10kV变压器二端口宽频导纳参数的数值计算

论文摘要

电力系统过电压的抑制与防护以及电力系统电磁兼容问题的研究都需要建立元件、设备的电磁暂态计算模型。电磁暂态计算程序EMTP所提供的变压器模型只能用于工频和中低频(10kHz以下)情况下的稳态和暂态计算,而系统中出现的雷电过电压和气体绝缘变电站内开关操作引起的陡波前过电压(VFTO)的计算频率上限在几MHz和几十MHz,这些模型远远不能满足计算要求。因此,有必要建立它们的高频电路模型。取得设备的网络函数是建立其黑盒模型的基础,但是大型变压器类设备的网络函数难以通过测量的方法获得。本文基于国家自然科学基金项目“变压器类设备无源宽频宏模型建立方法研究”(NO.50977031),针对这一问题,提出了基于变压器绕组传输线模型采用有限元法计算其宽频导纳参数的方法。该方法首先建立变压器绕组的多导体传输线模型,然后应用有限元法计算多导体传输线单位长度的参数矩阵,最后基于边界条件和电报方程推导其二端口导纳参数矩阵。本文对一连续式变压器绕组模型和一台10kV双绕组变压器进行了参数计算。将连续式变压器绕组模型看成是一个自耦变压器,第一匝是其输入端,其他各匝是其输出端。建立连续式变压器绕组的多导体传输线模型,然后应用有限元法计算其单位长度的参数矩阵,基于边界条件和电报方程推导了连续式变压器绕组的输入端对输出端的二端口导纳参数矩阵。在此基础上,建立了10kV双绕组变压器的高压绕组和低压绕组的多导体传输线模型,采用有限元法计算了高压、低压绕组各个导体本身的自电容和互电容以及高低压绕组导体之间的互电容,然后算出其单位长度的电感、电阻、电导参数。在此基础上,基于电报方程和边界条件推导了10kV双绕组变压器高压端对低压端的二端口导纳参数矩阵。为了验证计算方法的有效性,采用安捷伦4395A频谱网络分析仪测量了连续式变压器绕组和10kV双绕组变压器的高低压端的二端口散射参数,通过参数矩阵变换转化为导纳参数。计算结果和测量结果的分析和比较验证了该方法的可行性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 本课题国内外研究情况
• 1.2.1 研究方法以及研究现状
• 1.2.2 电磁场数值计算的方法与比较
• 1.3 本论文的主要研究工作
• 第2章 变压器绕组的多导体传输线模型
• 2.1 变压器的基本知识
• 2.2 二端口网络的导纳参数和散射参数
• 2.2.1 导纳参数Y
• 2.2.2 散射参数S
• 2.2.3 散射参数S 与导纳参数Y 的转换
• 2.3 多导体传输线理论基础
• 2.4 变压器绕组的多导体传输线模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 变压器绕组传输线模型的分布参数计算
• 3.1 有限元软件FEMM 介绍
• 3.2 电容参数的计算
• 3.3 电感参数的计算
• 3.4 电导参数的计算
• 3.5 电阻参数的计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 计算实例
• 4.1 连续式变压器绕组的导纳参数计算
• 4.1.1 连续式变压器绕组的二端口模型和导纳参数的提取
• 4.1.2 连续式变压器绕组的分布参数计算
• 4.1.3 测量与计算结果分析
• 4.2 10kV 变压器的导纳参数计算
• 4.2.1 10kV 变压器的二端口模型和导纳参数的提取
• 4.2.2 10kV 变压器的分布参数计算
• 4.2.3 测量与计算结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 详细摘要