專利名稱：高壓磁控式并聯(lián)電抗器的雙向等值反雙曲微分控制器設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高壓磁控式并聯(lián)電抗器的雙向等值反雙曲微分控制器設(shè)計方法，
屬于數(shù)字仿真建模方法領(lǐng)域，可應(yīng)用于飽和磁路元件的控制器設(shè)計，特別是磁控式并聯(lián)電 抗器的控制器設(shè)計。
背景技術(shù)：
隨著三峽水利樞紐電站，酒泉千萬千瓦級風(fēng)電基地、青海/甘肅大規(guī)模光伏電站
的相繼啟動建設(shè)，為解決煤炭、水利等一次能源與負荷中心分布極不平衡的問題，我國交流 電力系統(tǒng)骨干網(wǎng)架宜采用超/特高壓緊湊型線路實現(xiàn)遠距離、大容量的輸電，充分發(fā)揮電
網(wǎng)大范圍優(yōu)化能源資源配置的重要作用；促進一次能源的高效集約開發(fā)和利用；有利于促
進電網(wǎng)、電源協(xié)調(diào)發(fā)展；統(tǒng)籌利用環(huán)境容量，緩解能源和環(huán)境對國民經(jīng)濟發(fā)展的制約。 超/特高壓交流輸電線路的容性充電功率巨大、潮流變化劇烈以及有限的絕緣裕
度給系統(tǒng)的無功調(diào)節(jié)、過電壓抑制造成了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的無功補償裝置如普通高壓并
聯(lián)電抗器、可投切低壓并聯(lián)電容器和電抗器組、發(fā)電機進相運行和靜止無功補償器(static
varcompensator， SVC)等大都無法同時滿足無功調(diào)節(jié)和過電壓抑制的需要。 可控并聯(lián)電抗器(controllable shunt reactor, CSR)能夠簡化超/特高壓電網(wǎng)
中的系統(tǒng)無功電壓控制、抑制工頻過電壓和操作過電壓、消除發(fā)電機自勵磁、動態(tài)補償線路
充電功率、抑制潛供電流、阻尼系統(tǒng)諧振等，能滿足系統(tǒng)多方面需求，因而具有非常廣闊的
應(yīng)用前景。 2007年9月首套500kV高壓磁控式并聯(lián)電抗器(magnetically controlled shunt reactor)在湖北江陵(荊州)換流站投運成功，在系統(tǒng)運行中發(fā)揮了重要作用，為我國特高 壓可控電抗器的研制、運行與維護積累了寶貴經(jīng)驗。 高壓磁控式并聯(lián)電抗器具有容量可大范圍連續(xù)調(diào)節(jié)(從空載到滿載的調(diào)節(jié)率均 可達到90%以上)、高次諧波和有功損耗較小、可靠性高、應(yīng)用較少的電力電子器件，結(jié)構(gòu) 簡單、綜合成本低的顯著特點，技術(shù)比較成熟，國內(nèi)目前研究和工程應(yīng)用的主要類型。
關(guān)于高壓磁控式并聯(lián)電抗器的數(shù)學(xué)建模方面的理論研究，目前已有的技術(shù)中只有 中國專利申請200810056973. 1公開了一種磁控式并聯(lián)電抗器數(shù)字仿真建模方法，其特征 在于它包括等效磁路的分解方法，根據(jù)磁路定律和電路定律，將磁控式并聯(lián)電抗器模型等 效成多個飽和變壓器和飽和電抗器模型；其利用現(xiàn)有仿真軟件中的飽和變壓器和飽和電抗 器模型，構(gòu)建磁控式并聯(lián)電抗器仿真模型可集成于現(xiàn)有的仿真軟件中，擴展相應(yīng)的仿真功 能；可檢驗系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制方法和暫態(tài)控制方法。