一種基于MagNet有限元的磁閥式可控電抗器結構優化方法。其包括繪制磁閥式可控電抗器鐵芯尺寸圖；建立磁閥式可控電抗器中矩形磁閥結構模型；分析磁閥式可控電抗器各部位的損耗分布；繪制磁閥式可控電抗器內部磁力線分布圖；優化磁閥設計；檢驗優化結果等步驟。本發明專利技術提供的基于MagNet有限元的磁閥式可控電抗器結構優化方法的效果：本發明專利技術主要研究鐵耗的形成機理，繪制出各部位的損耗分布，根據研究結果，針對磁閥結構飽和時產生的邊緣效應，對矩形磁閥結構進行了優化設計，結果表明優化后的結構在磁閥飽和時漏磁明顯減少，從而使電抗器性能得到提高。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電抗器鐵耗分析
，特別是涉及一種。
技術介紹
隨著輸電等級電壓的不斷升高，線路電容產生的無功也隨之增大，一條100kV的線路產生的無功功率大約是同長度500kV線路產生的5倍，因此無功平衡問題就顯得至關重要。近年來，具有結構新穎、維修方便、可調范圍寬且可靠性高等優點的磁閥式可控電抗器MCR(Magnetic Valve Controllable Reactor)在電網中得到了越來越多的應用。它通過控制直流激磁的大小調節直流磁通，磁閥處的鐵芯在交直流磁通共同作用下會改變其飽和程度，從而調節了電抗器的等效電抗和工作電流，同時因其不需要單獨的直流勵磁繞組，因此可較多地節省材料的用量，使成本降低。MCR本身特性決定了其不但可以在高壓側用作無功功率源，也可以作為并聯電抗器投入使用，具有非常廣闊的應用前景。目前的研宄者們主要是對MCR的外部特性進行研宄，比如工作特性、響應特性、本體設計等，而對于電抗器工作的基礎內部磁場分析卻相對較少，特別是以磁場分析為基礎的鐵耗分析研宄更是屈指可數。根據MCR的工作原理，處于交直流共同磁化狀態下的鐵芯內部磁場變化復雜，但是鐵耗的分析對電抗器的設計以及性能有著非常重要的影響。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術的目的在于提供一種。為了達到上述目的，本專利技術提供的包括按順序執行的下列步驟:步驟一、繪制磁閥式可控電抗器鐵芯尺寸圖:以mm為單位，繪制磁閥式可控電抗器鐵芯的結構平面圖；步驟二、建立磁閥式可控電抗器中矩形磁閥結構模型:確定矩形磁閥的面積和高度，并在MagNet中建立模型；步驟三、分析磁閥式可控電抗器各部位的損耗分布，由此得出損耗分布情況，矩形磁閥處的鐵芯損耗較大，損耗主要集中在內柱和邊柱上，連接軛的損耗很小；步驟四、繪制磁閥式可控電抗器內部磁力線分布圖，分析渦流損耗情況；步驟五、優化磁閥設計:針對矩形磁閥結構飽和時產生的邊緣效應，對矩形磁閥結構進行優化設計；步驟六、檢驗優化結果:比較矩形結構和優化后磁閥飽和的磁密分布和邊緣漏磁場，檢驗優化效果。在步驟二中，所述的建立磁閥式可控電抗器中矩形磁閥結構模型的方法是:針對磁閥式可控電抗器鐵芯，取矩形磁閥面積為鐵芯柱的1/2，磁閥高度6mm，在MagNet中建立矩形磁閥模型，以進行損耗分析。本專利技術提供的的效果:本專利技術主要研宄鐵耗的形成機理，繪制出各部位的損耗分布，根據研宄結果，針對磁閥結構飽和時產生的邊緣效應，對矩形磁閥結構進行了優化設計，結果表明優化后的結構在磁閥飽和時漏磁明顯減少，從而使電抗器性能得到提高。【附圖說明】圖1為改進前鐵芯尺寸圖；圖2為磁閥式可控電抗器中矩形磁閥模型圖；圖3為電抗器內部磁力線圖；圖4為改進后磁閥結構圖；圖5為A點在X方向磁密波形圖；圖6為不同h下的磁密幅值圖；圖7為A點在y方向磁密波形圖；圖8為不同h下的磁密幅值圖；圖9為a-b線磁密波形比較。