变压器不同直流注入方式下的偏磁效应及其影响分析

本文主要探讨了单相变压器在不同直流注入方式下所经历的偏磁效应。首先，作者指出在高压直流输电（HVDC）和地磁感应电流（GIC）的研究背景下，变压器的直流偏磁问题是一个重要的研究课题，因为它涉及到电力系统模型的简化和变压器内部电磁耦合特性的考虑。 传统的偏磁计算方法如谐波平衡有限元法虽然能提供激励电流和磁矢量位的谐波分量，但计算复杂度较高且效率较低。相比之下，电路-磁路的方法在一定程度上考虑了励磁特性，但漏磁效应可能会影响模型在直流偏磁条件下的准确性。为了获得更精确的结果，文章提倡采用场路耦合方法，这种方法能够更好地处理直流注入电流对变压器磁场的影响，尤其是在直流电流较大的情况下。 文章重点介绍了三种不同的直流注入方式：方式1，直流源接入原边，模拟三相组式变压器的中性点直流注入；方式2，直流源接入副边，适用于单相变压器空载时的直流偏磁分析；方式3，原边和副边都有直流电流，类似于实际电网中的某些特定情况，但实际应用中并不多见，因为通常会通过铁芯中的磁通相互抵消来减轻偏磁效应。 作者构建了变压器的三维磁场模型和时域电路模型，结合棱边有限元法计算磁场并得出动态电感，利用四阶龙格库塔法处理电路中的时域电流，实现了场与路的耦合。通过这种方法，文章深入分析了直流注入方式对变压器电磁参数的影响，以及这些参数如何随时间变化，揭示了不同注入方式下变压器偏磁效应的差异。 文章的核心贡献在于对比了不同注入方式下变压器非线性励磁行为的规律，并将仿真计算结果与实验数据进行了对比验证。这不仅提供了理论上的理解，也为实际工程设计和运行提供了有价值的指导，尤其是在直流输电系统的运行和保护策略中，理解和控制变压器的直流偏磁效应至关重要。这项工作填补了现有文献在全面研究不同直流注入方式对变压器偏磁影响方面的空白。