[發(fā)明專利]一種換流閥用飽和電抗器的解析模型

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010259501.3
• 申請(qǐng)日: 2010-08-20
• 公開（公告）號(hào): CN101930492A
• 公開（公告）日: 2010-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張文亮;查鯤鵬;于海玉;劉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

1.一種換流閥用飽和電抗器的解析模型，包括：

(1)飽和電抗器的線圈電阻，其具體量值與電抗器繞組截面積、材料電阻率和長(zhǎng)度相關(guān)；

(2)飽和電抗器的端間等效電容，表征飽和電抗器線圈間電容、線圈與鐵心間電容、鐵心間電容等效至端間的電容值，具體量值與電抗器結(jié)構(gòu)相關(guān)；

(3)飽和電抗器的空心電感，表征飽和電抗器線圈部分的固有電感，具體量值與電抗器繞組的結(jié)構(gòu)相關(guān)；

(4)飽和電抗器的非線性鐵心電感，表征飽和電抗器鐵心非線性磁特性作用體現(xiàn)出來(lái)的非線性電感，變量為流過(guò)非線性電感上的電流，在電流小于一定門檻值時(shí)，所述門檻值為100-900安培，非線性電感為恒定值，具體取決于電抗器繞組和鐵心的結(jié)構(gòu)、鐵心的線性磁導(dǎo)率等；電流高于門檻時(shí)，非線性電感以指數(shù)形式衰減，指數(shù)量值取決于鐵心材料的飽和特性以及飽和電抗器的結(jié)構(gòu)；

(5)飽和電抗器的非線性電阻，表征飽和電抗器鐵心損耗特性作用，此電阻上消耗的功率模擬表示飽和電抗器鐵心的損耗，包括渦流損耗、磁滯損耗等。飽和電抗器的非線性電阻的變量為流過(guò)非線性電感的電流，在電流小于一定門檻值時(shí)，，非線性電阻為恒定值，所述門檻值為100-900安培；電流高于門檻時(shí)，非線性電阻以指數(shù)形式衰減，指數(shù)量值取決于鐵心材料的飽和特性以及飽和電抗器的結(jié)構(gòu)；

(6)解析模型的連接關(guān)系為：飽和電抗器的非線性電感和非線性電阻為并聯(lián)關(guān)系，然后與飽和電抗器的空心電感和電阻串聯(lián)，最終與飽和電抗器的端間電容并聯(lián)。

2.如權(quán)利要求1所述的解析模型，其特征在于：設(shè)R_dc為飽和電抗器的線圈電阻，C_o為飽和電抗器端間等效電容，L_o為飽和電抗器的空心電感，非線性鐵心電感參數(shù)L_m和非線性鐵損電阻參數(shù)R_m的計(jì)算為：

Lm=LdIm<IoLLd(IoLIm)αLIm≥IoL,Rm=ReIm<IoRRe(IoRIm)αRIm≥IoR]]>

I_m為不考慮鐵心去磁效應(yīng)時(shí)流過(guò)飽和電抗器的電流；L_d為飽和電抗器非線性電感的不飽和值，I_oL為飽和電抗器電感非線性特性的激勵(lì)電流門檻值，所述門檻值為100-900安培，α_L為飽和電抗器非線性電感衰減的速度；R_e為飽和電抗器非線性鐵損電阻的不飽和值，I_oR為飽和電抗器鐵損電阻非線性的激勵(lì)電流門檻值，所述門檻值為100-900安培，α_R為飽和電抗器非線性電感衰減的速度。

飽和電抗器的線圈電阻R_dc可以通過(guò)電阻計(jì)算公式計(jì)算得到，其中ρ為線圈的電阻率，l為線圈導(dǎo)線的長(zhǎng)度，s為線圈導(dǎo)線的有效截面積；

飽和電抗器端間等效電容是綜合了線圈與鐵心間的雜散電容、鐵心餅與鐵心餅間的雜散電容、線圈匝間的雜散電容之后從飽和電抗器線圈端口看進(jìn)去的等效雜散電容；可通過(guò)解析公式估算C_o＝εs₁/d₁，其中ε為由線圈、鐵心、空氣、絕緣介質(zhì)結(jié)構(gòu)決定的等效介電常數(shù)，s₁為飽和電抗器線圈出線排的導(dǎo)電面積，d₁為飽和電抗器出線排間的距離，精確的計(jì)算方法可以通過(guò)電磁場(chǎng)數(shù)值分析的方法計(jì)算得到：

