高壓高頻變壓器寬頻建模方法及其應(yīng)用研究.pdf

1、大容量DC-DC變換器是建立和發(fā)展高壓直流電網(wǎng)的核心裝備。其中，基于高壓高頻變壓器磁耦合的DC-DC變換器在實現(xiàn)電氣隔離及可靠性提升方面具有明顯優(yōu)勢，是未來電力系統(tǒng)應(yīng)用的重要發(fā)展方向。高壓高頻變壓器作為制約大容量DC-DC變換器研制及商業(yè)應(yīng)用的主要技術(shù)瓶頸，在基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究方面極為缺乏。本文聚焦于高壓高頻變壓器的寄生參數(shù)效應(yīng)，采用理論計算與實驗測量相結(jié)合的手段，對高壓高頻變壓器的寬頻建模方法進(jìn)行了深入研究。
　　本文提出了

2、高壓高頻變壓器寬頻機(jī)理模型。模型充分考慮了高壓高頻變壓器的電感特性和電容效應(yīng)，包括繞組與磁芯、外殼間的電容，模型參數(shù)具有明確的物理意義。針對高壓高頻變壓器繞組匝數(shù)大且具有跑道型結(jié)構(gòu)的特點，采用基于加權(quán)算法的二維有限元方法提取了模型參數(shù)。通過對一臺高壓高頻變壓器原型機(jī)在端接不同負(fù)載時和不同繞組端子接地時的阻抗特性進(jìn)行測量和仿真，驗證了寬頻機(jī)理模型及其參數(shù)計算方法的有效性，同時揭示了繞組接地對高壓高頻變壓器諧振頻率的影響。本文所提寬頻機(jī)理模

3、型及其參數(shù)計算方法為在設(shè)計過程中認(rèn)識和調(diào)控高壓高頻變壓器的寄生參數(shù)效應(yīng)提供了有力工具。
　　本文提出了高壓高頻變壓器的端子電容等效方法。從多導(dǎo)體系統(tǒng)部分電容的概念出發(fā)，通過定義與繞組電位分布規(guī)律有關(guān)的系數(shù)矩陣，將繞組各匝線圈間的部分電容等效為繞組端子間的端子電容，顯著降低了部分電容參數(shù)帶來的模型復(fù)雜度。同時建立了端子電容與部分電容間的定量關(guān)系，揭示了端子電容本質(zhì)上是部分電容的線性加權(quán)和，其加權(quán)系數(shù)與繞組的電位分布情況有關(guān)。通過一臺

4、空心電抗器與高壓高頻變壓器原型機(jī)，驗證了端子電容等效方法的有效性。本文所提端子電容等效方法提供了一種將變壓器內(nèi)部各導(dǎo)體間分布電容參數(shù)等效為繞組端子間集總電容參數(shù)的有效途徑，同時揭示了這些集總電容參數(shù)的等效機(jī)制，對高壓高頻變壓器電容效應(yīng)的分析與調(diào)控具有一定指導(dǎo)意義。
　　本文提出了高壓高頻變壓器電容參數(shù)的實驗提取方法。通過分析阻抗諧振頻率間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，揭示了大變比情況下一些阻抗諧振頻率很高而難以測量的原因，從而指出了基于阻抗測量的傳

5、統(tǒng)電容提取方法在應(yīng)用于高壓高頻變壓器時存在的不足。同時，通過分析傳輸特性諧振特征，提出了基于電壓傳輸特性測量的電容提取方法，利用反映變壓器漏感和繞組間電容并聯(lián)諧振的電壓傳輸特性零點頻率，彌補(bǔ)了因阻抗頻率無法測量而缺失的電容約束方程。通過對幾臺高頻變壓器進(jìn)行阻抗與傳輸特性測試，對兩種電容提取方法進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明，本文所提基于電壓傳輸特性測量的電容提取方法有效解決了大變比條件下實驗提取高壓高頻變壓器電容參數(shù)的難題。
　　作為寬