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基于双馈风电场低电压穿越的高温超导故障限流器建模及其参数优化

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电力系统保护与控制 2019年第18期47卷 99-107页

作者：宋文峰王倩李亚楠王昕钰周士琼西南交通大学电气工程学院四川成都610031 国网周口供电公司河南周口466000 大秦铁路股份有限公司科研所山西太原030000 中交机电工程局湖北武汉430000

针对电网故障下的双馈风力发电机组(Doubly-Fed Induction Generations,DFIG)的低电压穿越问题,提出装设电阻型高温超导故障限流器(High Temperature Superconducting Fault Current limiter,HTS-FCL)的低电压穿越保护策略。基于HTS-FCL的电特性与温度特性,采用热电类比法建立了详细的HTS-FCL仿真模型。基于DFIG的暂态模型,推导了电网故障下的DFIG暂态响应,分析了HTS-FCL保护投入后其参数对DFIG暂态响应的影响,采用模糊优化与粒子群算法相结合的方法优化了HTS-FCL的主要参数。仿真结果表明,HTS-FCL参数优化结果有较好的适用性,所提策略能够实现电网严重故障下的DFIG低电压穿越。

关键词：双馈风力发电机组低电压穿越高温超导故障限流器热电类比法暂态计算模糊优化粒子群算法

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油浸式变压器负载对绕组热点位置影响的研究

油浸式变压器负载对绕组热点位置影响的研究

作者：李洋昆明理工大学

学位级别：硕士

在电力系统中,油浸式变压器作为其重要的组成部分,设备的可靠运行,将直接影响到电力系统的安全和稳定。变压器长期运行时,绕组会产生大量热量,进而变压器内部温度升高,变压器绕组热点温度是限制变压器过载能力的关键因素,目前研究热点... 详细信息

在电力系统中,油浸式变压器作为其重要的组成部分,设备的可靠运行,将直接影响到电力系统的安全和稳定。变压器长期运行时,绕组会产生大量热量,进而变压器内部温度升高,变压器绕组热点温度是限制变压器过载能力的关键因素,目前研究热点温度与热点位置时很少有人考虑负载对热点位置的影响。因此,变压器绕组热点位置与负载的关系需进行全面且又深入的研究。本文主要从以下几个方面进行研究:（1）为计算变压器SFZ11-10000/35的热传递量,对大型油浸式变压器热生成与热传递进行了分析。为了得到变压器内部相关温度参数,搭建了变压器测温平台,在大型油浸式变压器内部关键位置布设了光纤光栅温度传感器,并对变压器油温及绕组温度进行了测试,利用测得温度数据算出了变压器在额定负载时的内部热学物理参量。结果表明,变压器的导热系数、热传导率、油的密度主要受温度的影响,在额定负载工作时油的导热系数、热传导率、油的密度分别为0.120（w/m·K）、0.117 m·K、877 kg/m~3,变压器绕组的热容为390 J/（kg·K）。（2）通过对热电类比原理的分析,建立了基于热电类比法的变压器温度场仿真模型。仿真结果表明,绕组的热点位置是不固定的,会随着负载的变化而改变。在额定负载时热点位置出现在距绕组高85.88%处;在1.3倍额定负载时热点位置出现在距绕组高79.85%处;在1.48倍额定负载时热点位置出现在距绕组高75.66%处。经过曲线拟合可得负载与绕组热点位置关系变化曲线为Y=-69.55757X~2+143.29236X+14.09207。（3）通过对变压器结构的研究以及变压器热生成量与热传导量分析,研制了一台变压器温度场模拟装置,并在模拟装置上搭建了试验平台。经试验结果表明,变压器模拟装置绕组接1.20 A电流时,热点位置在距绕组高86.48%处;变压器模拟装置绕组接1.37 A电流时,热点位置在距绕组高81.66%处;变压器模拟装置绕组接1.46 A电流时,热点位置在距绕组高75.03%处。经过曲线拟合可得负载与绕组热点位置关系变化曲线为Y=-68.46898 X~2+144.52242 X+11.73863。

