基于纳米材料磁状态可调整的多功能电力变压器研究

发布时间：2017-12-10 16:22

  本文关键词：基于纳米材料磁状态可调整的多功能电力变压器研究

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【摘要】：由于电网中出现日益严重的直流偏磁现象,会引起变压器铁心振动加剧、谐波增大、电压畸变等问题,并且会给电力系统安全运行带来严重的威胁;此外,根据我国目前经济发展和能源战略发展的需要,电力网中非线性负载占有大部分比例,该类负载具有冲击性、无功功率不平衡等特征。因此,研究一种综合具有偏磁补偿及无功调节能力的新型电力变压器,对保证电网安全可靠地提供优质电能,具有重要的理论意义及工程价值。本文针对目前电力系统中日益突出的直流偏磁现象和线路无功不平衡问题展开研究,在国内外首次提出:基于新型纳米两相复合磁性材料,构建一种全新的、内在磁状态可以自我调节的铁心结构,并将变压器铁心与电抗器铁心磁路集成。利用纳米材料导磁和励磁之间的有效转换,创新性地在一台变压器本体上实现了多种功能的转换,比如:可调电抗、无功调节、直流偏磁补偿等。为电网智能化安全运行提供一种新的节能型、智能化电力设备。首先,本文利用磁交换耦合作用,提出了一种适用于电力系统电磁装备的软、硬磁两相复合型纳米磁性材料,建立材料数学模型并确定材料剩磁和矫顽力的关系,确定了复合型材料制备工艺和磁性能处理技术。针对纳米复合磁性材料对外磁场具有快速反应的特性(高剩磁、低矫顽力),并结合电力电子技术,设计了一套阶梯型交、直流脉冲混合电源,用于复合磁性材料磁性能调节,实现了材料在硬磁相和软磁相之间有效的转换,为完成调节铁心磁状态的目的奠定了基础。然后,为了满足变压器直流偏磁磁通定向补偿和电感值连续可调整的目标,运用磁路磁阻理论和磁集成技术,提出并设计了一种电力变压器新结构。重点研究了复杂磁场作用下纳米磁性材料磁特性之间相互转换机理及其控制方式,通过改变磁性材料的剩磁实现了对偏磁磁通反向补偿及调节电感铁心磁饱和程度的能力,进而减小了直流偏磁对变压器的危害。完成了电感值连续可调的目的,实现了线路无功实时、快速调节的需求,可以消弱电网谐波污染,提高了线路无功补偿的可靠性以及整个电力系统的性能。实现了电磁装备工作点从“电调整”到“磁调整”的改变,该结构的特点是不改变变压器外部中心点接线方式,可以有效的保证中性点安全接地。基于纳米两相复合磁性材料的磁特性,提出一种磁集成解耦策略,解决了电感绕组和变压器绕组之间的解耦问题,在保证变压器功能的条件下集成了电抗器功能。最终实现了单台变压器兼具变压、平波、直流偏磁抑制和快速线路无功功率调节的能力,降低或消除电网谐波污染,减小了电力装置体积,完成了装备一体化设计。最后,制作了两台10kVA兼具直流偏磁补偿及电感调节能力的新型电力变压器;搭建基于新型电力变压器的小型配电系统;完成直流偏磁补偿和线路无功调节实验,验证了本文设计方案的可行性和正确性,为我国智能化电网的发展提供新的思路。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM41

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