L=dψdi=d(ψo)di+d(ψm)di=Lo+Lm]]>

其中，L為飽和電抗器的電感。ψ為飽和電抗器通電流線圈產(chǎn)生的和自身線圈交鏈的磁鏈，其中包括兩部分：ψ_o為通電流線圈在真空中產(chǎn)生的和自身線圈交鏈的磁鏈，ψ_m為通電流線圈在鐵心中產(chǎn)生的和自身線圈交鏈的磁鏈；對(duì)應(yīng)飽和電抗器電感L也分為兩部分，分別為L(zhǎng)_o和L_m；

L_o為飽和電抗器的空心電感，為飽和電抗器結(jié)構(gòu)中的鐵心處于深度飽和，即鐵心的磁導(dǎo)率為空氣的磁導(dǎo)率時(shí)，飽和電抗器的電感值，其中對(duì)應(yīng)L_m＝0，故L＝L_o；這個(gè)電感值從數(shù)值上等于將飽和電抗器中的鐵心撤掉，對(duì)應(yīng)的空心線圈的電感值；故L_o稱為飽和電抗器的空心電感；

L_m為飽和電抗器的鐵心電感，表征飽和電抗器結(jié)構(gòu)中存在鐵心，也即磁導(dǎo)率大于空氣磁導(dǎo)率時(shí)，由于鐵心貢獻(xiàn)的磁鏈所對(duì)應(yīng)的電感值；L_m的非線性電感特性是由于飽和電抗器中鐵心材料的非線性導(dǎo)致；當(dāng)鐵心材料工作在線性區(qū)域時(shí)，鐵心內(nèi)的磁鏈與激勵(lì)電流之間為線性關(guān)系，故對(duì)應(yīng)的鐵心電感值在這種情況下為L(zhǎng)_d；

I_m為不考慮鐵心去磁效應(yīng)時(shí)，流過(guò)飽和電抗器繞組的電流，即當(dāng)飽和電抗器繞組中流過(guò)電流I_m時(shí)，在忽略鐵心去磁效應(yīng)的情況下，那么此時(shí)飽和電抗器的電感值為L(zhǎng)＝L_o+L_m，I_oL為電流門檻值，所述門檻值為100-900安培，其大小由具體鐵心材料的飽和點(diǎn)所決定：

BslBμ0NIoL⇒IoLBBslμ0N]]>

其中B_s為飽和電抗器鐵心的飽和磁密，為鐵心非線性材料的固有參數(shù)；μ₀為真空的磁導(dǎo)率，為一個(gè)常數(shù)；N為飽和電抗器線圈的匝數(shù)，l為飽和電抗器鐵心餅的中心周長(zhǎng)。當(dāng)I_m小于I_oL這個(gè)門檻值時(shí)，所述門檻值為100-900安培，鐵心工作在線性區(qū)域，此時(shí)飽和電抗器的電感值為L(zhǎng)＝L_o+L_d，即鐵心電感L_m＝L_d；當(dāng)I_m大于I_oL時(shí)，鐵心工作在非線性區(qū)域，隨著電流I_m的逐步增大，鐵心的工作點(diǎn)也逐步走向飽和，對(duì)應(yīng)的鐵心電感也在逐漸減小；定義鐵心電感隨著電流降低的速度快慢用α_L來(lái)描述，而鐵心電感隨著電流降低的速度快慢也是由飽和電抗器具體選用的鐵心材料特性來(lái)決定；

R_m為表征鐵心鐵損的等效電阻，鐵損包括渦流損耗、磁滯損耗以及異名損耗，它的變量也同樣標(biāo)定為I_m，只是鐵損電阻對(duì)應(yīng)電流的拐點(diǎn)I_oR與鐵心電感對(duì)應(yīng)電流的拐點(diǎn)I_oL不同，這也是由所選擇鐵心材料的特性所決定，另外，鐵損電阻隨電流I_m增大而降低的速度快慢用α_R來(lái)表示，此變化趨勢(shì)與鐵心電感隨I_m的變化趨勢(shì)不同，由具體選用的鐵心材料特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。