基于节能的感应滤波整流变压器优化设计

摘要

随着电力电子和计算机控制技术的快速发展，各种电力电子装置也广泛应用在冶金、化工和高压直流输电等关键技术领域。在相关工业迅速发展和获得巨大利益的同时，伴随着的负面效应也日益突出。由于电力电子装置的非线性负载特性将向电力系统注入大量的谐波从而造成污染，并且这些装置能耗特别大，因此需要对大功率整流系统进行节能优化。一般采用多脉波整流技术以及整流变压器移相等技术，但是材料利用率很低。新型整流变压器能够实现无功补偿等多种功能，提高了运行的性能。整流变压器是大功率整流系统中的核心部件，因此对整流变压器的优化设计具有十分重要的意义。本文主要做了以下几个方面的工作:
　　 首先，介绍了新型大功率整流系统和其主要组成部分;分析常用整流变压器的等效电路，研究感应型谐波屏蔽整流变压器的原理并推导其等效电路，对其容量进行计算;介绍三相桥式整流电路的工作原理;滤波器的工作原理及其无功分配;利用Matlab/simulink仿真软件建立新型和传统型大功率整流系统仿真模型，对仿真结果进行比较，仿真表明新型整流系统拥有良好的滤波性能和无功补偿的效果，在节能方面也表现突出。
　　 然后，对整流变压器进行设计，通过技术参数要求，对铁心直径、绕组参数及其绕制方式、磁通密度、电流密度、空载损耗、负载损耗、重量和温升等参数进行了计算，并分析在设计时各个参数对损耗和成本的影响。
　　 最后，根据整流变压器变量较多的特点引入了遗传算法，通过遗传算法生成整流变压器的初始种群，建立优化设计的数学模型。利用遗传算法对整流变压器的变量参数进行优化。在满足变压器安全运行的条件下，首先以成本最小为目标函数进行优化;然后以变电总损耗最小为目标函数进行优化;最后把三年之内能回收成本的约束条件投入到遗传算法中，同时以损耗最小为目标函数进行优化;得到三组数据并进行对比分析，综合考虑成本和损耗，本文选择了第三方案，并且计算结果达到了预期的效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．1．1 研究的背景

1．1．2 研究的意义

1．2 整流供电系统国内外现状与发展

1．2．1 国内外整流装置的发展概况

1．2．2 整流变压器的优化过程中存在的问题

1．3 本课题研究的主要内容

第2章 整流供电系统

2．1 整流系统接线方案

2．2 新型整流变压器的基本原理与技术要求

2．2．1 新型整流变压器的特点和用途

2．2．2 新型整流变压器的原理

2．2．3 新型整流变压器等效电路

2．2．4 新型整流变压器容量计算

2．3 整流电路的工作原理

2．4 滤波绕组滤波器

2．4．1 单调谐滤波器的电路原理

2．4．2 无功分配

2．4．4 双调谐滤波器

2．5 新旧整流变压器整流系统的仿真验证

2．6 本章小结

第3章 整流变压器的设计特点和相关参数计算

3．1 整流变压器的设计

3．1．1 整流变压器设计参数特点

3．1．2 整流变压器约束条件选取的特点

3．2 整流变压器设计的条件

3．2．1 整流变压器的技术条件

3．2．2 整流变压器设计方案确定原则

3．3 变压器主要参数的计算

3．3．1 铁芯直径的选择

3．3．2 铁心的磁通分布以及磁通密度的计算

3．3．3 整流变压器绕组参数的计算

3．3．4 整流变压器空载损耗与空载电流

3．3．5 整流变压器负载损耗和阻抗电压的计算

3．3．6 整流变压器的电流密度

3．3．7 整流变压器的效率计算

3．3．8 整流变压器温升的计算

3．3．9 整流变压器的质量计算

3．4 本章小结

第4章 基于遗传算法的整流变压器优化设计分析

4．1 遗传算法及其基本原理

4．1．1 遗传算法的概述

4．1．2 遗传算法的基本操作步骤

4．1．3 遗传算法的特点

4．2 遗传算法在整流变压器中的应用

4．2．1 遗传算法的基本函数

4．2．2 整流变压器初始种群的生成

4．3 遗传算法在整流变压器节能优化中的应用

4．3．1 优化设计数学模型的建立

4．3．2 遗传算法的设计与实现步骤

4．3．3 整流变压器的目标函数、约束条件、适应度函数的选取

4．4 整流变压器优化计算流程图

4．5 优化设计结果的对比比较

4．5．1 整流变压器成本最小的优化与手工计算参数比较

4．5．2 整流变压器损耗最小的优化与手工计算参数比较

4．5．3 整流变压器考虑成本的优化与手工计算参数比较

4．6 小结

结论

参考文献

致谢

附录 整流变压器优化程序代码