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可控电抗器饱和特性建模分析开题报告

 2021-12-29 09:12  

全文总字数:3986字

1. 研究目的与意义及国内外研究现状

中国地域辽阔,电力能源需求分布和一次资源分布相矛盾。随着经济的增长,这样的矛盾更加的突出,因此为了满足持续增长的电力负荷需求和充分利用我国丰富的物质资源,将电力能源大容量、长距离的输送到电力负荷中心城市己经成为了中国能源建设的重大方针之一。特高压输电技术在传输距离、传输容量、限制短路电流和减少输电线路损耗方面较超高压输电具有明显优势[1]。但电压等级越高,对电能质量要求越高。电压的稳定主要取决于系统中的无功功率平衡,有效的电压控制和合理的无功补偿,不仅能保证电压质量,而且能提高电力系统运行的稳定性和安全性,充分发挥经济效益。而特高压磁饱和式可控电抗器能够对电力系统相应参数的变化进行快速响应,通过调节控制绕组中流过的直流电流大小来改变磁饱和式可控电抗器的容量,使电压波动维持在稳定运行范围内。磁饱和式可控电抗器基于直流偏磁可调原理进行设计,其主磁场分布和工作特性是检验磁饱和式可控电抗器产品设计合理性的重要技术指标。其磁场分布是后期计算其工作特性的基础;磁饱和式可控电抗器的控制特性、伏安特性直接反应其调节过程和工作状态。可控电抗器的谐波特性的分析对分析可控电抗器挂网运行后谐波对特高压输电网的影响具有指导意义[2]。综上所述,对可控电抗器的的饱和特性分析具有很强的理论实践意义。

国内外研究现状

磁饱和式可控电抗器随着电网电压的变化,自动调节控制绕组中流过的直流电流大小来改变可控电抗器铁心的磁特性工作状态,从而改变特高压磁饱和式可控电抗器输出的无功功率大小,实现电网电压的平滑调节[3]。它是基于磁放大器研制出来的。“磁放大器”这一新的概念是美国学者亚历山德逊在1916年提出的。磁放大器作为一个控制元件在自动化系统中得到应用。20世纪40年代随着新工艺、新材料、新元件的快速发展,进一步推动了磁饱和式可控电抗器的发展。20世纪50年代美国专家斯托姆与苏联专家罗津布拉特各自编著一本专门介绍磁放大器的书,该书详细介绍了磁放大器的基本结构和工作原理,标志磁放大器研究己经成熟,成为当时自动化设备中不可或缺的元件之一。随后大量学者开始将磁放大器的工作原理应用到电力系统无功功率调节设备设计中。1955年英国通用电气公司成功地设计并生产了世界上第一台可控电抗器,但该可控电抗器的具有比较缓慢调节速度,而且其材料有效消耗和有功功率损耗都较不可控的铁心电抗器大。直到20世纪70年代,晶闸管控制电抗器(TCR)伴随着可控硅器件的飞速发展,以其灵活的控制特性成为了研究热点。随着世界电力系统网络自动化和智能化的发展,以及超高压、特高压输电网相继投入运行,用户对电力系统供电质量以及可靠性要求也越来越高。由于特高压远距离输电的发展,电力系统中无功功率源越来越多,且易变化,因此需要向电网提供一种可以实时的改变容量的无功功率源来调节电力系统中电网电压,保持电力系统电压平衡,减少输电线路损耗,提高电网的供电可靠性。1986年,原苏联学者布冉车夫提出了“磁阀”的概念由此使得磁控式电抗器技术快速发展。国际上俄罗斯对磁控式可控电抗器的研究开展比较早且深入,其设计制造的磁控式电抗器己经在电力传输网络中大规模的应用PWM斩控电抗器。由于其具有比较高的控制精度、高灵活性和低谐波畸变率而成为近段时间的研究热点,但其控制系统比较复杂、容量可调范围比较小,一般用在调节精度要求高的场合。日本学者提出的正交铁心电抗器由于具有近似线性的控制特性也不断的趋于实用。
目前国内己有多所高校、科研院所对磁饱和式可控电抗器进行研究。1979年国内著名专家王凤川提出了使用非线性可控电抗器来代替不可控的线性电抗器来解决远距离输电上出现的充电电流补偿问题[4]。 1981年有学者对国内引进和自制的直流可控饱和电抗器的铁磁谐振现象进行试验模型,指出采用一定的措施即可避免电磁谐振产生的危害绝缘和正常运行的问题。1993年陈柏超等人利用数值计算方法得到:可控电抗器具有大幅度调节电压的作用。并在理想数学模型的基础上分析得到了可控电抗器的降压机理。1996年尹忠东学者提出采用可控电抗器做消弧线圈可以有效的解决单相接地最佳补偿和补偿电网正常运行时的谐振过电压的矛盾。武汉大学设计了得自祸式配网自动消弧线圈由于结构简单、谐波小、不需要额外加载控制电流源等优点,己经有厂家投资,进入生产阶段。1997年陈伯超等人在提出了超高压可控电抗器中额定暂态功率倍数的全新概念的基础上,对超高压可控电抗器限压特性以及产生的谐波进行了数值计算分析,并给出可控电抗器额定暂态功率倍数的合理选择范围。有学者在对比分析了裂芯式可控电抗器和磁阀式可控电抗器的原理和功能的基础上,建议华中电网有限公司在选用无功功率调节设备时采用磁阀式超高压可控电抗器[5]。1999年陈伯超编著了《新型可控饱和电抗器理论及应用》[6]一书,本书从可控电抗器的发展史和电力系统过电压和电压调节出发,对磁阀式可控电抗器和裂芯式可控电抗器的数学模型和动态特性进行了详细的理论分析,并给出了可控电抗器在电力系统中的一些应用实例。2002年浙江大学有学者通过场一路祸合算法对一台交流可控电抗器的场分布和等值电感参数进行计算,为交流可控电抗器在电力系统中的应用提供了相应的理论分析依据和实验结果。另外华中科技大学对交流可控电抗器的研究也比较早和深刻,在交流可控电抗器领域己经获得了较大的进展。中国电力科学研究院、西安变压器厂、特变电工沈阳变压器集团有限公司都在对磁饱和式可控电抗器进行研究开发,实际产品即将在超高电压电网中投入运行[7]。在我国,己经有电压等级为35kV ,110kV , 330kV的磁控饱和电抗器投入电力传输网络使用。在江陵换流站试运行,由特变电工沈阳变压器集团有限公司率先研制的500kV磁饱和式可控电抗器,己经于2007年成功的通过系统全部的调试[8]。现阶段对磁饱和式可控电抗器的研究随着特高压输电技术的大力发展而朝着大容量、高响应速度、低谐波含量的趋势不断地深入,并获得了丰硕的研究成果。

