磁控电抗器的建模仿真及特性研究

发布时间：2017-04-15 09:00

  本文关键词：磁控电抗器的建模仿真及特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来国民经济的飞速发展,促使电力行业的用电需求和电能质量要求的不断提高。由于我国幅员辽阔、能源主要集中在西部地区,而负荷主要集中在东部沿海地区,这种不均匀分布的特点,使得远距离输电技术成为解决问题的重要手段。随着超高压跨区域远距离输电的发展,以及电力电子技术的进步,使得电网无功功率的需求越来越大。同时,广泛采用的大功率的冲击性负荷也会带来电网电压的波动、闪变、畸变等问题,造成电力设备的使用寿命缩短,严重影响电网的安全稳定运行。为此,保证电网的无功功率平衡,对改善电能质量、提高供电可靠性、维护电网的安全稳定运行有着非常重要的意义。磁控电抗器在无功补偿方面体现着良好的优势,它是通过改变直流励磁来影响铁芯的饱和程度,达到调节其等效输出电抗的目的,从而实现平滑调节其输出容量的特点。此外,对线路传输功率的提高、工频过电压的限制和潜供电流的抑制等方面都具有明显效果。因此,对磁控电抗器的特性研究有着非常重要的意义。本文以10kV磁控电抗器样机参数作为仿真模型的数据来源,围绕其本体结构、工作原理、电磁特性、数学建模和软件仿真等几个方面展开研究。首先对磁控电抗器的基本结构和工作原理进行了简要介绍,并且推导出其等效数学模型。同时,对铁磁材料的磁滞特性和磁滞理论的主要内容作了简要介绍,并以Jiles-Atherton磁滞模型推导出的微分方程为例,分析方程的每个参数对磁滞回线的影响。此外,利用MATLAB软件建立了BP神经网络磁滞模型,将磁滞回线实验数据与网络训练预测后的输出值进行对比分析,通过误差的趋势变化图检验出网络性能较好。采用该种方法建立磁滞模型避免了传统磁滞模型数学推导的复杂性,并且体现出较高的准确性。其次,基于磁控电抗器等效数学模型的理论基础,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了磁控电抗器的电路模型,仿真分析其电路特性,通过调节晶闸管不同触发角,得到不同工况下的工作绕组电流。仿真结果表明随着晶闸管的不断减小,工作电流值不断增加,表明此时直流偏磁程度越来越大,使得铁芯趋于深度饱和状态。另外,并基于实际磁滞回线的数据计算得出的电流波形,与仿真的电流波形两者进行比较分析,结果显示两者波形变化基本吻合,证明了所搭建的电路模型的正确性,也为磁控电抗器的研究工作提供了较为方便的一种方法。最后,利用Ansoft Maxwell软件建立了磁控电抗器的磁路模型,仿真分析其磁路特性。对控制直流绕组设置不同激励的情况下,分析每种工况下磁控电抗器的磁力线和磁通密度的分布场图情况。在一个周期内的磁力线变化场图显示出,上半周期内磁力线主要集中在左芯柱,下半周期主要集中在右芯柱,相应地磁通密度场图反映出左右铁芯轮流增磁和去磁。并且直流励磁程度越大,磁力线越密集,磁通密度也越来越大。对磁控电抗器的磁路建模,能够对其磁路特性了解地更加清晰,并且对直流偏磁下的运行特性研究有较好的帮助。
【关键词】：磁控电抗器 MATLAB ANSOFT 神经网络 仿真模型
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM47
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 课题的研究背景与意义14-15
• 1.2 可控电抗器国内外研究现状与发展趋势15-17
• 1.2.1 国内研究现状与发展趋势15-16
• 1.2.2 国外研究现状与发展趋势16-17
• 1.3 可控电抗器的作用和分类17-20
• 1.3.1 可控电抗器的作用17-18
• 1.3.2 可控电抗器的分类18-20
• 1.4 本文研究的主要内容20-22
• 第二章 磁控电抗器的工作原理及数学模型22-31
• 2.1 磁控电抗器的基本结构和工作原理22-24
• 2.1.1 MCR的基本结构22-23
• 2.1.2 MCR的工作原理23-24
• 2.2 磁控电抗器的工作状态24-25
• 2.3 磁控电抗器的电磁特性方程25-28
• 2.4 磁控电抗器的数学模型及等效电路28-30
• 2.4.1 MCR的数学模型28-29
• 2.4.2 磁控电抗器的等效电路29-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第三章 磁滞建模和神经网络的应用31-48
• 3.1 铁磁材料的磁滞特性31-32
• 3.2 磁滞理论发展及模型介绍32-39
• 3.2.1 磁滞理论的发展32-34
• 3.2.2 磁滞模型的介绍34-39
• 3.3 磁滞模型在MATLAB中的实现39-47
• 3.3.1 Jiles-Atherton模型微分方程组在MATLAB中的实现39-42
• 3.3.2 神经网络磁滞模型在MATLAB中的实现42-47
• 3.4 本章小结47-48
• 第四章 磁控电抗器的电路特性及建模仿真48-58
• 4.1 MATLAB/SIMULINK简介48-50
• 4.2 仿真模型建立50-53
• 4.2.1 参数设计50-51
• 4.2.2 模块说明51-53
• 4.3 仿真结果及分析53-57
• 4.3.1 仿真结果53-56
• 4.3.2 结果分析56-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 磁控电抗器的磁路分析和建模仿真58-73
• 5.1 电磁场理论简要介绍58-60
• 5.1.1 麦克斯韦方程组58-59
• 5.1.2 电磁场中的边界条件59-60
• 5.2 有限元分析方法及Ansoft/Maxwell仿真软件介绍60-63
• 5.2.1 有限元分析方法介绍60-62
• 5.2.2 Ansoft Maxwell仿真软件介绍62-63
• 5.3 磁路特性及仿真过程63-68
• 5.3.1 磁路结构63-65
• 5.3.2 仿真过程65-68
• 5.4 仿真结果及分析68-72
• 5.4.1 仿真结果68-71
• 5.4.2 仿真结果分析71-72
• 5.5 本章小结72-73
• 结论与展望73-75
• 参考文献75-79
• 研究生期间发表论文79-80
• 研究生期间参与科研项目80-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：308032