直流输电单极大地运行引起变压器偏磁的研究

论文摘要

直流输电系统在我国得到广泛的应用,当它处于单极大地运行时,部分地中直流电流通过变压器中性点,经由交流输电线路从另一端的变压器中性点进入变压器,并形成回路,从而影响电力系统的正常工作。本文对直流偏磁的机理进行详细的阐述,由于变压器铁心类型不同,其影响也不同。本文将经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和Hilbert变换应用在直流偏磁的仿真研究中。利用MATLAB建立直流偏磁仿真模型,仿真结果表明随着直流电压的增加,励磁电流畸变程度增加。利用EMD提取畸变后励磁电流的IMF1分量,再对IMF1作Hilbert变换求瞬时频率和幅值。该方法能够准确检测出励磁电流畸变的时间、频率、幅值。将EMD理论应用在直流偏磁研究领域中,为此理论在变压器直流偏磁领域的深入研究提供了依据。以三相电力变压器为仿真对象,根据实体的具体参数,利用有限元原理,在ANSYS环境下进行三维实体建模。当电力变压器空载工作时,中性点注入直流电压,查看在铁心中所产生的漏磁通分布及漏磁磁密数值范围。ANSYS环境下的三维直流偏磁模型比二维模型能更直观准确的反应漏磁场的分布。讨论了在系统中抑制直流偏磁的措施和变压器铁心设计对直流偏磁的影响,介绍变压器中性点注入反向电流法、变压器中性点串联电阻法、变压器中性点串联电容法、交流线路串联电容器法,并对其优缺点做了比较详细的说明。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外对直流偏磁认识
• 1.3 直流偏磁产生的原因
• 1.3.1 高压直流输电
• 1.3.2 单极大地运行产生直流偏磁现象
• 1.3.3 地磁暴引发直流偏磁现象
• 1.4 变压器励磁电流分析方法
• 1.4.1 傅里叶变换
• 1.4.2 EMD 方法
• 1.5 变压器电磁场分析
• 1.6 本文所作工作
• 第2章 变压器直流偏磁机理
• 2.1 直流偏磁基本原理
• 2.2 变压器励磁电流计算
• 2.3 变压器结构对偏磁现象影响
• 2.4 直流偏磁对变压器的主要危害
• 2.4.1 噪声
• 2.4.2 变压器损耗
• 2.5 本章小结
• 第3章 变压器直流偏磁励磁电流分析
• 3.1 EMD 分解
• 3.2 Hilbert 变换理论
• 3.3 算法实现
• 3.4 基于HHT 理论的单相变压器仿真
• 3.4.1 建立仿真模型
• 3.4.2 仿真结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 ANSYS 环境下直流偏磁的有限元分析
• 4.1 有限元方法
• 4.2 电磁场理论
• 4.2.1 麦克斯韦方程组
• 4.2.2 一般形式的电磁场微分方程
• 4.3 ANSYS 环境下电磁场有限元分析
• 4.3.1 有限元分析软件ANSYS
• 4.3.2 利用ANSYS 软件进行电磁分析的基本步骤
• 4.4 三相变压器有限元分析的方法
• 4.4.1 有限元分析的前提
• 4.4.2 三维有限元模型
• 4.4.3 场路耦合分析模型
• 4.4.4 对于变压器模型的前处理
• 4.4.5 对于变压器模型的求解
• 4.4.6 对于变压器模型的后处理
• 4.5 变压器有限元分析结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 抑制直流偏磁方法
• 5.1 系统的防护措施
• 5.2 变压器铁心要求
• 5.3 抑制变压器中性点直流电流的装置
• 5.3.1 变压器中性点注入反向电流法
• 5.3.2 变压器中性点串联电阻法
• 5.3.3 串联电容法
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文
• 致谢