[发明专利]一种频域下电抗器电感的获取方法

说明书

本发明公开了一种频域下电抗器电感的获取方法，包括在根据电抗器结构建立电抗器模型，对电抗器模型进行网格划分处理获得网格化的电抗器模型；根据网格化的电抗器模型的材料参数、空气域参数以及正弦激励获得绕组初始电流和网格化的电抗器模型的磁密；根据网格化的电抗器模型的磁密以及铁芯的磁化特性数据获得电抗器模型更新后的相对磁导率，根据电抗器模型更新后的相对磁导率、空气域参数以及正弦激励获得更新后的绕组电流和网格化的电抗器模型的磁密，通过判断绕组电流是否收敛判断频域计算获得的磁能分布与瞬态下磁能分布等效，并以收敛后的电流值和激励电压获得电抗器等效值。该方法计算次数少，且能够判断电抗器参数设计的合理性。

技术领域

本发明属于电抗器技术领域，更具体地，涉及一种频域下电抗器电感的获取方法。

背景技术

发展高压、特高压输电是我国电力工业发展的必然趋势，特高压、超高压输电对电网的安全稳定运行及电能质量提出了更高的要求。电网中的无功补偿，可以改善输电系统的稳定性，抑制系统过电压，提高输电能力。可控电抗器是目前在电网中应用最广泛的无功补偿装置之一。可控电抗器是一种特殊的高压或特高压电抗器。通过对传输线路负荷的电抗进行调节来提供连续的无功补偿，控制电网中的无功容量，可降低传输线路的损耗，同时提高传输的有功容量。

传统意义上的可控电抗器有调匝式可控电抗器、调气隙尺寸式可控电抗器、可控硅控制电抗器和饱和电抗器。而应用最为广泛的可控电抗器有两类：可控硅控制电抗器中的晶闸管控制电抗器、铁芯电抗器中的磁饱和式电抗器。晶闸管控制电抗器由于功率电子的快速发展而得到广泛应用，晶闸管控制电抗器响应速度快，技术较成熟，但是造价高、维护困难、谐波污染较严重，大规模的应用仍受到诸多限制；磁饱和式可控电抗器主要通过调节铁芯的饱和程度，实现电感值的调节，原理相对简单，造价较低，因此应用广泛。

传统的电抗器设计主要采用与变压器设计类似的经验公式法，按照给定容量依次计算主铁芯直径、匝电压、匝数、漏抗、铁芯窗高、磁阀及抽头比等参数，最终确定电抗器主体结构。该方法借鉴了变压器设计，因此在选取铁芯磁密时一般取值1.5T左右，相对于变压器而言，该磁密下不会出现过度饱和，保证了能量传输效率，而对于电抗器而言，其输出可调的核心在于使得铁芯能有线性区进入非线性区，因此该方法设计出的电抗器往往存在调节范围不达标的问题。

随着计算机辅助设计技术的进步，利用有限元进行电磁场计算有效的弥补了经验公式带来的误差，考虑到铁磁材料的磁导率由其磁化特性—BH 曲线决定，在进入饱和后其磁导率变化具有高度非线性。在正弦稳态激励下，铁芯的饱和程度随着励磁电流变化而变化，若在一个周期内铁芯饱和程度变化较为明显，则表明电抗器电感存在畸变，反映在电抗器输出电流上为，在给定励磁电压下输出电流引入明显谐波，进而表明电抗器参数不合理。若这一过程采用瞬态计算，则存在，三维模型算开销大、耗时长的问题，若后处理后电流波形谐波含量偏高又不符合设计要求，使得参数优化过程缓慢，几乎不可能。

对正弦稳态电路问题，利用拉普拉斯变换可将时域模型转化为复频域模型，在时域模型下计算一个周期为保证足够的计算精度，可能需要100 次甚至更多次的求解，而在复频域中只需进行一次求解即可得到稳定的频域解。铁磁材料相对磁导率具有高度非线性，在一个时域周期内，由于磁密大小的变化，导致铁磁材料相对磁导率变化剧烈，频域分析只能设置线性材料属性，无法准确反应这一高度非线性特点，因此，研究可在频域计算下体现材料非线性特性的获取方法能有效降低计算开销与耗时，提高频域下计算精度，使基于有限元计算的参数优化成为可能。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种频域下电抗器电感的获取方法，旨在解决现有的经验公式法结果不准确以及有限元瞬态计算耗时长而导致难以对电抗器进行参数优化的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种频域下电抗器电感的获取方法，包括下述步骤：

S1根据电抗器的结构参数进行建模获得电抗器模型，并对电抗器模型进行网格划分处理获得网格化的电抗器模型；