变压器式可控电抗器结构优化与损耗计算

【摘要】：随着用电负荷的快速增长以及大容量输电需求的增加,超高压、长距离输电成为目前输电技术的重要发展方向。CRT(Controllable Reactor of Transformer Type,变压器式可控电抗器)作为一种新型可控电抗器,具有电流谐波小、响应速度快、容量连续可调的优点,近年来得到广泛的关注与研究。本文将磁集成技术引入CRT的结构设计,提出一种结构简单、易于拓展、装配灵活的CRT本体结构,具体内容如下:(1)分析CRT工作原理,介绍磁集成技术实现CRT高阻抗与解耦集成的基本原理。(2)基于CRT的单支路调节模式,以同心式CRT为研究对象,采用磁路计算法推导了不同负载下n绕组CRT的漏磁场计算通式。研究得出:随着负载投入,铁芯中的磁通逐渐向空气中转移;磁路法与有限元法在CRT漏磁场计算方面具有良好的一致性;磁路计算法在工程设计中具有简单、快速和容易的特点。(3)对现有磁集成CRT的结构特点进行分析,总结多控制绕组基本单元磁集成CRT的结构设计原则,并据此提出CRT的新型磁集成结构,即双控制绕组基本单元磁集成CRT。将双控制绕组基本单元磁集成CRT与现有磁集成CRT在多方面进行对比,以说明该结构的优越性。研究表明:多控制绕组基本单元磁集成CRT的结构设计原则对CRT结构设计具有一定的指导意义;双控制绕组基本单元磁集成CRT能够满足设计要求,且在体积、重量、结构复杂度等多方面具有明显的优越性与实用价值。(4)在忽略绕组漏抗与线阻的条件下,建立双控制绕组基本单元磁集成CRT的等效磁路与等效电路模型,并据此进行磁通和电流的定量分析及计算公式推导。基于场路耦合的有限元分析,对不同负载时铁芯中的磁场分布和各绕组电流进行仿真,并计算控制绕组容量利用率。研究表明:双控制绕组基本单元磁集成CRT能够实现从空载到额定负载的平滑过渡,且满足高阻抗、弱耦合的基本设计原则;此外,双控制绕组基本单元磁集成CRT结构简单、绕组容量利用率高,具有一定的实用性。(5)通过对双控制绕组基本单元磁集成CRT的成本、损耗与结构参数之间的关系进行分析,以其成本和损耗最小为优化目标建立结构参数的优化模型,并基于MATLAB遗传算法工具箱,对CRT的结构参数进行优化。研究显示:基于遗传算法优化后的CRT结构参数更加合理。(6)通过对双控制绕组基本单元磁集成CRT的损耗原理进行分析,基于有限元软件对CRT损耗进行计算,并将有限元法与解析法的损耗计算结果进行对比。结果显示:基于解析法和基于有限元法的CRT损耗计算,两者具有良好的一致性,从而验证两种方法的正确性。