該發(fā)明的主要原理是用現(xiàn)有的飽和變壓 器和電抗器拼接來模擬磁控式并聯(lián)電抗器的特性，對高壓磁控式并聯(lián)電抗器的進一步研究 有重要的參考價值，但只是一種離線數(shù)字仿真搭建方法，并未建立反應(yīng)磁控式并聯(lián)電抗器 的連續(xù)飽和磁路特性的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型(數(shù)字仿真和數(shù)學(xué)模型是兩個不同的概念)，而且其 采用了補償法和分段線性化方法，補償法不僅需要反復(fù)迭代，對實時/超實時電磁暫態(tài)仿真造成障礙，而且規(guī)格化的①-I磁化曲線與實際勵磁特性的差別，造成模型的計算誤差很 大；分段線性化方法雖然計算簡單，但是不同分段之間不可避免的引起數(shù)值震蕩，而且超/ 特高壓磁控式并聯(lián)電抗器不是一般的非線性元件在小范圍內(nèi)微調(diào)，而是大范圍的連續(xù)光滑 調(diào)節(jié)，高壓磁控式并聯(lián)電抗器作為智能電網(wǎng)高壓柔性輸電的組成部分，若采用分段線性化
方法既不能滿足其大范圍調(diào)節(jié)的計算精度，也不能反應(yīng)其連續(xù)光滑調(diào)節(jié)的智能柔性特征， 抹掉了本體元件的諸多優(yōu)點和特征，損害了數(shù)學(xué)模型的精確性；不但無法描述了磁控式并
聯(lián)電抗器的連續(xù)光滑調(diào)節(jié)特性，而且仿真精度誤差很大，無法滿足電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真 的需要。 以往的研究主要針對穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)進行分析，對于暫態(tài)調(diào)節(jié)這種比較棘手的問題，尚 未有文獻研究見著報道。 尚未有實用化的高壓磁控式并聯(lián)電抗器控制器設(shè)計見諸文獻，本發(fā)明創(chuàng)新性的 提出了磁路電路雙向等值算法，并以此為控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，把復(fù)雜耦合的非線性磁路 和微分電路方程組解耦，以解析解形式直接求出控制需要的勵磁電流，減少了迭代調(diào)節(jié)過 程，避免了常規(guī)控制系統(tǒng)中微積分環(huán)節(jié)的時間延遲，節(jié)省了計算時間和內(nèi)存，增強了控制 可靠性。有利于提高高壓磁控式并聯(lián)電抗器在超特高壓電網(wǎng)中應(yīng)對工頻和操作過電壓的 整體反應(yīng)速度。已在電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真裝置(Advanced Digital Power System Simulator-ADPSS)中編程實現(xiàn)了控制模塊的工程化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種高壓磁控式并聯(lián)電抗器的雙向等值反雙曲微分控制器設(shè)計方
法。本發(fā)明提出并利用磁路電路雙向等值算法，以反雙曲函數(shù)描述飽和磁路特性，從復(fù)雜耦 合的非線性磁路和微分電路方程組中，以解析解形式求出控制系統(tǒng)需要的勵磁電流，算法 直接、計算精確。具有創(chuàng)新性強，跟蹤迅速、控制可靠等優(yōu)點。已在電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿 真裝置中編程實現(xiàn)了控制模塊的工程化應(yīng)用。為超/特高壓磁控式并聯(lián)電抗器及其控制系 統(tǒng)的實時電磁暫態(tài)仿真提供了必要的仿真工具，也為電力系統(tǒng)非線性元件控制系統(tǒng)的設(shè)計 開創(chuàng)了新的思路。 本發(fā)明提出了一種高壓磁控式并聯(lián)電抗器的雙向等值反雙曲微分控制器設(shè)計方
法，其特征在于利用磁路電路雙向等值算法，以反雙曲函數(shù)描述飽和磁路特性，從復(fù)雜耦合 的非線性磁路和微分電路方程組中，以解析解形式求出控制系統(tǒng)需要的勵磁電流。
本發(fā)明的方法，包括以下步驟 (1)設(shè)計的高壓磁控式并聯(lián)電抗器是利用交直流混合勵磁的特性來改變鐵心的 飽和程度的，其磁路電路接線方式為主磁路心柱中包括兩個繞組，A、U2是交流網(wǎng)側(cè)繞組， Udl、Ud2是直流繞組電壓，由于不同磁路的磁導(dǎo)率不同，磁通^、 ^所在的兩個主磁路的磁阻 承擔(dān)整個系統(tǒng)中主要的勵磁磁動勢。電阻為r，電流為i，H是磁場強度，是磁導(dǎo)率，小是 交流電壓初相位。各個變量的下標(biāo)1， 2分別表示左心柱和右心柱繞組側(cè)，3， 4， 5表示旁軛磁 路，d表示直流量； (2)根據(jù)基本磁路原理進行如下推導(dǎo)，忽略漏抗，由法拉第電磁感應(yīng)定律有
