高压高频变压器宽频建模方法及其应用研究

发布时间：2019-04-22 09:13

【摘要】：大容量DC-DC变换器是建立和发展高压直流电网的核心装备。其中,基于高压高频变压器磁耦合的DC-DC变换器在实现电气隔离及可靠性提升方面具有明显优势,是未来电力系统应用的重要发展方向。高压高频变压器作为制约大容量DC-DC变换器研制及商业应用的主要技术瓶颈,在基础理论与关键技术研究方面极为缺乏。本文聚焦于高压高频变压器的寄生参数效应,采用理论计算与实验测量相结合的手段,对高压高频变压器的宽频建模方法进行了深入研究。本文提出了高压高频变压器宽频机理模型。模型充分考虑了高压高频变压器的电感特性和电容效应,包括绕组与磁芯、外壳间的电容,模型参数具有明确的物理意义。针对高压高频变压器绕组匝数大且具有跑道型结构的特点,采用基于加权算法的二维有限元方法提取了模型参数。通过对一台高压高频变压器原型机在端接不同负载时和不同绕组端子接地时的阻抗特性进行测量和仿真,验证了宽频机理模型及其参数计算方法的有效性,同时揭示了绕组接地对高压高频变压器谐振频率的影响。本文所提宽频机理模型及其参数计算方法为在设计过程中认识和调控高压高频变压器的寄生参数效应提供了有力工具。本文提出了高压高频变压器的端子电容等效方法。从多导体系统部分电容的概念出发,通过定义与绕组电位分布规律有关的系数矩阵,将绕组各匝线圈间的部分电容等效为绕组端子间的端子电容,显著降低了部分电容参数带来的模型复杂度。同时建立了端子电容与部分电容间的定量关系,揭示了端子电容本质上是部分电容的线性加权和,其加权系数与绕组的电位分布情况有关。通过一台空心电抗器与高压高频变压器原型机,验证了端子电容等效方法的有效性。本文所提端子电容等效方法提供了一种将变压器内部各导体间分布电容参数等效为绕组端子间集总电容参数的有效途径,同时揭示了这些集总电容参数的等效机制,对高压高频变压器电容效应的分析与调控具有一定指导意义。本文提出了高压高频变压器电容参数的实验提取方法。通过分析阻抗谐振频率间的内在关联,揭示了大变比情况下一些阻抗谐振频率很高而难以测量的原因,从而指出了基于阻抗测量的传统电容提取方法在应用于高压高频变压器时存在的不足。同时,通过分析传输特性谐振特征,提出了基于电压传输特性测量的电容提取方法,利用反映变压器漏感和绕组间电容并联谐振的电压传输特性零点频率,弥补了因阻抗频率无法测量而缺失的电容约束方程。通过对几台高频变压器进行阻抗与传输特性测试,对两种电容提取方法进行了对比分析。结果表明,本文所提基于电压传输特性测量的电容提取方法有效解决了大变比条件下实验提取高压高频变压器电容参数的难题。作为宽频建模方法的应用,本文揭示了高压高频变压器带不同性质负载下电压与电流传输特性的变化规律,获得了寄生参数、负载与传输特性谐振频率间的关联关系。在此基础上,提出了固定频点下电压与电流传输比的调控方法,并讨论了具体的调控措施。通过高压高频变压器原型机,验证了传输特性分析与调控方法的有效性。本文所提传输特性调控方法可以保证高压高频变压器实现预期的电压与电流变换。
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【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM433

【参考文献】