油浸铁心串联电抗器设计优化及多物理场分析

摘要

油浸铁心串联电抗器在电网中应用广泛，是保障电网安全运行的重要设备，主要起补偿和滤波的作用。电力网络发展迅速，对油浸铁心串联电抗器的需求量不断增加;因此电抗器设计优化更加具有成本优势，另外油浸铁心串联电抗器中温度分布情况和最热点分布情况，是影响电抗器使用年限的重要因素。
　　本文首先根据电磁基本理论，给出电抗器电磁设计方法，在此基础上对电抗器进行设计;利用改进的遗传算法对油浸铁心串联电抗器进行优化分析，研究发现，改进的遗传算法优化模型收敛效果好，迭代次数少，优化后制造成本节省4.0％。同时利用VBA程序编写可视化操作界面，实现油浸铁心串联电抗器优化设计。
　　本文按照油浸铁心串联电抗器设计参数，在SolidWorks中建立三维仿真模型;利用有限元法分析电抗器整体漏磁场分布情况和金属结构件损耗情况;相比其它位置，夹件处损耗较小，可在后期多物理场仿真分析时，合理赋值损耗值。将仿真分析模型导入ansys meshing中进行网格剖分，并将剖分好的模型导入流体场软件包中利用有限体积法求解多物理场。利用多物理场求解电抗器温度分布情况，并分析在不同负荷情况下的油浸铁心串联电抗器整体温度分布情况，最热点温度分布和位置情况;分析得出，额定负荷情况下绕组轴向高度仿真分析温度数值为93.5℃，最热点分布在距绕组底部约86％位置处;将不同负荷仿真分析结果与理论计算结果进行对比分析，结果偏差4.5℃。这些研究对油浸铁心串联电抗器工程设计和安全运行，具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内外电抗器优化算法及计算机辅助设计研究现状

1．2．2 国内外电抗器漏磁场研究现状

1．2．3 国内外电抗器温度场及多物理场研究现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 油浸铁心串联电抗器设计优化

2．1 油浸铁心串联电抗器设计

2．1．1 铁心部分设计

2．1．2 绕组部分设计

2．1．3 其它参数设计

2．2 遗传算法优化分析

2．2．1 遗传算法特点及计算流程

2．2．2 遗传算法步骤

2．2．3 油浸铁心串联电抗器优化模型建立

2．2．4 遗传算法的缺陷及改进

2．2．5 实例分析

2．3 软件设计

2．4 本章小结

第3章 油浸铁心串联电抗器漏磁场及损耗分析

3．1 铁心电抗器磁场简介

3．2 边界条件确定及有限元法求解漏磁场

3．2．1 边界条件确定

3．2．2 有限元法求解漏磁场

3．3 油浸铁心串联电抗器漏磁场仿真分析

3．3．1 油浸铁心串联电抗器漏磁场仿真模型

3．3．2 油浸铁心串联电抗器漏磁场仿真结果分析

3．4 油浸铁心串联电抗器三维磁场及损耗分析

3．4．1 油浸铁心串联电抗器三维磁场分析

3．4．2 油浸铁心串联电抗器夹件漏磁场及损耗分析

3．5 本章小结

第4章 油浸铁心串联电抗器多物理场分析

4．1 多物理场耦合分析

4．2 油浸铁心串联电抗器多物理场分析

4．3 有限体积法求解多物理场

4．4 油浸铁心串联电抗器三维多物理场温度分析

4．4．1 油浸铁心串联电抗器仿真模型建立

4．4．2 油浸铁心串联电抗器网格划分及参数设置

4．4．3 油浸铁心串联电抗器三维多物理场温度仿真结果分析

4．4．4 油浸铁心串联电抗器不同负荷下多物理场温度仿真分析

4．4．5 油浸铁心串联电抗器仿真结果与理论计算结果对比分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及获得成果

致谢