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桥臂电抗器是模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)的关键设备,目前大多采用空心电抗器,其固定的电感值难以在电流抑制性能与系统动态响应之间实现优化平衡.为此,该文提出一种电感值柔性可变的新型磁饱和桥臂耦合电抗器(magnetic saturation bridge arm coupled reactor,MACR),利用软磁材料磁化非线性和线圈互感耦合特性,实现稳态/环流/故障电流3种工况电感自适应变化,从而有效抑制环流与故障电流.首先,针对MACR的磁饱和铁芯结构与四绕组耦合设计,从磁路与电路等效模型角度分析了这3种不同工作模式,并推导了对应工况下的等效电感解析表达式.其次,进行了±800 kV电压等级的本体有限元仿真和系统级联合仿真,结果表明,MACR在稳态工况下电感值保持稳定,环流工况下电感得到提升,故障工况下电感进一步增加,有效提升了系统抑制环流和限制故障电流的能力.最后,研制了一台小容量MACR模型,并开展了样机实验,实验结果与理论分析一致,验证了所提拓扑的可行性.
MMC-HVDC桥臂电抗器磁饱和电抗器互感效应环流抑制直流故障抑制
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为限制柔性直流阀过电压并吸收盈余能量,在白鹤滩—江苏±800 kV特高压混合级联直流输电工程中采用基于金属氧化物限压器的直流可控消能装置.该装置控制开关由 3类控制开关并联构成,瞬态电流在 3个控制开关之间的转移和分配对装置的安全运行至关重要.首先,分析控制开关运行工况及控制开关间的电流转移特性,对正弦半波电流波形下的电流转移特性开展理论计算与电磁暂态仿真.计算和仿真结果表明,快速开关合闸后,晶闸管支路电流可迅速转移到快速开关支路,晶闸管可靠关断.然后,通过合成试验回路实测控制开关间的电流转移特性,验证理论计算和仿真结果的准确性.试验中晶闸管关断时刻较电磁暂态仿真延迟约 5.7 ms,主要原因为仿真与实际饱和电抗器非线性特性存在一定差异,导致晶闸管开关支路电流转移速率降低.调整饱和电抗器仿真参数后,该延迟减小至约 1.8 ms.最后,依托白鹤滩—江苏特高压混合级联直流输电系统电磁暂态模型校核控制开关间的电流转移特性,极端工况下快速开关支路电流约为总电流的30%.
混合级联直流输电可控消能装置金属氧化非线性电阻晶闸管开关快速开关电流转移特性
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随着高比例分布式新能源的接入,出现功率因数偏低与低压配电网电压偏高的问题,导致无功电容器频繁投切,对配电网产生电流涌流与过电压冲击.为此,提出了一种基于分段饱和电抗器的新型电容器投切结构,可实现投切过程中振荡电流的消除,以及分闸阶段操作过电压的抑制.此外,在MATLAB软件中搭建了基于饱和电抗器的三相电容器投切模型,并对合闸涌流及操作过电压的抑制效果进行仿真.结果显示,该投切方案在投入时涌流峰值从458.8 A下降至 257.8 A,涌流倍数从 5.69 降至3.199 倍,电流的衰减速度提升了2.78 倍;在分闸时过电压幅值由1.698 kV降低至0.95 kV,降低了43.7%,振荡速率降低了1.5 倍.该技术方案可实现电容器高可靠性、低冲击电流地频繁投切,并为分布式光伏电站的电能质量优化提供指导性建议.
饱和电抗器电容器投切涌流抑制操作过电压分布式新能源
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阳极饱和电抗器的主要作用是限制电流变化率和浪涌电流、抑制电压变化率和浪涌电压、消除谐波和振荡、平滑波形,保障换流阀运行稳定性.阀电抗器运行中,受磁致伸缩效应、麦克斯韦力和洛伦兹力的长期共同作用,铁心振动会造成气隙变小、消失,导致铁心损耗增大、温度上升,严重危及换流阀安全.文章分析了铁心气隙脱离引起铁心损耗增大的案例,通过参数测量、振动测试、损耗测试、垫片状态检查等手段,探索气隙对损耗、温度、电动力等参数的影响,分析研究阀电抗器气隙与发热故障间的逻辑关系,提出了设计制造、日常运行、检修维护等阶段的改进措施,对保证阀电抗器、晶闸管等设备安全运行具有重要的借鉴和参考意义.
