集成于變壓器的濾波電抗器電感量及繞組間解耦率的算法制造技術

本發明專利技術涉及集成于變壓器的濾波電抗器及電能質量控制領域，特別涉及一種集成于變壓器的濾波電抗器電感量及繞組間解耦率的計算方法。集成于變壓器中的濾波電抗器利用一對或多對繞向相反、匝數相同的繞組串聯而成，濾波電抗器的電感量計算直接影響到濾波效果，且其電感量應不受變壓器一、二次繞組的影響。本發明專利技術通過將濾波電抗器的一對或多對繞組等效為一個繞組，并結合多繞組之間的電感矩陣變換求得繞組間的解耦率，從而實現集成于變壓器的濾波電抗器的電感量及繞組間解耦率的定量計算。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及集成于變壓器的濾波電抗器及電能質量控制領域，特別涉及一種集成于變壓器的濾波電抗器電感量及繞組間解耦率的算法。
技術介紹
隨著現代電力電子技術及控制技術的發展，具有非線性特性的功率變流裝置廣泛用于國民生產、生活等多個領域。其中在船舶電力推進系統、家用電器及辦公電器用品及電動汽車等領域中，需要安裝傳統由空心濾波電抗器及濾波電容構成的濾波裝置對諧波進行治理。而上述的三大應用領域，采用空心電抗器，其占用空間大，工程必然受限，傳統濾波裝置常不被用戶所接受；而采用鐵心電抗器，體積雖然得到大幅降低，但鐵心電抗器具有電感量非線性、交流電阻大、嚴重影響濾波效果，且運行過程產生的噪聲大。針對上述部分工程領域對濾波電抗器的要求，近年來，出現了一種采用非正交解耦技術的集成于變壓器的濾波電抗器技術，但將濾波電抗器集成于變壓器中，必須有效解決下面幾個技術問題：(1)集成于變壓器中的濾波電抗器電感量的準確計算，濾波電抗器電感量的大小直接關系到外接濾波電容的選擇。(2)如何確保集成于變壓器中的濾波電抗器的繞組端口電感量不受其它濾波電抗器繞組和變壓器本身工作繞組工作電流的影響，影響的大小如何定量衡量。要實現集成于變壓器的濾波電抗器技術的廣泛工程應用，需要有效解決上述提及的技術問題。集成于變壓器的濾波電抗器能有效解決傳統空心濾波電抗器占地空間大的不足，也可有效解決鐵心電抗器的電感非線性的問題、噪聲大等缺點，同時又可保證其濾波效果。該項技術在船舶電力推進、城市小區配變及電動汽車充電站等對占地空間、諧波治理效果要求苛刻的場合應用前景廣泛。
技術實現思路
為了解決上述技術問題，本專利技術專利提供一種集成于變壓器的濾波電抗器電感量及繞組間解耦率的算法。集成于變壓器的濾波電抗器電感量及繞組間解耦率的算法，包括一次繞組、二次繞組和濾波電抗器繞組。所述的一次繞組與供電網相連；所述的二次繞組與負載相連；所述的濾波電抗器繞組的個數由系統需要濾除的總次數來決定；濾波電抗器繞組并與外接濾波電容相連。每個濾波繞組都由一對或多對繞向相反、匝數相同的繞組段串聯而成。根據集成了濾波電抗器的變壓器所有的繞組個數，求得繞組間的電感矩陣M，然后將由一對或多對繞向相反、匝數相同的濾波繞組等效成一個繞組，進而降低繞組間的電感矩陣階數；降低繞組電感矩陣的階數后，降階后的電感矩陣中濾波繞組對應的自感量即為濾波電感的電感量；再將降階后的電感矩陣轉換為單位電感矩陣后，濾波繞組與一次繞組及二次繞組之間互感即為相互之間的耦合率，通過該耦合率可以判斷濾波繞組是否處于良好的解耦狀態。本專利技術實現了集成于變壓器的濾波電抗器的電感量的定量計算，并通過不同負載條件下繞組的電感矩陣，求得濾波電感的變化趨勢；為濾波支路的參數設計提供重要的理論支撐；同時，通過本專利技術專利還可快速實現對濾波繞組與一次繞組及二次繞組間的解耦率計算，為分析負載變化對濾波效果的影響奠定的理論基礎，同時也為集成于變壓器的濾波電抗器的參數優化設計提供理論支撐。附圖說明圖1為本專利技術的系統應用示意圖。圖2為本專利技術的繞組接方案圖。標號說明：1、集成了濾波電抗器的變壓器，2、交流電網，3、濾波電容，4、非線性負載，5、一次繞組，6、二次繞組，7、濾波繞組。具體實施方式下面將結合附圖和實施方式對本專利技術作進一步的說明。本專利技術應用于實際系統的接線方案參見圖1，變壓器一次繞組5與供電系統2相連，變壓器二次繞組6與非線性負載4相連，濾波繞組7與外接濾波電容3相連，投入運行的濾波繞組7的個數由負載電流的諧波特性決定，若負載電流中主要以五次諧波電流為主時，此時，只需投入一條濾波繞組支路，并與五次濾波電容相連；若負載電流中主要以五、七次諧波電流為主時，此時，需要投入二條濾波繞組支路，并分別與五、七次濾波電容相連。