变压器直流偏磁问题的场路耦合算法

论文摘要

本文结合电力变压器的直流偏磁运行情况,进行了研究,电力系统变压器直流偏磁问题是十分复杂的问题,这一研究涉及电力系统的简化、三维非线性电磁场的数值计算问题。本文主要内容是:通过一个简单模型验证了棱边有限元法在计算非均匀媒质的三维磁场时比节点有限元法的结果更为准确,从而选用场路耦合算法对变压器的简化模型进行微分电感的求解,结合用Fortran语言编写的龙格库塔法的程序,循环进行三维非线性磁场数值计算,得出变压器的励磁电流波形,以此对更为实际的变压器模型的直流偏磁现象进行原理性仿真,最后对Runge-Kutta方法的步长与计算结果之间的关系进行了讨论,为分析电力系统中变压器设备提供了可行的办法与途径。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 引言
• 1.1 课题提出
• 1.2 国内外对变压器直流偏磁的研究动态及需要解决的问题
• 1.2.1 国外变压器直流偏磁研究动态
• 1.2.2 国内变压器直流偏磁研究概况
• 1.2.3 变压器磁场的数值分析
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 变压器直流偏磁机理?危害以及抑制措施
• 2.1 变压器直流偏磁的机理
• 2.2 变压器绕组中直流分量产生的原因
• 2.3 直流偏磁对变压器的危害
• 2.3.1 产生大量谐波
• 2.3.2 噪声增大
• 2.3.3 变压器损耗增加
• 2.3.4 对无功的影响
• 2.3.5 对铁心拉板（支撑板）的温升影响
• 2.4 直流偏磁对不同结构变压器的影响
• 2.4.1 三相芯式变压器
• 2.4.2 三相五柱式的壳式变压器
• 2.4.3 三相分体变压器组
• 2.5 变压器允许的直流电流
• 2.6 抑制直流电流对交流变压器影响的措施
• 2.6.1 反向电流法
• 2.6.2 串联电容法
• 2.6.3 串联电阻法
• 第三章 磁场问题的有限元算法比较
• 3.1 基于节点的有限元法
• 3.2 基于棱边单元的有限元法
• 3.3 节点有限元法的限制
• 3.4 计算实例及结果分析
• 3.5 小结
• 第四章 磁场-电路耦合分析方法
• 4.1 单相变压器的电路模型与方程组
• 4.2 变压器线圈的微分电感求解
• 4.2.1 微分电感的定义
• 4.2.2 使用的电感计算方法
• 4.2.3 使用ANSYS计算变压器线圈电感
• 4.3 应用Runge-Kutta方法求解变压器方程组
• 4.4 变压器励磁电流的计算
• 4.4.1 关于直流量的引入
• 4.4.2 方式1直流偏磁空载仿真
• 4.4.3 直流偏磁负载仿真
• 第五章 变压器实例的仿真与Runge-Kutta法步长的讨论
• 5.1 引言
• 5.2 方式1直流偏磁空载仿真
• 5.3 方式2直流偏磁空载仿真
• 5.4 两种直流量引入方式下变压器励磁电流的比较
• 5.5 直流偏磁负载仿真
• 5.5.1 Runge-Kutta方法步长的选取
• 5.5.2 直流偏磁时负载情况下的变压器原边电流波形
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况