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空载变压器相控合闸技术的研究

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1 绪论

1.1 概述

1.2 选相投切技术

1.3 国内外研究现状

1.4 论文主要内容

2 变压器励磁涌流统计仿真分析

2.1 电力变压器及合闸励磁涌流

2.1.1 电力变压器及铁芯磁通

2.1.2 励磁涌流产生机理及特征

2.2 电力暂态仿真模型

2.2.1 变压器模型

2.2.2 空载变压器合闸统计仿真模型

2.3 励磁涌流的统计仿真分析

2.3.1 关合时间分散性对励磁涌流的影响

2.3.2 剩磁对励磁涌流的影响

2.3.3 断路器预击穿特性对励磁涌流的影响

2.4 本章小结

3 励磁涌流的抑制措施及仿真分析

3.1 励磁涌流的抑制措施

3.2 断路器合闸电阻法

3.2.1 仿真模型搭建

3.2.2 合闸电阻对励磁涌流的影响机理

3.2.3 断路器合闸电阻的仿真分析

3.3 空载变压器相控合闸方法

3.3.1 相控合闸策略

3.3.2 相控合闸仿真

3.4 本章小结

4 剩磁及其测算方法研究

4.1 剩磁测算方法概述

4.2 剩磁的影响因素

4.2.1 分闸时刻对剩磁的影响

4.2.2 分闸后暂态过程对剩磁的影响

4.2.3 均压电容对剩磁的影响

4.3 基于最小二乘法的剩磁测算方法

4.3.1 剩磁测算方法的实现

4.3.2 剩磁测算交互平台

4.4 本章小结

5 选相控制器设计及试验平台测试

5.1 控制系统硬件结构

5.1.1 整体架构

5.1.2 硬件系统组成电路

5.2 控制系统软件设计

5.2.1 软件设计流程

5.2.2 功能模块和时序仿真

5.3 试验平台测试

5.3.1 试验平台搭建

5.3.2 选相控制器验证试验

5.3.3 断路器分合闸时间测试

5.3.4 空载变压器合闸试验

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

大连理工大学学位论文版权使用授权书

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摘要

在电能发输变配的过程中,智能变电站、智能配电网等智能系统发展迅速,对电器设备的智能化提出了严苛的要求。在不同电压等级的转换过程中,电力变压器作为实现变电的主要设备起到了十分重要的作用。电力变压器在空载合闸过程中出现的励磁涌流是一种电磁暂态现象,这种现象实质上是电磁关系由暂态向稳态变化的过程,相控合闸技术是抑制空载变压器合闸励磁涌流的有效方式,也是设备智能化的重要体现。 本文借助变压器磁化曲线和公式阐述了励磁涌流的产生原理,在ATP-EMTP仿真软件中搭建了三相空载变压器合闸的统计仿真模型,分别针对断路器关合时间分散性、变压器铁芯剩磁、断路器预击穿特性对励磁涌流的影响进行了统计仿真分析。阐述了励磁涌流的抑制措施,推导分析了断路器合闸电阻法抑制励磁涌流的机理,以仿真的方式确定合闸电阻阻值和投入时间范围的选取。针对不同的相控合闸策略进行了仿真,提出装设断路器合闸电阻的相控合闸法,并通过励磁涌流的抑制效果对比各种抑制措施的优劣性。 本文针对分闸时刻、分闸后暂态过程和断路器断口均压电容对剩磁的影响进行了分析和仿真。在研究剩磁影响因素的基础之上,提出基于最小二乘法的剩磁测算方法,此方法是针对工程中最常用的电压积分法的改进,通过准确获取电压积分上限来提高剩磁测算的精度。为了提高剩磁测算的可交互性,本文在MATLAB中设计了剩磁测算交互平台,并通过仿真方式验证了所提出剩磁测算方法的准确性。 本文中选相控制器采用以FPGA为核心的硬件系统,利用Verilog HDL语言完成软件编程。对程序进行了综合时序仿真,验证了程序逻辑和时序的正确性,对选相控制器进行了触发试验,验证了选相控制器的触发可靠性。搭建了空载变压器的涌流试验平台,首先对断路器进行了分合闸试验,测试了其固有分合闸时间和机械分散性,其次进行了空载变压器的合闸试验,通过示波器采集合闸涌流波形,对比非相控方式和考虑剩磁的相控方式下的励磁涌流,试验结果表明,采用相控方式,变压器合闸涌流可以得到有效的抑制。

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