[发明专利]基于MagNet有限元的磁阀式可控电抗器结构优化方法

说明书

技术领域

本发明属于电抗器铁耗分析技术领域，特别是涉及一种基于MagNet有限元的磁阀式可控电抗器结构优化方法。

背景技术

随着输电等级电压的不断升高，线路电容产生的无功也随之增大，一条1000kV的线路产生的无功功率大约是同长度500kV线路产生的5倍，因此无功平衡问题就显得至关重要。近年来，具有结构新颖、维修方便、可调范围宽且可靠性高等优点的磁阀式可控电抗器MCR(Magnetic Valve Controllable Reactor)在电网中得到了越来越多的应用。它通过控制直流激磁的大小调节直流磁通，磁阀处的铁芯在交直流磁通共同作用下会改变其饱和程度，从而调节了电抗器的等效电抗和工作电流，同时因其不需要单独的直流励磁绕组，因此可较多地节省材料的用量，使成本降低。MCR本身特性决定了其不但可以在高压侧用作无功功率源，也可以作为并联电抗器投入使用，具有非常广阔的应用前景。

目前的研究者们主要是对MCR的外部特性进行研究，比如工作特性、响应特性、本体设计等，而对于电抗器工作的基础内部磁场分析却相对较少，特别是以磁场分析为基础的铁耗分析研究更是屈指可数。根据MCR的工作原理，处于交直流共同磁化状态下的铁芯内部磁场变化复杂，但是铁耗的分析对电抗器的设计以及性能有着非常重要的影响。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于MagNet有限元的磁阀式可控电抗器结构优化方法。

为了达到上述目的，本发明提供的基于MagNet有限元的磁阀式可控电抗器结构优化方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一、绘制磁阀式可控电抗器铁芯尺寸图：以mm为单位，绘制磁阀式可控电抗器铁芯的结构平面图；

步骤二、建立磁阀式可控电抗器中矩形磁阀结构模型：确定矩形磁阀的面积和高度，并在MagNet中建立模型；

步骤三、分析磁阀式可控电抗器各部位的损耗分布，由此得出损耗分布情况，矩形磁阀处的铁芯损耗较大，损耗主要集中在内柱和边柱上，连接轭的损耗很小；

步骤四、绘制磁阀式可控电抗器内部磁力线分布图，分析涡流损耗情况；

步骤五、优化磁阀设计：针对矩形磁阀结构饱和时产生的边缘效应，对矩形磁阀结构进行优化设计；

步骤六、检验优化结果：比较矩形结构和优化后磁阀饱和的磁密分布和边缘漏磁场，检验优化效果。

在步骤二中，所述的建立磁阀式可控电抗器中矩形磁阀结构模型的方法是：针对磁阀式可控电抗器铁芯，取矩形磁阀面积为铁芯柱的1/2，磁阀高度6mm，在MagNet中建立矩形磁阀模型，以进行损耗分析。

本发明提供的基于MagNet有限元的磁阀式可控电抗器结构优化方法的效果：

本发明主要研究铁耗的形成机理，绘制出各部位的损耗分布，根据研究结果，针对磁阀结构饱和时产生的边缘效应，对矩形磁阀结构进行了优化设计，结果表明优化后的结构在磁阀饱和时漏磁明显减少，从而使电抗器性能得到提高。

附图说明

图1为改进前铁芯尺寸图；

图2为磁阀式可控电抗器中矩形磁阀模型图；

图3为电抗器内部磁力线图；

图4为改进后磁阀结构图；

图5为A点在x方向磁密波形图；

图6为不同h下的磁密幅值图；

图7为A点在y方向磁密波形图；

图8为不同h下的磁密幅值图；

图9为a-b线磁密波形比较。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于MagNet有限元的磁阀式可控电抗器结构优化方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于MagNet有限元的磁阀式可控电抗器结构优化方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤一、绘制磁阀式可控电抗器铁芯尺寸图：以mm为单位，绘制磁阀式可控电抗器铁芯的结构平面图，如图1所示；

步骤二、建立磁阀式可控电抗器中矩形磁阀结构模型：确定矩形磁阀的面积和高度，并在MagNet中建立模型；

针对如图1所示的磁阀式可控电抗器铁芯，取矩形磁阀面积为铁芯柱的1/2，磁阀高度6mm，在MagNet中建立如图2所示的矩形磁阀模型，以进行损耗分析；

步骤三、分析磁阀式可控电抗器各部位的损耗分布，由此得出损耗分布情况，矩形磁阀处的铁芯损耗较大，损耗主要集中在内柱和边柱上，连接轭的损耗很小；

步骤四、绘制磁阀式可控电抗器内部磁力线分布图，分析涡流损耗情况；