2. 研究的基本内容

本文的主要研究内容主要为以下几个部分:

1、描述物理模型

2、建立交流激励电源的仿真模型,将两种激励信号叠加在铁芯中,共同激励铁芯,建立铁芯的b-h特性曲线的仿真模型,将b-h特性曲线的仿真模型,变换为磁势-磁通曲线[9]。

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3. 实施方案、进度安排及预期效果

实施方案:

1、了解饱和电抗器的结构特点、工作原理和输出特性

2、翻译并理解国外论文的要点

3、构建仿真模型中应用到的各个模块的典故,参数设置以及应用方法

4、构建仿真模型

5、分析仿真结果

进度安排:

1、 2017年1月10日前:在系统中填写任务书,指导教师审核

2、 2017年2月28日前:撰写开题报告并在系统中提交,由指导教师审核,完成开题。

3、 2017年5月12日前:在指导教师的指导下查阅文献、开展论文(设计)工作、 指导教师填写中期检查表,进行外文文献翻译、提交毕业论文(设计)初稿等,指导教师审核。

4、 2017年5月19日前:通过《大学生论文抄袭检测系统》对毕业论文(设计)进行 检测,每位学生给两次检测机会,检测重合率理工科超过30%、文科超过20%的论文(设计) 返回修改,合格后方可参加答辩。两次检测结果仍不合格,必须参加二次答辩。

5、 2017年5月13日_5月19日:指导教师和评阅教师审查论文,各学院完成答辩前 准备工作。

6、 2017年5月20日一6月4日:论文答辩,完成答辩后论文修改,指导教师审核。

预期效果:

充分理解可控电抗器饱和特性,并实现仿真结果,分析仿真结果,得出结论。

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4. 参考文献

[1]潘发君,周腊吾,黄利军等.可控电抗器在特高压输电系统中的应用,仪器仪表用户,2007,2(63):27-29.

[2]吴敬儒,徐永禧.我国特高压交流输电发展前景[[j].电网技术,2005,29(3):1-4.[3]周腊吾.新型特高压可控电抗器的理论及应用[d].长沙:湖南大学,2008.

[4]张 红.自饱和电抗器理论分析和计算[j].江西电力,18(3):13-23.[5]蒋大鹏.适用于超高压的可控电抗器建模与仿真研究[d].保定:华北电力大学,2011.[6]陈柏超.新型可控饱和电抗器理论及应用[m].武汉:武汉水利电力大学出版社,1999,武汉.

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