t/,sin—+ A) = "+JVV~:^
(1)
6








必2

(2)
卻i
WJ2 = _。2。2
#2
(3)
(4)
由導(dǎo)磁媒質(zhì)的安培環(huán)路定律有 H山+叫=Nli1+Ndlidl (5) H212+H414 = N2i2-Nd2id2 (6) H313 = H414+H515 (7) 由磁路基爾霍夫第一定律有
A = % + % 外U A
由導(dǎo)磁媒質(zhì)的飽和磁化特性有
由導(dǎo)磁媒質(zhì)的不飽和特化特性有 A =萬3^ = // 3
% == //4//4S4
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
上述是微分方程組、線性方程組和非線性方程組構(gòu)成的混合方程組； (3)磁路電路的雙向等值控制算法
為解耦計算上述復(fù)雜的磁路電路非線性方程組，以高壓磁控式并聯(lián)電抗器解耦等 值磁通差電磁暫態(tài)模型為基礎(chǔ)，充分考慮每相各繞組之間的磁耦合，以及網(wǎng)側(cè)電氣并聯(lián)和 勵磁電路的反向串聯(lián)關(guān)系，提出了磁路電路雙向等值控制算法 高壓磁控式并聯(lián)電抗器的磁路結(jié)構(gòu)為交直流混合勵磁磁動勢Fml和Fm2在主磁路 1， 2上產(chǎn)生，同時也造成了主磁路1， 2的磁飽和，磁路磁阻分別為Rml和Rm2，根據(jù)磁通連續(xù)定 律，飽和磁通A在a點分解為％和％ ，磁路磁阻分別為Rm3和Rm5 ;飽和磁通化在b點分解為^和 % ，磁路磁阻分別為Rm4和Rm5 ;
根據(jù)磁阻定義有 丄
- (15)
7
由于Rml " Rm2處于飽和狀態(tài)，磁導(dǎo)率顯著減少，其磁阻遠大于Rm3 " IU，消耗了主
要的磁動勢Fml和Fm2，根據(jù)磁路回路方程有
+ Km3% = M。 + (工6 )
因為勵磁支路中直流勵磁id 口交流勵磁i。，所以直流勵磁磁動勢消耗在主磁路
上。




以反雙曲函數(shù)描述H-B飽和磁化曲線，并由主磁路安培環(huán)路定律可得
2
(17)
其中，
可推導(dǎo)出磁感應(yīng)強度為
(18)
A"， / . A'
i)
(19)
于是可求出磁鏈解析表達式為
人
A,
、2
+ 1)
(20)
由磁路電磁感應(yīng)定律，可求出磁路等值電感為 r — ，_《a 1
— "JT — 。1 。2 . ;, z " =^
其中，
f w上 《1 =
& =
(21)
(22)
(23) (4)設(shè)系統(tǒng)中高壓磁控式并聯(lián)電抗器連接節(jié)點的目標(biāo)調(diào)節(jié)電壓為Up，由瞬時相:
原理，可求出每一時步計算的等值相量電流Ih，由電路中的戴維南定律
(24) 可推導(dǎo)出電路等值電感為 (Z —/ ) 4<j=^~"^
" (25) 按照高壓磁控式并聯(lián)電抗器的磁路電路結(jié)構(gòu)，磁路等值電感和電路等值電感應(yīng)該 一致，即 Lmd = Lcd (26) 于是控制系統(tǒng)中磁路等值電感Lmd已知，由公式(21)可推導(dǎo)出目標(biāo)電壓下需加入 的控制系統(tǒng)中勵磁電流解析式為<formula>formula see original document page 9</formula>
由上述步驟求得的解析式(30)可以直接求出投入目標(biāo)電抗值所需要的直流勵磁
<formula>formula see original document page 9</formula>電流。 本發(fā)明的方法還可使用包括以下的連續(xù)函數(shù)及其各種形式的組合來描述高壓磁 控式并聯(lián)電抗器的非線性磁路飽和特性，從而進行仿真建模和控制器設(shè)計
B = 、 H+k2 arctan (H/k3);
