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(yùn)行過(guò)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(jī)理對(duì)變壓器的制造和維護(hù)具有重要意義。諧波平衡有限元法是求解非線性時(shí)域周期電磁場(chǎng)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(jì)算方法，在頻域內(nèi)研究電力變壓器的直流偏磁問(wèn)題具有重要的理論意義與工程價(jià)值。
　　 在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“非對(duì)稱周期時(shí)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(xué)基金項(xiàng)目“直流

2、偏磁對(duì)變壓器特性的影響”(E2006000772)的資助下，本文將直流偏磁實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)于不同的直流偏磁磁化方式，分別進(jìn)行了基于愛(ài)潑斯坦方圈和疊片鐵心的直流偏磁實(shí)驗(yàn)。利用諧波平衡有限元法計(jì)算直流偏磁條件下繞組中的勵(lì)磁電流和鐵心中的磁場(chǎng)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行諧波分析，研究了直流偏置量和交流電壓對(duì)各次諧波分量的影響。

3、
　　 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?tīng)柦夥ê退沙诘▽?duì)磁矢量位和勵(lì)磁電流的各次諧波依次進(jìn)行求解。大大降低了計(jì)算機(jī)的內(nèi)存需求，使諧波平衡有限元法適用于大規(guī)模計(jì)算。分析了直流偏置量和交流激勵(lì)對(duì)直流磁通和交流磁通的不同影響。
　　 3.提出了預(yù)測(cè)疊片鐵心中直流磁通的改進(jìn)迭代法和直流偏磁磁滯回線的模擬方法。改進(jìn)迭代法方法采用基于損耗函數(shù)的磁滯模型對(duì)直流偏磁磁滯效應(yīng)進(jìn)行模擬，并對(duì)直流偏

4、磁磁化曲線進(jìn)行修正，從而獲得準(zhǔn)確的直流磁通。對(duì)非對(duì)稱的直流偏磁磁化曲線和直流偏磁磁滯回線進(jìn)行分析，研究了直流偏磁量對(duì)疊片鐵心磁化特性的影響。
　　 4.提出了定點(diǎn)諧波平衡有限元法。確定定點(diǎn)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(diǎn)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(jì)算時(shí)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(wú)偏磁磁化曲線和直流偏磁磁化曲線分別計(jì)算