关键词：变压器发热原理散热原理光纤光栅传感器热电类比法热电偶

基于HTS-FCL的双馈风电系统故障穿越技术研究

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基于HTS-FCL的双馈风电系统故障穿越技术研究

作者：宋文峰西南交通大学

学位级别：硕士

随着风力发电系统的不断发展,电网发生故障时的风电场故障穿越问题引起了高度关注,目前所有并网的风电场均要求具备低电压穿越和高电压穿越能力。双馈风力发电机(Doubly-Fed Induction Generation,DFIG)本身的特殊结构使得其对于电网故... 详细信息

随着风力发电系统的不断发展,电网发生故障时的风电场故障穿越问题引起了高度关注,目前所有并网的风电场均要求具备低电压穿越和高电压穿越能力。双馈风力发电机(Doubly-Fed Induction Generation,DFIG)本身的特殊结构使得其对于电网故障颇为敏感且电磁暂态响应特性极为复杂,如何实现DFIG在电网电压故障下的故障穿越是风电场大规模并网所面临的关键问题。本文主要对基于电阻型高温超导故障限流器(High Temperature Superconducting Fault Current limiter,HTS-FCL)保护的双馈风电系统故障穿越技术进行研究。首先给出了双馈风力发电系统各个组成的工作原理和数学模型,基于DFIG的动态数学模型,采用Laplace求解方程法推导了电网故障下DFIG的电流、磁链暂态响应表达式,建立了简化的DFIG暂态解析模型,并推导、分析了直流母线电压和电磁转矩的暂态响应特性。接着给出了基于HTS-FCL保护的DFIG故障穿越保护策略,基于YBCO超导材料的E-I特性建立了电阻型HTS-FCL电特性模型,采用“热电类比法”建立了其温度模型,由此建立了详细的HTS-FCL仿真模型。然后分析了HTS-FCL保护投入后对DFIG暂态响应特性的影响,并采用模糊优化与粒子群算法相结合的方法优化了HTS-FCL的主要参数,使其同时适用于DFIG的低电压穿越与高电压穿越。同时,为了进一步消除电网发生不对称故障情况下的DFIG转子侧电流纹波以及故障电压负序分量所导致的电磁转矩两倍工频分量,采用了计及定子电流动态变化及转矩平衡的RSC控制策略与HTS-FCL硬件电路相结合的方法。仿真结果表明HTS-FCL参数优化结果有较好的适用性,所提故障穿越方案能够同时满足电网严重故障下的DFIG低电压穿越和高电压穿越要求。

关键词：双馈风力发电机组故障穿越暂态计算高温超导故障限流器热电类比法参数优化转矩平衡

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油浸式变压器分布参数热路模型边界条件研究

油浸式变压器分布参数热路模型边界条件研究

作者：金能思昆明理工大学

学位级别：硕士

油浸式变压器是保证电力系统正常工作的关键设备,其热点温度是衡量变压器的负载能力、运行寿命的重要标准,为了保障变压器正常工作、可靠运行,必须准确得到变压器热点温度。而变压器内部绕组温度难以直接测量,本文通过分析易于获取的测... 详细信息

油浸式变压器是保证电力系统正常工作的关键设备,其热点温度是衡量变压器的负载能力、运行寿命的重要标准,为了保障变压器正常工作、可靠运行,必须准确得到变压器热点温度。而变压器内部绕组温度难以直接测量,本文通过分析易于获取的测温点温度与绕组周围的油温关系,建立了以外部测温点作为边界条件的分布参数热路模型,求解出热点温度。并通过温升实验,利用温度传感器对变压器进行测温,将不同边界条件下热路模型求解结果与实测温度进行比较,优化边界条件。本论文的主要工作有:1)通过运用数值计算中的有限体积法,根据本文研究的10000k VA/35k V油浸式变压器实际尺寸、内部结构特征、热量传递特点,建立流固耦合模型,计算得到了不同功率下变压器温度分布结果。利用有限体积法计算的温度场结果,逐一分析了油浸式变压器现有的易于监测点温度与绕组周围油温分布情况之间的关系,得出能作为建立的分布参数热路模型求解热点温度可行的边界条件,并进一步利用有限体积法计算得出的温度场数据确定出可行的三种边界条件求解绕组周围油温的关系式,为下一章节进一步求解绕组热点温度提供来帮助。2)利用热点类比理论方法,将变压器热路传递过程转化为电路定理,建立绕组与油之间的分布参数热路模型,并根据得到的三种边界条件计算绕组周围油温的表达式求解绕组周围油温,最后将绕组周围油温代入到建立的热路模型中,设置好相关参数,使用Multisim软件对分布参数热路模型进行仿真计算,得到了基于顶层油温、底层油温、顶层油温和底层油温结合作为边界条件,三种情况下1倍、1.3倍额定功率绕组热点温度结果。3)在温升实验中,安装及布置光纤Bragg光栅温度感器来测量变压器温度,将温度传感器实时监测的绕组温度与不同类型边界条件计算结果进行比较,选出计算误差较小的边界条件,并分析了得到的边界条件应用环境中产生误差的主要因素,对其进行了优化。将优化后的计算结果与优化前进行对比,验证了优化后的边界条件可以更加准确的反应出变压器工作环境变化带来的影响,适用性更强精度更高,热点位置预测更加准确。证明了本文研究得出的边界条件,计算结果可以更准确地反映变压器绕组温度分布情况,能给变压器的过载能力及绝缘寿命评估提供更好的依据。