阳极饱和电抗器磁致伸缩效应气隙损耗
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针对电解铝行业能耗高、电费成本大的问题,本文以某铝厂为工程案例,阐述电解铝整流装置由二极管升级为晶闸管整流器的改造方案,并分析了功率因数与谐波等主要参数,结合自饱和电抗器类比换算及行业经验公式,得出改造后功率因数达0.925+,谐波畸变率降低,整流效率提升0.2％以上.经效益分析计算,在含梯度电价时,年节省电费约6 010.52万元,可有效降低梯度电价成本,验证了晶闸管整流技术在节能降耗与经济增效方面的优势,为电解铝行业技术升级提供有益参考.
电解铝晶闸管整流二极管整流节能降耗
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当并网分布式光伏出力出现大范围波动时,会导致电网电能质量下降.为满足电容器频繁投切的需求,设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的无功补偿投切装置.该装置利用 FPGA的高速并行处理能力,可实现对系统功率因数及无功缺口的毫秒级实时检测与快速决策,能大幅提高投切指令的响应速度,进而确保在光伏出力快速变化时能够及时、准确地执行补偿操作.同时,在补偿装置回路中创新性地引入了智能分段式饱和电抗器,极大程度地降低了合闸涌流和操作过电压造成的危害.研究结果表明,所提出的基于FPGA高速控制与分段饱和电抗器涌流抑制技术的装置,能够有效提升无功补偿装置自身动作的可靠性以及电力系统的稳定性.
无功补偿现场可编程门阵列同步投切饱和电抗器
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近几年随着大量电解铝负荷陆续接入,云南已建成电解铝产能633万吨,约占全国产能的1/6,电解铝产能居全国前列.电解铝生产工艺区别于普通工业用电负荷,负荷集中容量大、供电可靠性要求高,具有不可中断、调峰能力有限等特点,加剧了云南电网的电力供需矛盾,严重影响了电网运行方式安排,对电网的安全稳定也提出了更高的要求.建立电解铝精确的电磁暂态仿真模型,准确掌握电解铝负荷的特性,对电网稳定分析具有重要意义.本文针对这一问题,分析了电解铝整流系统的工作原理,提出了采用晶闸管换流器触发角控制的稳流控制方法等效电解铝饱和电抗器电流控制效果,基于RTDS仿真平台,构建了电解铝整流系统的详细电磁暂态模型,并根据大理某铝厂现场试验波形进行对比,验证了所构建模型的正确性.
电解铝电磁暂态建模RTDS
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磁饱和式可控电抗器(magnetically-saturated controllable reactor,MSCR)运行时,交、直流共同励磁,铁心各部分磁场分布显著不同,这对损耗的分析计算造成困难.文中以单相他励式磁饱和电抗器样机研究对象,建立场路耦合三维有限元分析模型,首先计算铁心内部磁场分布,分析得到典型区域的磁场分布和变化特点;在此基础上,对铁心损耗进行仿真计算,归纳得出MSCR铁心总损耗随负载变化而变化的规律.研究指出,磁阀直流偏磁分量随负载增大升高明显,磁阀交变磁场分量随负载升高而降低;由于高直流偏磁分量影响,磁阀区域铁心损耗密度始终明显高于其他区域,尤其是负载增加时其增幅剧烈,同时其附近的心柱铁心损耗密度也增大明显,易导致阀柱铁心温升过高.
电抗器饱和式磁场分布铁心损耗
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学位论文]作者：
宋雨泽
物理学 长春工业大学 2025(学位年度)
非晶合金电脉冲处理微观结构软磁性能
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学位论文]作者：
刘宇凡
电气工程 华北电力大学 2025(学位年度)
高压直流换流阀相变冷却式宽频建模过电压分布
