專利名稱：：一種換流閥用飽和電抗器的損耗計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及電力電子和電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種換流閥用飽和電抗器的損耗計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
：飽和電抗器是一種線圈與鐵芯交鏈而成的高壓電器設(shè)備，線圈一般為鋁、銅等金屬或其合金制成，線圈為硅鋼片疊合而成。當(dāng)晶閘管完全導(dǎo)通時(shí)，幅值為千安級(jí)的電流將流過(guò)飽和電抗器的線圈，線圈一般為鋁、銅等金屬材料制成，存在一定電阻，在大電流的作用下將產(chǎn)生損耗，即直流通態(tài)損耗，簡(jiǎn)稱“通態(tài)損耗”；飽和電抗器的鐵芯在其端電壓急劇變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流損耗，此外鐵芯工作會(huì)引起磁滯損耗，這兩類損耗統(tǒng)稱為“鐵芯損耗”。通態(tài)損耗和鐵芯損耗是飽和電抗器冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的依據(jù)，因此必須準(zhǔn)確獲知這兩類損耗的水平。通過(guò)數(shù)值仿真方法，計(jì)算飽和電抗器在一定激勵(lì)條件下的損耗值，常用的方法有利用磁滯模型計(jì)算鐵心損耗，損耗分離方法，經(jīng)驗(yàn)方程方法和等效正弦方法，但上述四種方法僅適用于對(duì)稱或正弦的激勵(lì)條件。流過(guò)飽和電抗器的電流，不屬于正弦激勵(lì)，因此上述四種方法均不能直接應(yīng)用。文獻(xiàn)1方瑞明，王榕.基于諧波分析法的高速變頻電機(jī)鐵耗計(jì)算方法，電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2004，8(1):25-27。上述文獻(xiàn)1采用傅里葉變換可以將任意波形形式的激勵(lì)源轉(zhuǎn)化為若干頻率正弦波的線性疊加，逐一頻點(diǎn)計(jì)算損耗值，鐵心的總損耗近似為基波和各高次諧波損耗值之和，但飽和電抗器的鐵心是非線性，疊加定理只適用于線性系統(tǒng)，所以這種處理也是不合理的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種直流換流閥用飽和電抗器準(zhǔn)確的損耗計(jì)算方法，該方法是一種基于飽和電抗器的電路模型得出的數(shù)值計(jì)算方法，計(jì)算精度高，易于數(shù)值程序計(jì)算實(shí)現(xiàn)，易于可視化仿真計(jì)算；作為一種時(shí)域計(jì)算方法靈活的避免了鐵芯飽和特性引入的非線性的影響；該方法不依賴于飽和電抗器具體的結(jié)構(gòu)型式與材料屬性的，因此可以在飽和電抗器設(shè)計(jì)或制造完成前即可獲知其損耗特性，從而可以為飽和電抗器熱力特性分析、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化提供參考；該方法可以獨(dú)立地計(jì)算出飽和電抗器的通態(tài)損耗和鐵芯損耗，避免了兩類損耗耦合，從而實(shí)現(xiàn)兩類損耗分類優(yōu)化與控制。本發(fā)明提出的一種換流閥用飽和電抗器的損耗計(jì)算方法，其特征在于包括以下步驟(1)提取飽和電抗器寬頻等值模型，得到飽和電抗器的等值電路，鐵損電阻與鐵芯電感相串聯(lián)，再于空心電感、通態(tài)電阻相串聯(lián)，雜散電容并聯(lián)在輸出端口處；(2)經(jīng)過(guò)理論分析以及針對(duì)實(shí)際飽和電抗器的測(cè)量，可以得到鐵芯損耗和通態(tài)損耗效應(yīng)分別用實(shí)體電阻等效，飽和電抗器線圈由金屬構(gòu)成，材料的導(dǎo)電特性為非理想的，其損耗性能可用一個(gè)線性電阻集中等效，稱為通態(tài)電阻，記作Rcu；鐵芯損耗是與飽和電抗器3的電流幅值、頻率，飽和電抗器端電壓等緊密相關(guān)，因此需要用一個(gè)非線性電阻Rm等效替代，其表達(dá)式如下^/</[_]Rm=\R{^；⑴e^Jm~or式中ακ—指數(shù)；Re——鐵芯未飽和時(shí)呈現(xiàn)的恒定的損耗等值電阻；Im——電感支路電流；Ior——飽和電抗器電阻拐點(diǎn)電流。(3)在PSCAD軟件中搭建換流閥系統(tǒng)能夠仿真模型，基于系統(tǒng)仿真，確定出通態(tài)電阻兩端電壓uK。u和iK。