关键词：热点温度边界条件热电类比法热路模型温升实验

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油浸式变压器绕组分布式参数热路模型研究

化工自动化及仪表 2019年第9期46卷 736-740,775页

作者：谷长健文贺敏万小容罗川李川昆明理工大学信息工程与自动化学院

为了及早发现油浸式变压器长期运行时可能存在的异常升温问题,基于热电类比法和传热理论,利用试验方法获取变压器绕组饼间热阻,代入建立的变压器绕组分布式参数热路模型,用Matlab获取仿真结果,分析变压器绕组热点温度及其位置。通过搭... 详细信息

为了及早发现油浸式变压器长期运行时可能存在的异常升温问题,基于热电类比法和传热理论,利用试验方法获取变压器绕组饼间热阻,代入建立的变压器绕组分布式参数热路模型,用Matlab获取仿真结果,分析变压器绕组热点温度及其位置。通过搭建变压器温升试验平台,采集变压器关键点温度信息对绕组热点温度进行测试分析。实测数据与仿真数据对比结果表明:在额定功率下,热点位于42~47cm,仿真数据与实测数据偏差不大于0.5℃;在1.3倍额定功率下,热点位于42~47cm,仿真结果与实测结果偏差不大于0.7℃,证实了模型的可行性。

关键词：变压器油浸式热路模型热阻热点温度热电类比法传热理论

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电力变压器热点温度测量和计算方法综述

电气开关 2019年第3期57卷 1-4页

作者：种佳丽黄晶晶福州大学电气工程与自动化学院

目前变压器热点温度研究主要分为两大方向:直接测量法和间接计算法。该文对两种研究方法进行分类介绍,对比各方法的适应性和局限性。最后,通过各方法优缺点对比,提出每种方法都有各自适用的场合,应该根据情况灵活选择,也可以考虑多种方... 详细信息

目前变压器热点温度研究主要分为两大方向:直接测量法和间接计算法。该文对两种研究方法进行分类介绍,对比各方法的适应性和局限性。最后,通过各方法优缺点对比,提出每种方法都有各自适用的场合,应该根据情况灵活选择,也可以考虑多种方法相互配合使用的观点。

关键词：变压器热点温度传感器测温技术热电类比法数值计算法中图

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油浸式变压器冷却系统节能运行控制策略研究

电工电气 2014年第8期 34-37页

作者：高荣贵冯智倩余鹏赵蓉秦鑫王珊珊太原供电公司山西太原030012 国网电力科学研究院湖北武汉430074

针对现有冷却器控制方式的不足,基于热电类比理论建立了变压器热路模型,结合环境温度及冷却方式变化时模型参数的不同求取方法,制定了高效节能的冷却器运行策略。在准确计算变压器热点温度的基础上,借助高可靠性、高精度的光纤温度传感... 详细信息

针对现有冷却器控制方式的不足,基于热电类比理论建立了变压器热路模型,结合环境温度及冷却方式变化时模型参数的不同求取方法,制定了高效节能的冷却器运行策略。在准确计算变压器热点温度的基础上,借助高可靠性、高精度的光纤温度传感器来获得变压器端部油温,并结合冷却器节能运行控制策略,有效避免了冷却器冷却能力过剩现象,保证了变压器安全、稳定、经济运行。

关键词：油浸式变压器热电类比法节能环保热点温度冷却系统