁偏置力来克服转子的重力,提出了一种多气隙的永磁偏置轴向磁轴承。由于轴向磁轴承的定转子铁心均为实心结构,由交变磁场所引发的电涡流将对磁轴承的刚度系数造成显著影响。采用了单元有效磁阻模型,建立了轴向磁轴承动态电流刚度的数学模型和建立了考虑涡流效应的二维瞬态电磁场有限元仿真模型。有限元仿真结果证明了所建立的动态电流刚度数学模型的正确性,也表明了轴向磁轴承的位移刚度受涡流的影响较小,永磁偏置力在各个频率段均维持恒定。

兼顾技术经济性的永磁偏置型故障限流器优化配置算法

提出了一种兼顾技术性和经济性的大电网永磁偏置型故障限流器(Permanent-magnet-biased Saturation based Fault Current Limiter,PMFCL)优化配置算法.介绍了PMFCL限流机理,定义了短路电流裕量作为挑选超标节点的标准.将节点自阻抗作为节点短路电流水平的衡量指标,基于节点自阻抗增量,构建了兼顾全局限流效果与经济性的PMFCL优化配置评价函数.综合考虑了PMFCL启动条件和节点自阻抗对支路阻抗参数的灵敏度指标以缩小寻优空间,提出了PMFCL在大电网中配置优化算法.将该算法应用于IEEE 39节点标准算例,调用Matlab遗传算法函数完成仿真.结果表明,与不计及灵敏度相比,该算法寻优效率较高;所得最优配置方案能够使所有节点短路电流满足限流要求并保留一定裕量,对超标越严重的节点限流效果较好,验证了该算法的可行性及有效性.

永磁饱和型高压直流限流器参数优化设计

随着高压直流系统短路电流水平的提升,故障电流可能超出断路器遮断容量,或使其体积与成本急剧增加。使用故障限流器抑制故障电流上升速度,能够降低对直流断路器性能的要求。其中,永磁饱和型故障限流器具有无需外加控制、自动响应、无需外加励磁电流和损耗较低等优点。目前限流器参数设计主要针对稳态电感值,考虑暂态特性的参数设计及优化方法仍待研究。为此,文中提出一种用于直流系统的永磁饱和型故障限流器参数优化设计方法。首先,介绍了该类型限流器的工作原理。其次,提出了限流器优化设计的约束条件和优化目标函数,以成本最低为目标进行了限流器参数优化设计。最后,建立了有限元和电路仿真模型进行仿真计算,并研制了一台限流器样机,进行了试验。仿真和试验结果表明:采用所提方法可以设计出符合要求的限流器,降低了限流器成本,减小了直流断路器分断过程中的应力。

永磁偏置磁轴承混合模糊控制器设计

永磁偏置磁轴承属于一类复杂的控制系统,具有显著的非线性特性,采用一般的线性控制难以达到满意的效果。为此,结合永磁偏置磁轴承的工作特性,采用等效电流法,建立了非线性控制模型,并以该模型为研究对象,综合考虑系统的动态响应特性和无静差的要求,提出了模糊PD与线性位置积分相结合的混合控制策略,并基于模糊控制理论设计了混合模糊控制器。最后,通过仿真实验表明,应用该控制器,永磁偏置磁轴承系统的动静态特性良好,且具备较好的鲁棒性。

基于磁滞回线数学模型的变压器励磁电流分析

从铁芯饱和及其磁滞特性的角度研究变压器励磁涌流及直流偏磁条件下的励磁电流的重要性。利用磁滞回线的特征值及其关系得到了一种磁滞回线的数学模型,根据该数学模型求出了直流偏磁条件下变压器的励磁电流波形,经MATLAB仿真软件验证了该模型的正确性,对于研究直流偏磁下变压器励磁电流的特性具有重要意义。

直流偏磁条件下电力变压器铁心B-H曲线及非对称励磁电流

基于变压器铁心的直流偏磁特性提出了一种有效获取大型电力变压器直流偏磁条件下绕组励磁电流的方法。首先在按与实际产品1/50比例制作的产品级模型上通过试验研究建立了处于不同直流偏磁水平铁心的磁通?激励电流(Φ-I)曲线族,(B-H)曲线族;其次通过仿真计算考虑了偏置磁通对这些曲线的影响;最后提出了适合变压器工程应用的直流偏磁条件下非对称励磁电流的计算方法。实际测量数据与仿真计算结果的比较表明文中提出的方法是正确的。

地磁感应电流对变压器影响的仿真研究

太阳风引发地磁暴时会在电网中产生地磁感应电流(Geomagnetically Induced Currents,GIC),准直流特性的GIC会导致变压器产生直流偏磁。阐述了GIC的产生原理,根据零序磁通的磁路情况分析了不同铁芯结构变压器受GIC影响的大小程度。基于MATLAB-SIMULINK仿真软件建立了三相三柱式变压器和三相组式变压器的直流偏磁模型,通过对比两种变压器在GIC作用下的励磁电流、磁链和谐波阶次来对比分析不同铁芯结构受GIC影响的程度。仿真结果表明,零序磁通回路磁阻小的铁芯结构变压器更易受到GIC的影响,产生明显的直流偏磁,励磁电流含有各阶次谐波,对电网的安全稳定运行带来一定的影响。