B = 、 arctan (H/k3);<formula>formula see original document page 9</formula><formula>formula see original document page 9</formula> 本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明以可調(diào)反雙曲函數(shù)描述超/特高壓磁控式并聯(lián)電抗 器的非線性磁路飽和特性，具有連續(xù)可導(dǎo)且無截斷誤差的優(yōu)點，為解決由此帶來的非線性 和微分方程組的求解困難，以及充分考慮每相各繞組之間的磁耦合，本發(fā)明創(chuàng)新性的提出 了磁路電路雙向等值算法，并以此為控制系統(tǒng)的設(shè)計思路，把復(fù)雜耦合的非線性磁路和微 分電路方程組解耦，以解析解形式直接求出控制需要的勵磁電流，節(jié)省了計算時間和內(nèi)存， 增強了控制可靠性。有利于提高高壓磁控式并聯(lián)電抗器在超特高壓電網(wǎng)中應(yīng)對工頻和操作 過電壓的整體反應(yīng)速度。 該控制系統(tǒng)創(chuàng)新性強，算法直接、計算精確，跟蹤迅速、控制可靠。為超/特高壓磁 控式并聯(lián)電抗器及其控制系統(tǒng)的實時電磁暫態(tài)仿真提供了必要的仿真工具，也為電力系統(tǒng) 非線性元件控制系統(tǒng)的設(shè)計開創(chuàng)了新的思路。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明。 圖1是依據(jù)本發(fā)明方法的高壓磁控式并聯(lián)電抗器各物理量正方向和磁路電路接 線方式示意圖； 圖2是依據(jù)本發(fā)明方法的高壓磁控式并聯(lián)電抗器磁路示意圖。
具體實施例方式1高壓磁控式并聯(lián)電抗器基本磁路電路原理 高壓磁控式并聯(lián)電抗器是利用交直流混合勵磁的特性來改變鐵心的飽和程度的，其磁路電路接線方式如圖1所示，主磁路心柱中包括兩個繞組，U^U2是交流網(wǎng)側(cè)繞組，Udl、 Ud2是直流繞組電壓，由于不同磁路的磁導(dǎo)率不同，磁通^ 、 ^所在的兩個主磁路的磁阻承 擔(dān)整個系統(tǒng)中主要的勵磁磁動勢。電阻為r，電流為i，H是磁場強度，是磁導(dǎo)率，小是交 流電壓初相位。各個變量下標(biāo)1，2分別表示左心柱和右心柱繞組側(cè)，3，4，5是旁軛磁路，d
表示直流量。 根據(jù)基本磁路原理可以進行如下推導(dǎo)，忽略漏抗，由法拉第電磁感應(yīng)定律有







<formula>formula see original document page 10</formula>由導(dǎo)磁媒質(zhì)的安培環(huán)路定律有 H山+叫=Nli1+Ndlidl (5) H212+H414 = N2i2-Nd2id2 (6) H313 = H414+H515 (7) 由磁路基爾霍夫第一定律有
A = % + %
外U % 由導(dǎo)磁媒質(zhì)的飽和磁化特性有
巧=扁
"2=/2(爐2) 由導(dǎo)磁媒質(zhì)的不飽和特化特性有
外=《& = // 3
卻2
(3)
(4)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14) 上述是微分方程組、線性方程組和非線性方程組構(gòu)成的混合方程組。
2雙向等值控制算法 為解耦計算上述復(fù)雜的磁路電路非線性方程組，本發(fā)明以高壓磁控式并聯(lián)電抗器 解耦等值磁通差電磁暫態(tài)模型為基礎(chǔ)，充分考慮每相各繞組之間的磁耦合，以及網(wǎng)側(cè)電氣并聯(lián)和勵磁電路的反向串聯(lián)關(guān)系，提出了磁路電路雙向等值算法。高壓磁控式并聯(lián)電抗器 的磁路結(jié)構(gòu)如圖2所示交直流混合勵磁磁動勢F^和Fm2在主磁路1， 2上產(chǎn)生，同時也造成 了主磁路1， 2的磁飽和，磁路磁阻分別為Rml和Rm2，根據(jù)磁通連續(xù)定律，飽和磁通^在a點分 解為外和A ，磁路磁阻分別為Rm3和Rm5 ;飽和磁通伊2在b點分解為伊4和％ ，磁路磁阻分別為Rm4