如圖2所示，集成了濾波電抗器的變壓器1中，濾波繞組7電感量的計算步驟如下：1)該變壓器共有n+2個濾波繞組7，首先根據變壓器的電磁結構參數，采用有限元法求得該變壓器n+2個繞組間的電感矩陣Mn+2；2)若第i個濾波繞組7與第i+1個濾波繞組7為第i個濾波繞組7的兩個子繞組，此時刪除Mn+2中的第i+1行和第i+1列，而第i行和第i列的自感和互感參數變化為：Lii′=Lii+Li(i+1)+Mi-(i+1)+M(i+1)-iMi-j′=Mj-i′=Mi-j+M(i+1)-j,(j≠i,i+1)---(1)]]>此時，原有電感矩陣Mn+2即降階為電感矩陣Mn+1；3)若除濾波繞組7為一組外，還具有其它濾波繞組7，以n組表示，即在電感矩陣Mn+1的基礎上，根據公式(1)再進行電感矩陣M的降階；4)最終降階后的電感矩陣M2/n+2中，濾波繞組7對應的自感量即為濾波繞組7的電感，其與外接濾波電容3共同構成特征次諧波調諧支路；上述為當濾波繞組7僅由兩個繞向相反、匝數相同的繞組串聯而成時，濾波繞組7的電感計算方法，若將該方法推廣至多條濾波繞組支路、每條濾波繞組支路由多個濾波繞組7串聯而成時，即當有k條濾波繞組支路，且每條濾波繞組支路由s個濾波繞組7串聯而成時，且s為偶數，電感矩陣M相應的行和列的自感和互感計算如下：L(m+t-1)′=Σi=1sL(m+t(i-1))+Σi=1sΣj=1s2M(m+t(i-1))-(m+t(j-1)),(t=1,2,...,k;i≠j)M(m+t-1)-i′=Mi-(m+t-1)′=Σt=1kΣj=1sM(m+t(j-1))-i,(t=1,2,...,k;i=1,2,...,n)---(1)]]>各條濾波繞組與變壓器一次繞組5和二次繞組6之間的解耦率按下式進行計算：Dcr＝1-K＝1-MwlMlw/(Lww×Lll)(2)其中：變壓器中一次繞組5和二次繞組6簡稱為工作繞組；K為繞組間的耦合率；Mwl為工作繞組與濾波繞組7間的互感；Mlw為濾波繞組7與工作繞組間的互感；Mwl＝Mlw；Lww為工作繞組的自感；Lll為濾波繞組7的自感。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
集成于變壓器的濾波電抗器電感量及繞組間解耦率的算法，包括一次繞組、二次繞組，其特征在于，通過在變壓器鐵心上繞制繞向相反、匝數相同的成對繞組，形成濾波繞組構成的濾波電抗器；計算步驟n+2包括步驟1：設集成了濾波電抗器的變壓器中，電感矩陣M為濾波繞組間的電感矩陣，設變壓器共有個繞組，首先根據變壓器的電磁結構參數，采用有限元法求得該變壓器n+2個繞組間的電感矩陣Mn+2；若第i個繞組與第i+1個繞組為濾波繞組7?i的兩個子繞組，此時刪除Mn+2中的第i+1行和第i+1列，而第i行和第i列的自感和互感參數變化為：此時，原有電感矩陣Mn+2即降階為電感矩陣Mn+1；步驟2：濾波電抗器的濾波繞組與變壓器一次繞組和二次繞組之間的解耦率Dcr計算式如下：Dcr＝1?K＝1?MwlMlw/(Lww×Lll)；其中,變壓器中一次繞組和二次繞組簡稱為工作繞組；K為繞組間的耦合率；Mwl為工作繞組與濾波繞組間的互感；Mlw為濾波繞組與工作繞組間的互感；Mwl＝Mlw；Lww為工作繞組的自感；Lll為濾波繞組的自感。

【技術特征摘要】
1.集成于變壓器的濾波電抗器電感量及繞組間解耦率的算法，包括一次繞組、二次繞組，其特征在于，通過在變壓器鐵心上繞制繞向相反、匝數相同的成對繞組，形成濾波繞組構成的濾波電抗器；
計算步驟n+2包括步驟1：設集成了濾波電抗器的變壓器中，電感矩陣M為濾波繞組間的電感矩陣，設變壓器共有個繞組，首先根據變壓器的電磁結構參數，采用有限元法求得該變壓器n+2個繞組間的電感矩陣Mn+2；若第i個繞組與第i+1個繞組為濾波繞組7-i的兩個子繞組，此時刪除Mn+2中的第i+1行和第i+1列，而第i行和第i列的自感和互感參數變化為：
此時，原有電感矩陣Mn+2即降階為電感矩陣Mn+1；
步驟2：濾波電抗器的濾波繞組與變壓器一次繞組和二次繞組之間的解耦率Dcr計算式如下：
Dcr＝1-K＝1-MwlMlw/(Lww×Lll)；
其中,變壓器中一次繞組和二次繞組簡稱為工作繞組；K為繞組間的耦合率；Mwl為工作繞組與濾波繞組間的互感；Mlw為濾波繞組與工作繞組間的互感；Mwl＝Mlw；Lww為工作繞組的自感；Lll為濾波繞組的自感。
2.根據權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳躍輝，周冠東，羅隆福，許加柱，嚴文交，馬芳，
申請(專利權)人：國家電網公司，國網湖南省電力公司，湖南大學，湖南華大紫光科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11