磁控电抗器的特性仿真分析及研究

发布时间：2020-04-12 00:03

【摘要】：随着现代工业的快速发展,尤其在我国超高压、特高压、高铁以及各种大功率冲击负荷等高新科技的不断投入运行,会导致系统电网电压发生波动、闪变、波形畸变等危害,严重影响电力电器设备的安全进而威胁到电网的安全稳定运行,故无功平衡对实现电力系统的安全、稳定运行,保证供电可靠性和优质的电能质量已经在生产生活中显得至关重要。而电抗器对改善无功及电能各种性能方面有着很好的作用,尤其是磁控电抗器(MCR)在具备传统电抗器作用的基础上,还具有可实现连续平滑调节自身容量、制造工艺不复杂、灵活可靠性高和成本低等优点,得到了国内外学者的广泛青睐。目前对MCR的研究集中在单相MCR上,本文将主要以单相四柱式双级磁阀、单级磁阀及饱和式无磁阀三种不同铁芯结构的MCR作为研究对象,对它们的谐波特性、电磁特性和响应特性进行对比分析及研究。对于电抗器特性分析方法主要有理论分析方法、Matlab/simulink仿真分析法和Ansys maxwell仿真分析法。其中,理论分析方法从计算公式推导上详细地介绍了新型可控电抗器的工作原理及特性分析等,但该方法不能直观反映其谐波、磁场和响应等特性的变化过程;Matlab/simulink仿真分析法虽可搭建仿真电路,但仅能用变压器等效饱和式电抗器模型,且该方法不能对硅钢片参数进行精确的磁化曲线拟合,尤其是无法构造特殊磁阀模型,如单级、双级及多级磁阀模型;Ansys maxwell仿真分析法虽可构造特殊磁阀进行电流、谐波及电磁特性分析,但因其内置电路简单而无法实现复杂控制电路的响应特性分析。为实现绕组电流、谐波及磁场变化的直观分析,并解决硅钢片B-H拟合曲线、特殊磁阀构造及复杂电路搭建等问题,本文在采用Ansys maxwell仿真分析方法的基础上,又引入了Simplorer与maxwell联合仿真的新方法,实现MCR的响应特性分析。在理论分析基础上,采用Ansys maxwell 2D仿真软件对三种不同磁阀结构MCR的绕组电流变化、谐波变化及磁场变化进行了深入的仿真分析,通过实验数据对比分析得到双级MCR模型特性相对更优;又采用Simplorer与maxwell联合仿真的新方法对三种MCR的响应特性进行了仿真分析,也通过实验数据对比分析得到双级MCR模型的响应特性相对更优,且此新方法也达到了理论上的响应速度即20ms以内,能为设计出性能更好的可控电抗器提供了理论基础。最后笔者又提出用外加控制电压的桥式半控整流电路实现对饱和式电抗器的连续可调控制,并采用Simplorer与maxwell联合仿真的新方法对该电路模型的响应特性进行了仿真分析;在实验分析中发现:外加控制电压的大小影响其响应速度快慢;当外加控制电压越大时,其电流过渡达到稳定响应时间就越小,故此控制方法在某些特定的供电条件下也具有一定的现实研究意义,也进一步验证了新方法的可行性及合理性。
【图文】：

每相两铁芯柱的绕组（上下绕组一起匝数为N ）并联后接电网的正弦交流电压源。图 2.1 单相 MCR 的结构图2.1.2 单相磁控电抗器的工作原理磁控电抗器是建立在磁饱和原理的基础之上，采用直流控制绕组电流的激磁效用，使铁芯磁状态工作点及磁特性变化即改变磁饱和度，进而使交流工作

2 单相四柱式磁控电抗器的结构原理和特性分析改变，最终实现连续可调 MCR 自身容量。现对单相展开原理图。在a1K 与a2K 均不触发导通时，因绕组是对称的生自耦，，此时电流分两条支路流入：一条左上绕组与右组与左下绕组串联，最后两条支路再并联接入交流电力变压器一样，可知线圈绕组中仅有较小的交流空载电流
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM47

【参考文献】

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本文编号：2624012