[发明专利]一种换流阀用饱和电抗器的解析模型

权利要求书

1.一种换流阀用饱和电抗器的解析模型，包括：

(1)饱和电抗器的线圈电阻，其具体量值与电抗器绕组截面积、材料电阻率和长度相关；

(2)饱和电抗器的端间等效电容，表征饱和电抗器线圈间电容、线圈与铁心间电容、铁心间电容等效至端间的电容值，具体量值与电抗器结构相关；

(3)饱和电抗器的空心电感，表征饱和电抗器线圈部分的固有电感，具体量值与电抗器绕组的结构相关；

(4)饱和电抗器的非线性铁心电感，表征饱和电抗器铁心非线性磁特性作用体现出来的非线性电感，变量为流过非线性电感上的电流，在电流小于一定门槛值时，所述门槛值为100-900安培，非线性电感为恒定值，具体取决于电抗器绕组和铁心的结构、铁心的线性磁导率等；电流高于门槛时，非线性电感以指数形式衰减，指数量值取决于铁心材料的饱和特性以及饱和电抗器的结构；

(5)饱和电抗器的非线性电阻，表征饱和电抗器铁心损耗特性作用，此电阻上消耗的功率模拟表示饱和电抗器铁心的损耗，包括涡流损耗、磁滞损耗等。饱和电抗器的非线性电阻的变量为流过非线性电感的电流，在电流小于一定门槛值时，，非线性电阻为恒定值，所述门槛值为100-900安培；电流高于门槛时，非线性电阻以指数形式衰减，指数量值取决于铁心材料的饱和特性以及饱和电抗器的结构；

(6)解析模型的连接关系为：饱和电抗器的非线性电感和非线性电阻为并联关系，然后与饱和电抗器的空心电感和电阻串联，最终与饱和电抗器的端间电容并联。

2.如权利要求1所述的解析模型，其特征在于：设R_dc为饱和电抗器的线圈电阻，C_o为饱和电抗器端间等效电容，L_o为饱和电抗器的空心电感，非线性铁心电感参数L_m和非线性铁损电阻参数R_m的计算为：

Lm=LdIm<IoLLd(IoLIm)αLIm≥IoL,Rm=ReIm<IoRRe(IoRIm)αRIm≥IoR]]>

I_m为不考虑铁心去磁效应时流过饱和电抗器的电流；L_d为饱和电抗器非线性电感的不饱和值，I_oL为饱和电抗器电感非线性特性的激励电流门槛值，所述门槛值为100-900安培，α_L为饱和电抗器非线性电感衰减的速度；R_e为饱和电抗器非线性铁损电阻的不饱和值，I_oR为饱和电抗器铁损电阻非线性的激励电流门槛值，所述门槛值为100-900安培，α_R为饱和电抗器非线性电感衰减的速度。

饱和电抗器的线圈电阻R_dc可以通过电阻计算公式计算得到，其中ρ为线圈的电阻率，l为线圈导线的长度，s为线圈导线的有效截面积；

饱和电抗器端间等效电容是综合了线圈与铁心间的杂散电容、铁心饼与铁心饼间的杂散电容、线圈匝间的杂散电容之后从饱和电抗器线圈端口看进去的等效杂散电容；可通过解析公式估算C_o＝εs₁/d₁，其中ε为由线圈、铁心、空气、绝缘介质结构决定的等效介电常数，s₁为饱和电抗器线圈出线排的导电面积，d₁为饱和电抗器出线排间的距离，精确的计算方法可以通过电磁场数值分析的方法计算得到：

L=dψdi=d(ψo)di+d(ψm)di=Lo+Lm]]>

其中，L为饱和电抗器的电感。ψ为饱和电抗器通电流线圈产生的和自身线圈交链的磁链，其中包括两部分：ψ_o为通电流线圈在真空中产生的和自身线圈交链的磁链，ψ_m为通电流线圈在铁心中产生的和自身线圈交链的磁链；对应饱和电抗器电感L也分为两部分，分别为L_o和L_m；

L_o为饱和电抗器的空心电感，为饱和电抗器结构中的铁心处于深度饱和，即铁心的磁导率为空气的磁导率时，饱和电抗器的电感值，其中对应L_m＝0，故L＝L_o；这个电感值从数值上等于将饱和电抗器中的铁心撤掉，对应的空心线圈的电感值；故L_o称为饱和电抗器的空心电感；

L_m为饱和电抗器的铁心电感，表征饱和电抗器结构中存在铁心，也即磁导率大于空气磁导率时，由于铁心贡献的磁链所对应的电感值；L_m的非线性电感特性是由于饱和电抗器中铁心材料的非线性导致；当铁心材料工作在线性区域时，铁心内的磁链与激励电流之间为线性关系，故对应的铁心电感值在这种情况下为L_d；

I_m为不考虑铁心去磁效应时，流过饱和电抗器绕组的电流，即当饱和电抗器绕组中流过电流I_m时，在忽略铁心去磁效应的情况下，那么此时饱和电抗器的电感值为L＝L_o+L_m，I_oL为电流门槛值，所述门槛值为100-900安培，其大小由具体铁心材料的饱和点所决定：

BslBμ0NIoL⇒IoLBBslμ0N]]>

其中B_s为饱和电抗器铁心的饱和磁密，为铁心非线性材料的固有参数；μ₀为真空的磁导率，为一个常数；N为饱和电抗器线圈的匝数，l为饱和电抗器铁心饼的中心周长。当I_m小于I_oL这个门槛值时，所述门槛值为100-900安培，铁心工作在线性区域，此时饱和电抗器的电感值为L＝L_o+L_d，即铁心电感L_m＝L_d；当I_m大于I_oL时，铁心工作在非线性区域，随着电流I_m的逐步增大，铁心的工作点也逐步走向饱和，对应的铁心电感也在逐渐减小；定义铁心电感随着电流降低的速度快慢用α_L来描述，而铁心电感随着电流降低的速度快慢也是由饱和电抗器具体选用的铁心材料特性来决定；

R_m为表征铁心铁损的等效电阻，铁损包括涡流损耗、磁滞损耗以及异名损耗，它的变量也同样标定为I_m，只是铁损电阻对应电流的拐点I_oR与铁心电感对应电流的拐点I_oL不同，这也是由所选择铁心材料的特性所决定，另外，铁损电阻随电流I_m增大而降低的速度快慢用α_R来表示，此变化趋势与铁心电感随I_m的变化趋势不同，由具体选用的铁心材料特性来实现。