u的值和鐵損等值電阻兩端電壓uKm、iEffl的值；(4)根據(jù)功率的定義式，分別計(jì)算通態(tài)損耗和鐵芯損耗；根據(jù)物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系及等值電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即可建立飽和電抗器的等值電路，在等值電路端間施加飽和電抗器在換流閥中承受的電壓、電流即可獲知通態(tài)電阻兩端電壓uK。u和iK。u，鐵損等值電阻兩端電壓uKm、Ism由損耗的定義式可知1τPRcaUrcu(0·iRcu(Odt(2)1'PRm=〒[uRm(t).iRm(t)dt(3)在一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)上述兩式分別積分即可得到通態(tài)損耗和鐵芯損耗。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明的方法是一種易于數(shù)值程序計(jì)算實(shí)現(xiàn)，易于可視化仿真計(jì)算；2.本發(fā)明的方靈活的避免了鐵芯飽和特性引入的非線性的影響；3.本發(fā)明的方不依賴于飽和電抗器具體的結(jié)構(gòu)型式與材料屬性的。圖1示出了本發(fā)明的飽和電抗器的等值電路。圖2和圖3分別示出了通態(tài)電阻兩端電壓uRcu和iRcu的值和鐵損等值電阻兩端電壓uRm、iRm的值。具體實(shí)施例方式經(jīng)過(guò)理論分析以及針對(duì)實(shí)際飽和電抗器的測(cè)量，可以得到飽和電抗器的等值電路，如附圖1所示，鐵芯損耗和通態(tài)損耗效應(yīng)分別用實(shí)體電阻等效。飽和電抗器線圈由金屬構(gòu)成，材料的導(dǎo)電特性為非理想的，其損耗性能可用一個(gè)線性電阻集中等效，稱為通態(tài)電阻，記作Rcu；鐵芯損耗是與飽和電抗器的電流幅值、頻率，飽和電抗器端電壓等緊密相關(guān)，因此需要用一個(gè)非線性電阻Rm等效替代，其表達(dá)式如下式中ciK——指數(shù)；Re——鐵芯未飽和時(shí)呈現(xiàn)的恒定的損耗等值電阻；Im——電感支路電流；Ior——飽和電抗器電阻拐點(diǎn)電流。根據(jù)物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系及等值電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即可建立飽和電抗器的等值電路，在等值電路端間施加飽和電抗器在換流閥中承受的電壓、電流即可獲知通態(tài)電阻兩端電壓％。u和iK。u，如附圖2所示，鐵損等值電阻兩端電壓Usm、iKm，如附圖3所示。由損耗的定義式可知1TPrcu=-_[Urcu(0·iRcu{t)dt(2)1τPRm=j[^Rm(0·hm(t)dt(3)在一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)上述兩式分別積分即可得到通態(tài)損耗和鐵芯損耗。以上是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解本發(fā)明，而對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)描述，但可以想到，在不脫離本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋的范圍內(nèi)還可以做出其它的變化和修改，這些變化和修改均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求一種換流閥用飽和電抗器的損耗計(jì)算方法，其特征在于包括以下步驟(1)提取飽和電抗器寬頻等值模型，得到飽和電抗器的等值電路，鐵損電阻與鐵芯電感相串聯(lián)，再于空心電感、通態(tài)電阻相串聯(lián)，雜散電容并聯(lián)在輸出端口處；(2)經(jīng)過(guò)理論分析以及針對(duì)實(shí)際飽和電抗器的測(cè)量，可以得到鐵芯損耗和通態(tài)損耗效應(yīng)分別用實(shí)體電阻等效，飽和電抗器線圈由金屬構(gòu)成，材料的導(dǎo)電特性為非理想的，其損耗性能可用一個(gè)線性電阻集中等效，稱為通態(tài)電阻，記作Rcu；鐵芯損耗是與飽和電抗器的電流幅值、頻率，飽和電抗器端電壓等緊密相關(guān)，因此需要用一個(gè)非線性電阻Rm等效替代，其表達(dá)式如下<mrow><msub><mi>R</mi><mi>m</mi></msub><mo>=</mo><mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><msub><mi>R</mi><mi>e</mi></msub></mtd><mtd><msub><mi>I</mi><mi>m</mi></msub><mo><</mo><msub><mi>I</mi><mi>or</mi></msub></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