供电系统中自稳压变压器的原理、建模、仿真及设计

摘要

目前我国电能短缺，无论从短期还是从长期来看，通过经济节电和技术节电两条途径，采取各种有效措施节约用电，不断提高用电效率，降低电力消耗，对于提高经济效益和社会效益都会非常有意义。 要节约电能，需对电能浪费的主要因素进行抑制或排除，其中有四种电能浪费的主要因素，分别为：负荷电压不稳；功率因数过低；谐波污染；以及三相负载不平衡等。为取得更好的节电效果，收到更高的经济效益。本文基于对这四种电能浪费的主要因素的研究现状，提出设计一种可对这四种电能浪费主要因素进行综合治理的新型节电装置的新构想。将该节电装置命名为“自稳压变压器”，并对其进行具体研究。 本文首先基于三个绕组绕在同一铁心柱上的理论，介绍自稳压变压器的结构示意图，然后根据其内部接线情况以及同外部线路接线情况，建立其所在系统的电路模型图；根据其内部结构，忽略激磁阻抗，建立自稳压变压器的等效电路；最后依据该等效电路依次解释其各个功能所能实现的原理。 本文分别对自稳压变压器所在的系统进行稳态仿真以及暂态仿真。首先基于MATLAB/SIMULINK建立稳态数学模型，在建立好的模型基础上对四种情况进行仿真：即验证稳压、谐波抑制、无功补偿以及三相不平衡抑制的效果如何。 然后重点介绍其暂态仿真，同样也是先基于MATLAB/SIMULINK建立暂态数学模型，暂态数学建模不仅是分析自稳压变压器暂态过程的有效工具，而且是对变压器保护计算的基础和前提。故基于暂态模型，对其在运行中可能会发生的如下情况进行暂态仿真：空载投入、负载投入(线性负载、非线性负载)；单相对地短路(空载状态下、负载状态下)；三相短路(空载状态下)；两相短路(相间短路)。根据仿真分析，比较得到最不利短路情况下的短路电流峰值，并对其进行计算分析。 作者参照常规变压器设计规程，并根据其自身特点有所创新的对自稳压变压器进行电磁设计。详细介绍作者自行开发的自稳压变压器节电系统设计软件包，该软件是本课题整个设计流程的体现，其界面简单易于操作。方便以后进行不同规格的自稳压变压器的电磁设计，为自稳压变压器的后续设计研究工作奠定了一定的基础。 本文的研究工作得到国家自然科学基金重点项目60474048，60534040，及广东省科技计划项目2004A10502001的资助。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.2节电的研究现状

1.3一种新型节电装置——自稳压变压器

1.4论文的内容安排

第二章自稳压变压器的基本原理

2.1三个绕组绕在同一铁心柱上电压、电流关系

2.2三个绕组绕在同一铁心柱上等效电路

2.3自稳压变压器的基本原理

2.3.1自稳压变压器结构与等效电路

2.3.2稳压作用的实现

2.3.3无功补偿及谐波抑制作用的实现

2.3.4三相不平衡度抑制作用的实现

2.4本章小结

第三章自稳压变压器所在系统的稳态建模与仿真分析

3.1 MATLAB简介及SIMULINK建模

3.1.1 MATLAB及SIMULINK简介

3.1.2 SIMULINK建模

3.2稳态数学模型

3.3仿真参数选定

3.3.1线路参数选定

3.3.2自稳压变压器参数

3.4稳态仿真及分析

3.4.1稳压效果分析

3.4.2无功补偿效果分析

3.4.3三相不平衡度抑制分析

3.4.4整流负载谐波抑制分析

3.5本章小结

第四章自稳压变压器所在系统的暂态建模与仿真分析

4.1暂态数学模型

4.2暂态仿真概述

4.3空载投入分析

4.3.1合闸角的选取

4.3.2仿真分析

4.4负载投入分析

4.4.1负载阻抗角的选取

4.4.2线性负荷投入

4.4.3半波整流负荷投入

4.4.4仿真分析

4.4单相对地短路分析

4.5三相短路分析

4.6两相短路(相间短路)分析

4.7本章小结

第五章自稳压变压器电磁设计

5.1自稳压变压器性能参数确定

5.2自稳压变压器电磁设计

5.2.1铁心选型

5.2.2铁心设计

5.2.3绕组设计

5.2.4温升计算

5.2.5负载损耗计算

5.2.6阻抗电压计算

5.2.7导线电磁应力计算

5.2.8空载损耗计算

5.2.9空载电流计算

5.3经济效益分析

5.4本章小结

第六章自稳压变压器节电系统设计软件开发

6.1概述

6.2程序流程图

6.3主程序界面

6.4数据库的连接

6.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

评定意见