基于諧波平衡有限元法的變壓器直流偏磁特性研究.pdf

1、在高壓直流輸電系統(tǒng)的運行過程中，電力變壓器易受直流偏磁的影響。深入分析直流偏磁現(xiàn)象的機理對變壓器的制造和維護具有重要意義。諧波平衡有限元法是求解非線性時域周期電磁場的有效方法。深入研究諧波平衡有限元法的基礎(chǔ)理論與高效計算方法，在頻域內(nèi)研究電力變壓器的直流偏磁問題具有重要的理論意義與工程價值。
　　 在國家自然科學基金項目“非對稱周期時域有限元法方法與電力變壓器直流偏磁特性的研究”(50677016)與河北省自然科學基金項目“直流

2、偏磁對變壓器特性的影響”(E2006000772)的資助下，本文將直流偏磁實驗與數(shù)值分析方法相結(jié)合，研究變壓器鐵心在直流偏磁條件下的磁化特性和損耗特性。主要研究成果如下：
　　 1.對應于不同的直流偏磁磁化方式，分別進行了基于愛潑斯坦方圈和疊片鐵心的直流偏磁實驗。利用諧波平衡有限元法計算直流偏磁條件下繞組中的勵磁電流和鐵心中的磁場，計算結(jié)果與實驗結(jié)果相吻合。對勵磁電流進行諧波分析，研究了直流偏置量和交流電壓對各次諧波分量的影響。

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　　 2.提出了適用于直流偏磁情況的諧波平衡分解方法，利用基于塊矩陣的高斯賽德爾解法和松弛迭代法對磁矢量位和勵磁電流的各次諧波依次進行求解。大大降低了計算機的內(nèi)存需求，使諧波平衡有限元法適用于大規(guī)模計算。分析了直流偏置量和交流激勵對直流磁通和交流磁通的不同影響。
　　 3.提出了預測疊片鐵心中直流磁通的改進迭代法和直流偏磁磁滯回線的模擬方法。改進迭代法方法采用基于損耗函數(shù)的磁滯模型對直流偏磁磁滯效應進行模擬，并對直流偏

4、磁磁化曲線進行修正，從而獲得準確的直流磁通。對非對稱的直流偏磁磁化曲線和直流偏磁磁滯回線進行分析，研究了直流偏磁量對疊片鐵心磁化特性的影響。
　　 4.提出了定點諧波平衡有限元法。確定定點磁阻率的不同方法關(guān)系到諧波解的不同收斂方式，由此分別給出了定點諧波平衡法的全局收斂算法和局部收斂算法。全局收斂算法占用內(nèi)存小，計算時間較短；局部收斂算法則能夠?qū)崿F(xiàn)諧波解的收斂速度。
　　 5.基于無偏磁磁化曲線和直流偏磁磁化曲線分別計算