>R</mi><mi>e</mi></msub><msup><mrow><mo>(</mo><mfrac><msub><mi>I</mi><mi>or</mi></msub><msub><mi>I</mi><mi>m</mi></msub></mfrac><mo>)</mo></mrow><msub><mi>α</mi><mi>R</mi></msub></msup></mtd><mtd><msub><mi>I</mi><mi>m</mi></msub><mo>≥</mo><msub><mi>I</mi><mi>or</mi></msub></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>式中αR——指數(shù)；Re——鐵芯未飽和時(shí)呈現(xiàn)的恒定的損耗等值電阻；Im——電感支路電流；Ior——飽和電抗器電阻拐點(diǎn)電流。(3)在PSCAD軟件中搭建換流閥系統(tǒng)能夠仿真模型，基于系統(tǒng)仿真，確定出通態(tài)電阻兩端電壓uRcu和iRcu的值和鐵損等值電阻兩端電壓uRm、iRm的值；(4)根據(jù)功率的定義式，分別計(jì)算通態(tài)損耗和鐵芯損耗；根據(jù)物理量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系及等值電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即可建立飽和電抗器的等值電路，在等值電路端間施加飽和電抗器在換流閥中承受的電壓、電流即可獲知通態(tài)電阻兩端電壓uRcu和iRcu，鐵損等值電阻兩端電壓uRm、iRm由損耗的定義式可知<mrow><msub><mi>P</mi><mi>Rcu</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>T</mi></mfrac><msubsup><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>u</mi><mi>Rcu</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub><mi>i</mi><mi>Rcu</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><msub><mi>P</mi><mi>Rm</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mi>T</mi></mfrac><msubsup><mo>∫</mo><mn>0</mn><mi>T</mi></msubsup><msub><mi>u</mi><mi>Rm</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>·</mo><msub><mi>i</mi><mi>Rm</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mi>dt</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>在一個(gè)周期內(nèi)，對(duì)上述兩式分別積分即可得到通態(tài)損耗和鐵芯損耗。全文摘要本發(fā)明涉及電力電子和電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種換流閥用飽和電抗器的損耗計(jì)算方法。該方法是一種基于飽和電抗器的電路模型得出的數(shù)值計(jì)算方法，計(jì)算精度高，易于數(shù)值程序計(jì)算實(shí)現(xiàn)，易于可視化仿真計(jì)算；作為一種時(shí)域計(jì)算方法靈活的避免了鐵芯飽和特性引入的非線性的影響；該方法不依賴于飽和電抗器具體的結(jié)構(gòu)型式與材料屬性的，因此可以在飽和電抗器設(shè)計(jì)或制造完成前即可獲知其損耗特性，從而可以為飽和電抗器熱力特性分析、冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)型式優(yōu)化提供參考；該方法可以獨(dú)立地計(jì)算出飽和電抗器的通態(tài)損耗和鐵芯損耗，避免了兩類損耗耦合，從而實(shí)現(xiàn)兩類損耗分類優(yōu)化與控制。文檔編號(hào)G01R27/26GK101975892SQ20101028028公開(kāi)日2011年2月16日申請(qǐng)日期2010年9月10日優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日發(fā)明者于海玉,劉杰,魏曉光申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院