特高压可控并联电抗器基础理论与关键技术研究

Controlable shunt reactors are important reactive power compensatory devices in the UHV grid,and would be widely applied in China.The main research contents are follows:.(1)Developing a electromagnetic transient model of UHV high impedance controable shunt reactor based on transformer principle, which can be used in the electromagnetic transient analysis of electric power system..(2)Developing the control techniques of leaking magnetic field and loss of UHV high impedance controable shunt reactor based transformer principle, and optimating the configuration and the electromagnetic parameters of the reactor..(3)Considering the stochastic bias of the oil channels formed by the cores, coils,tank and the paper plates, develope the coupled calculation model of electromagnetic field and temperature field of the control shunt reactor based transformer principle and calculate the temperature field and present the measurements checking the overheat points..(4)Developing the lower voltage physical model of high impedance controlable shunt reactor based transformer principle and doing the experiments to verify the electromagnetic transient model, the calculation methods of loss and contolling measurements of leakage magnetic field and loss.

可控并联电抗器是特高压电网中至关重要的无功补偿装置，有着非常广阔的应用前景。本课题主要研究内容包括：.（1）建立特高压高阻抗变压器型可控并联电抗器电磁暂态模型，用于电力系统的电磁暂态分析。.（2）研究特高压高阻抗变压器型可控并联电抗器漏磁与损耗控制技术，优化电抗器结构和电磁参数。.（3）考虑铁心、绕组、油箱和绝缘纸板形成的油道尺寸由装配形成的随机性偏差，建立变压器型可控并联电抗器电磁场与温度场耦合计算模型，计算可控并联电抗器温升并提出防止局部过热的措施。.（4）高阻抗变压器型可控并联电抗器低压物理试验模型的研制与试验研究，用以验证可控电抗器电磁暂态模型，包含涡流、磁滞效应的杂散和负载损耗计算和测量方法和漏磁、损耗控制措施的有效性。

可控并联电抗器是超/特高压电网中至关重要的无功补偿装置,有着非常广阔的应用前景。本项目已取得的研究成果如下：.1、提出了晶闸管控制变压器式可控并联电抗器电磁暂态模型。基于对偶原理和时域非线性电感模型建立了晶闸管控制变压器式可控并联电抗器的电磁暂态模型。制备了单相220V晶闸管控制变压器式可控并联电抗器物理试验模型，并进行了仿真和试验研究，验证了电磁暂态模型的有效性，并获得了晶闸管控制变压器式可控并联电抗器电磁暂态特性。.2、提出了计算晶闸管控制变压器式可控并联电抗器漏磁场的改进电路磁路耦合方法。对晶闸管控制变压器式可控并联电抗器各绕组的磁动势进行了分解并计算了各绕组和各绕组之间的漏磁阻，在此基础上得到了改进的电路磁路耦合方法。对闸管控制变压器式可控并联电抗器进行了容性无功和感性无功不同运行状态下的计算值与试验值的对比，验证了改进的电路磁路耦合方法的有效性，并获得了晶闸管控制变压器式可控并联电抗器的磁场特性。.3、提出了一套计算油浸式变压器型电抗器的磁场、流场及温度场耦合有限元方法。针对由于流场及温度场控制方程中的对流项引起的数值振荡和温度场计算中流固耦合问题。采用最小二乘有限元法计算油流流程，应用流线迎风伽辽金有限元法计算温度分布，计算结果表明该套计算方法能够有效克服对流项引起的数值振荡；采用对整场温度控制方程进行有限元离散的思路来求解流固耦合情况下的温度场分布，其中流体与固体的分界面条件在有限元方程中能够自动满足。结合油浸式变压器型电抗器绕组设计原理设置不同的油道参数，计算了油流速度以及绕组温度的分布特征，分析了在不同入口油流速度、水平油道宽度、饼式绕组分区数量以及导线匝间绝缘厚度对于油流速度及绕组温度分布的影响，为绕组的结构设计及热点分析提供基础。.4、提出了双级磁阀式可控并联电抗器的仿真模型。本项目基于双级磁阀式可控并联电抗器的本体结构与工作原理，根据晶闸管与二极管的不同开通状况划分电抗器的工作状态，得到不同工作状态下的拓扑电路与电磁方程，利用电磁方程得到电抗器工作侧与控制侧的等效电路。分别在电磁场与电路分析软件中建立了双级磁阀式电抗器模型，对其磁场特性与电气特性进行了仿真研究，并对小容量双级磁阀式电抗器模型进行了试验研究。