和Rm5 ;根據(jù)磁阻定義有<formula>formula see original document page 11</formula>0103] 由于Rml " Rm2處于飽和狀態(tài)，磁導(dǎo)率顯著減少，其磁阻遠大于Rm3 " IU，消耗了主
要的磁動勢Fml和Fm2，根據(jù)磁路回路方程有<formula>formula see original document page 11</formula>
因為勵磁支路中直流勵磁id 口交流勵磁i。，所以直流勵磁磁動勢消耗在主磁路
以反雙曲函數(shù)描述H-B飽和磁化曲線，并由主磁路安培環(huán)路定律可得<formula>formula see original document page 11</formula>其中，
<formula>formula see original document page 11</formula>可推導(dǎo)出磁感應(yīng)強度為<formula>formula see original document page 11</formula>于是可求出磁鏈解析表達式為
<formula>formula see original document page 11</formula>
由磁路電磁感應(yīng)定律，可求出磁路等值電感為 <formula>formula see original document page 11</formula>其中，<formula>formula see original document page 11</formula>
0119] 設(shè)系統(tǒng)中高壓磁控式并聯(lián)電抗器連接節(jié)點的目標(biāo)調(diào)節(jié)電壓為Up，由瞬時相量原 里，可求出每一時步計算的等值相量電流Ih，由電路中的戴維南定律
<formula>formula see original document page 11</formula>
可推導(dǎo)出電路等值電感為
<formula>formula see original document page 12</formula>
， (25) 按照高壓磁控式并聯(lián)電抗器的磁路電路結(jié)構(gòu)，磁路等值電感和電路等值電感應(yīng)該 一致，即 Lmd = Lcd (26) 于是控制系統(tǒng)中磁路等值電感Lmd已知，由公式(21)可推導(dǎo)出目標(biāo)電壓下需加入 的控制系統(tǒng)中勵磁電流解析式為

式中，
<formula>formula see original document page 12</formula>(27)
<formula>formula see original document page 12</formula>
(28)<formula>formula see original document page 12</formula>(29)
<formula>formula see original document page 12</formula>
(30) 由上述步驟求得的解析式可以直接求出投入目標(biāo)電抗值所需要的直流勵磁電流'
需要說明的是依據(jù)本發(fā)明的高壓磁控式并聯(lián)電抗器的雙向等值反雙曲微分控制 器設(shè)計方法，其特征在于使用了磁路電路雙向等值算法(公式15-30)，并以此為控制系統(tǒng) 的設(shè)計思路或稍加修改，把復(fù)雜耦合的非線性磁路和微分電路方程組解耦，以解析解形式 直接求出控制需要的勵磁電流，以此為核心思想并類比變通的高壓磁控式并聯(lián)電抗器控制 系統(tǒng)設(shè)計和仿真建模都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 本發(fā)明以連續(xù)函數(shù)-可調(diào)反雙曲函數(shù)描述高壓磁控式并聯(lián)電抗器的非線性磁路 飽和特性，并以其導(dǎo)數(shù)的解析形式來表述等效電感，以其他連續(xù)函數(shù)描述高壓磁控式并聯(lián) 電抗器的非線性磁路飽和特性，并用類似方法以導(dǎo)數(shù)的解析形式來描述等效電感的思路和 