变压器式可控电抗器磁集成与解耦控制研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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变压器式可控电抗器磁集成与解耦控制研究

项目名称：变压器式可控电抗器磁集成与解耦控制研究
项目类别：地区科学基金项目
批准号：51167009
申请代码：E0703
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：田铭兴
依托单位：兰州交通大学
批准年度：2011

中文摘要：

变压器式可控电抗器CRT（Controllable Reactor of Transformer Type）是一种新型可控电抗器，具有无功功率连续可调，谐波电流小，响应速度快等特点，其关键问题是"高阻抗、弱耦合"设计原则和解耦控制的实现。针对该关键问题及其相关问题，主要研究内容采用量子遗传算法提出控制绕组个数和容量进行优化计算的理论和方法；采用解耦磁集成技术提出铁芯和绕组结构设计定理；采用基于基本绕组概念的变压器分析理论建立CRT的数学模型及其分析方法；采用电磁场解析或数值计算方法计算暂、稳态参数；采用坐标变换理论，提出CRT坐标变换的具体形式和解耦控制策略，并进行控制系统设计和仿真分析；试制样机并进行实验分析。通过本项研究，希望获得新颖有效的CRT设计理论、分析方法和控制策略，并为电力设备磁集成设计和复杂结构电磁装备分析控制理论的发展做出贡献。

中文主题词：变压器式可控电抗器；磁集成；解耦控制；优化设计；参数计算

英文摘要：

CRT；Magnetic integration；Decoupling control；Optimization design；Parameters calculation

英文主题词： CRT；Magnetic integration；Decoupling control；Optimization design；Parameters calculation

结论摘要：

主要研究内容是采用磁集成技术提出CRT设计结构；提出CRT解耦控制策略；提出CRT控制绕组个数优化设计方法；建立CRT的数学模型及其分析方法；计算暂、稳态参数。取得的主要成果是提出了CRT阵列式、多种导磁材料、分裂式磁集成结构，并分别建立了变压器—电感等效电路、MATLAB仿真模型、磁路耦合电磁场分析模型。通过对短路阻抗、绕组电流和电磁场的分析计算，说明所提出的磁集成结构能够实现CRT“高阻抗、弱耦合”的设计原则，而且分裂式磁集成结构更适合于工程实际。提出了CRT的多绕组调节模式，并建立了绕组电流、触发角和限流电感之间的非线性数学模型。其核心思想是在提出晶闸管触发角向量、标准排列次序和非标准排列次序等概念的基础上，采用分段线性化方法建立了绕组电流微分方程，并得到了绕组电流瞬时值和各次谐波计算公式，为探索性能优良的调节模式开辟了新的技术路线。提出了等效漏抗的概念和控制绕组电流额定值及其利用率的解析计算公式，揭示了CRT工作效率与结构参数之间的关系，量化了绕组耦合效应对于控制绕组电流分配的影响程度，并提出了适用于工程设计的CRT绕组电流利用率的快速判别方法。基于多绕组调节模式的基本思想，提出了CRT解耦控制策略，消除了各控制绕组之间的相互影响。在满足设备总容量的前提下，大大降低了各控制绕组的额定容量，从控制策略上实现了CRT的“弱耦合”设计原则。提出了CRT谐波含有率的3种定义及其与级间功率递增系数和控制级数的关系，为控制个数的优化提供了更多可能。在此基础上，根据国标要求，提出了基于谐波电流有效值标准的参数计算与优化设计方法。优化后的控制绕组个数明显减少，谐波电流指标也得到显著改善。提出了计及漏磁通和铁芯非线性且能反映电磁耦合的CRT等效电路模型和数学模型，并分别采用自互阻抗法、短路阻抗法和有限元法进行了暂、稳态参数计算。另外，对CRT在电力系统中的应用和磁饱和式可控电抗器等拓展和相关问题进行了研究，得到了一些有价值的结论，是本项研究的有益补充和丰富。经过4年的研究，完成了研究内容，获得了一系列CRT设计、分析和控制的基础理论和方法。在国内外学术期刊和国际学术会议上发表（含收录）论文39篇，其中SCI收录2篇，EI收录24篇，ISTP收录4篇，获国家发明专利1项，培养研究生14名。

成果综合统计