自励磁磁阀式消弧线圈的设计

论文摘要

在磁放大器基础上发展起来的磁阀式可控电抗器是通过调节控制回路的直流激磁来改变铁心中磁阀的饱和度,从而达到平滑调节电抗值的目的。借助直流偏磁控制的铁磁可控电抗器具有制造工艺简单,成本低廉,可靠性高、调节范围宽且可在承受高电压时调节电感值的特点。对于提高电网的输电能力、调整电网电压、补偿无功功率,以及限制过电压等方面都具有非常大的应用潜力。本文主要针对作为消弧线圈使用的自励磁磁阀式电抗器进行分析设计。首先,分析了自励磁磁阀式消弧线圈的特殊结构和工作原理,根据其不同的工作状态和拓扑结构,推导出相应的状态方程,建立数学模型。在此基础上解析出其工作电流的基波分量和谐波分量。明确了工作电流跟磁阀和中柱气隙段磁阻的关系。然后,从经济性、电流调节深度、调节特性曲线光滑、谐波水平最低这四个方面出发,根据工作电流调节起点和终点对应的两级磁阀的饱和度的不同,提出了四种不同的消弧线圈参数设计方案。并从可用电流调节深度、制造成本、工作电流调节精度等方面对四种设计方案进行比较和评定。接下来,用MATLAB GUI工具开发了一个消弧线圈设计软件,集参数设置与计算仿真过程于一体,并能够方便的显示出不同设计方案的计算结果和工作电流仿真结果,大大提高设计效率。最后,用本文提出的设计方案,设计了用于10kV等级电网的自励磁磁阀式消弧线圈,仿真结果证明了设计方案的可行性。本文的工作为自励磁磁阀式消弧线圈的设计和控制打下了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 电力系统中性点接地方式概述
• 1.3 消弧线圈发展概述
• 1.4 常用消弧线圈类型介绍
• 1.5 本文主要内容和主要贡献
• 第二章 自励磁磁阀式消弧线圈原理及分析
• 2.1 自励磁磁阀式消弧线圈工作原理
• 2.2 自励磁磁阀式消弧线圈工作过程分析
• 2.3 自励磁磁阀式消弧线圈数学模型建立
• 2.4 自励磁磁阀式消弧线圈工作电流解析
• 2.4.1 磁化曲线
• 2.4.2 饱和度
• 2.4.3 工作电流解析
• 2.4.4 工作过程谐波分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 自励磁磁阀式消弧线圈的优化设计方法研究
• 3.1 自励磁磁阀式消弧线圈的设计目标
• 3.2 主铁心大截面的确定
• 3.2.1 铁心结构形式
• 3.2.2 主铁心大截面面积计算
• 3.2.3 铁心装配结构
• 3.3 绕组的设计
• 3.3.1 绕组结构和绕线方式的选择
• 3.3.2 绕组匝数的确定
• 3.3.3 导线线径的选择
• 3.4 磁阀关键参数的设计
• 3.4.1 约束条件一:调节曲线连续
• 3.4.2 约束条件二:经济性
• 3.4.3 约束条件三:电流调节深度
• 3.4.4 约束条件四:谐波水平最低
• 3.5 中柱气隙段长度
• 3.6 综合参数设计方案
• 3.7 消弧线圈的绝缘设计
• 3.7.1 消弧线圈主绝缘设计
• 3.7.2 消弧线圈纵绝缘设计
• 3.8 消弧线圈窗高及中心距的计算
• 3.8.1 铁窗高度计算
• 3.8.2 中心距计算
• 3.9 小结
• 第四章 设计工具开发
• 4.1 MATLAB GUI简介
• 4.2 MATLAB GUI设计的关键技术及难点
• 4.2.1 图形界面的设计
• 4.2.2 回调函数的编写
• 4.2.3 设计过程中的难点
• 4.2.4 GUI设计的步骤
• 4.3 消弧线圈仿真设计界面
• 4.3.1 仿真设计界面的组成
• 4.3.2 仿真界面的实现
• 4.4 仿真软件的生成
• 第五章 设计案例及仿真分析
• 5.1 电流调节深度较大的消弧线圈设计
• 5.2 电流调节深度较小的消弧线圈设计
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间论文发表情况