方法，都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 本發(fā)明以磁路的等值電感和電路的等值電感相等的設(shè)計思想用于高壓磁控式并 聯(lián)電抗器的控制器設(shè)計，以此為設(shè)計思路的高壓磁控式并聯(lián)電抗器數(shù)學(xué)建模及其控制器設(shè) 計都在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 對本發(fā)明所述的方法進行類比更換，然后重新組合、進行簡化或稍提高精度的建 模方法及控制器算法也在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。 應(yīng)用本發(fā)明的方法或者稍加修改，對其他非線性磁路飽和元件如(勵磁調(diào)節(jié)器、 非線性電抗等，以及可控電抗器的其他種類)進行類似的電磁暫態(tài)建模方法及控制器算法 也在本發(fā)明的保護之內(nèi)。 應(yīng)用本發(fā)明的方法或者類似推導(dǎo)的方法建立的電磁暫態(tài)模型可以應(yīng)用于實時、非 實時、電磁、機電暫態(tài)的仿真建模和計算中，以及控制系統(tǒng)的設(shè)計方法中，都在本發(fā)明的保 護范圍。 此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實施例對本發(fā)明進行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不脫離本發(fā)明的范圍下進行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅 是例證性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
一種高壓磁控式并聯(lián)電抗器的雙向等值反雙曲微分控制器設(shè)計方法，其特征在于利用磁路電路雙向等值算法，以反雙曲函數(shù)描述飽和磁路特性，從復(fù)雜耦合的非線性磁路和微分電路方程組中，以解析解形式求出控制系統(tǒng)需要的勵磁電流。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于包括以下步驟(1) 設(shè)計的高壓磁控式并聯(lián)電抗器是利用交直流混合勵磁的特性來改變鐵心的飽和程 度的，其磁路電路接線方式為主磁路心柱中包括兩個繞組，仏、U2是交流網(wǎng)側(cè)繞組，Udl、 Ud2 是直流繞組電壓，由于不同磁路的磁導(dǎo)率不同，磁通A、 ^所在的兩個主磁路的磁阻承擔(dān)整個系統(tǒng)中主要的勵磁磁動勢。電阻為r，電流為i，H是磁場強度，是磁導(dǎo)率，小是交流 電壓初相位。各個變量的下標(biāo)1， 2分別表示左心柱和右心柱繞組側(cè)，3， 4， 5表示旁軛磁路， d表示直流量；(2) 根據(jù)基本磁路原理進行如下推導(dǎo)，忽略漏抗，由法拉第電磁感應(yīng)定律有<formula>formula see original document page 2</formula>由導(dǎo)磁媒質(zhì)的安培環(huán)路定律有 H山+H山=N山+N丄 (5) H212+H414 = N2i2-Nd2id2 (6) H313 = H414+H515 (7)由磁路基爾霍夫第一定律有 仍=% + A+ %由導(dǎo)磁媒質(zhì)的飽和磁化特性有 由導(dǎo)磁媒質(zhì)的不飽和特化特性有<formula>formula see original document page 2</formula>上述是微分方程組、線性方程組和非線性方程組構(gòu)成的混合方程組； (3)磁路電路的雙向等值控制算法為解耦計算上述復(fù)雜的磁路電路非線性方程組，以高壓磁控式并聯(lián)電抗器解耦等值磁 通差電磁暫態(tài)模型為基礎(chǔ)，充分考慮每相各繞組之間的磁耦合，以及網(wǎng)側(cè)電氣并聯(lián)和勵磁 電路的反向串聯(lián)關(guān)系，提出了磁路電路雙向等值控制算法高壓磁控式并聯(lián)電抗器的磁路結(jié)構(gòu)為交直流混合勵磁磁動勢Fml和Fm2在主磁路1，2上產(chǎn)生，同時也造成了主磁路1，2的磁飽和，磁路磁阻分別為Rml和R^，根據(jù)磁通連續(xù)定律， 飽和磁通A在a點分解為外和^ ，磁路磁阻分別為Rm3和Rm5 ;飽和磁通^在b點分解為^和^ ，磁路磁阻分別為Rm4和Rm"根據(jù)磁阻定義有<formula>formula see original document page 3</formula>(15)由于Rml " Rm2處于飽和狀態(tài)，磁導(dǎo)率顯著減少，其磁阻遠大于Rm3 " Rm4，消耗了主要的 磁動勢Fml和Fm2，根據(jù)磁路回路方程有<formula>formula see original document page 3</formula>因為勵磁支路中直流勵磁z" D交流勵磁i。，所以直流勵磁磁動勢消耗在主磁路上。 以反雙曲函數(shù)描述H-B飽和磁化曲線，并由主磁路安培環(huán)路定律可得<formula>formula see original document page 3</formula>其中，可推導(dǎo)出磁感應(yīng)強度為<formula>formula see original document page 3</formula>于是可求出磁鏈解析表達式為<formula>formula see original document page 3</formula>由磁路電磁感應(yīng)定律，可求出磁路等值電感為 <formula>formula see original document page 3</formula>(4)設(shè)系統(tǒng)中高壓磁控式并聯(lián)電抗器連接節(jié)點的目標(biāo)調(diào)節(jié)電壓為Up，由瞬時相量原理， 可求出每一時步計算的等值相量電流Ih，由電路中的戴維南定律人(24)可推導(dǎo)出電路等值電感為， (25) 按照高壓磁控式并聯(lián)電抗器的磁路電路結(jié)構(gòu)，磁路等值電感和電路等值電感應(yīng)該-致，即<formula>formula see original document page 4</formula>于是控制系統(tǒng)中磁路等值電感Lmd已知，由公式(21)可推導(dǎo)出目標(biāo)電壓下需加入的控 制系統(tǒng)中勵磁電流解析式為流c<formula>formula see original document page 4</formula>(30)由上述步驟求得的解析式(30)可以直接求出投入目標(biāo)電抗值所需要的直流勵磁電
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于該方法還可使用包括以下的連續(xù)函數(shù)及其各種形式的組合來描述高壓磁控式并聯(lián)電抗器的非線性磁路飽和特性，從而進行仿真建模和控制器設(shè)計 <formula>formula see original document page 4</formula>
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高壓磁控式并聯(lián)電抗器的雙向等值反雙曲微分控制器設(shè)計方法。本發(fā)明提出并利用磁路電路雙向等值算法，以反雙曲函數(shù)描述飽和磁路特性，從復(fù)雜耦合的非線性磁路和微分電路方程組中，以解析解形式求出控制系統(tǒng)需要的勵磁電流，算法直接、計算精確。具有創(chuàng)新性強，跟蹤迅速、控制可靠等優(yōu)點。已在電力系統(tǒng)全數(shù)字實時仿真裝置中編程實現(xiàn)了控制模塊的工程化應(yīng)用。為超/特高壓磁控式并聯(lián)電抗器及其控制系統(tǒng)的實時電磁暫態(tài)仿真提供了必要的仿真工具，也為電力系統(tǒng)非線性元件控制系統(tǒng)的設(shè)計開創(chuàng)了新的思路。
文檔編號G06F17/50GK101727524SQ20091024308
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者周孝信, 鄭偉杰 申請人:中國電力科學(xué)研究院