【具體實施方式】下面結合附圖和具體實施例對本專利技術提供的進行詳細說明。如圖1所示，本專利技術提供的包括按順序執行的下列步驟:步驟一、繪制磁閥式可控電抗器鐵芯尺寸圖:以mm為單位，繪制磁閥式可控電抗器鐵芯的結構平面圖，如圖1所示；步驟二、建立磁閥式可控電抗器中矩形磁閥結構模型:確定矩形磁閥的面積和高度，并在MagNet中建立模型；針對如圖1所示的磁閥式可控電抗器鐵芯，取矩形磁閥面積為鐵芯柱的1/2，磁閥高度6mm，在MagNet中建立如圖2所示的矩形磁閥模型，以進行損耗分析；步驟三、分析磁閥式可控電抗器各部位的損耗分布，由此得出損耗分布情況，矩形磁閥處的鐵芯損耗較大，損耗主要集中在內柱和邊柱上，連接軛的損耗很小；步驟四、繪制磁閥式可控電抗器內部磁力線分布圖，分析渦流損耗情況；圖3為左鐵芯柱磁閥截面完全飽和時磁閥式可控電抗器內部磁力線分布圖，由此可見矩形磁閥氣隙附近產生明顯的邊緣效應，這會使原本鐵芯中擴散到氣隙的部分磁通再進入周圍鐵芯中，由于這部分磁通與硅鋼片平面垂直，因此會產生較大的橫向磁場分量，會進一步增加電抗器的渦流損耗，可能會形成局部過熱，同時，縱向漏磁場也會在繞組中產生渦流損耗；步驟五、優化磁閥設計:針對矩形磁閥結構飽和時產生的邊緣效應，對矩形磁閥結構進行優化設計；根據分析，矩形磁閥結構在磁閥截面飽和時會產生邊緣效應，由此增大損耗，因此改進磁閥的結構是很有必要的。圖4為改進后的磁閥結構示意圖，基于MagNet參數化設計方法，在電抗器直流激磁電壓1V下，以改進后磁閥結構的傾斜部分的垂直高度h為設計變量，以與磁閥結構等高處的A點漏磁場的X，y方向分量Bx，By的磁密幅值為目標函數尋找最優解，變量h的變化范圍在O — 5mm之間；圖5—圖6分別為在不同h下x方向分量Bx的磁密波形及磁密幅值，圖7和8分別為在不同h下y方向分量By的磁密波形及磁密幅值，可見，在h = 4.5mm時y方向分量磁密幅值最小，其磁閥結構邊緣處的縱向漏磁最大值與改進前相比降低約69 %。因此，h在O— 5mm范圍內，4.5mm時的X方向分量BjP B yy方向分量的磁密幅值都處于最小值，可以認為h = 4.5mm是最優解。步驟六、檢驗優化結果:比較矩形結構和優化后磁閥飽和的磁密分布和邊緣漏磁場，檢驗優化效果；如圖9所示，比較矩形磁閥結構和改進后h = 4.5mm的磁閥結構飽和時a_b線上的磁密分布，橫坐標代表a-b線的點離a點的距離。可以看出，改進后當磁閥飽和時，漏磁明顯減少；通過參數化設計得到在h = 4.5mm時磁閥邊緣漏磁場的x方向分量BjP y方向分量By都最小，此時橫向漏磁最大值相比矩形結構降低約73%，縱向漏磁最大值降低約69%，可以看出改進后的磁閥結構相比矩形結構邊緣效應得到抑制，磁閥飽和使漏磁明顯減少。本專利技術提供的，主要以220V/600VA單相四柱式磁閥式電抗器為研宄對象，利用低頻電磁場軟件MagNet作為計算工具對電抗器的鐵耗進行分析研宄，繪制出各部位的損耗分布，根據研宄結果，針對磁閥結構飽和時產生的邊緣效應，對矩形磁閥結構進行了優化設計。【主權項】1.一種，其特征在于:其包括按順序執行的下列步驟: 步驟一、繪制磁閥式可控電抗器鐵芯尺寸圖:以_為單位，繪制磁閥式可控電抗器鐵芯的結構平面圖； 步驟二、建立磁閥式可控電抗器中矩形磁閥結構模型:確定矩形磁閥的面積和高度，并在MagNet中建立模型； 步驟三、分析磁閥式可控電抗器各部位的損耗分布，由此得出損耗分布情況，矩形磁閥處的鐵芯損耗較大，損耗主要集中在內柱和邊柱上，連接軛的損耗很小； 步驟四、繪制磁閥式可控電抗器內部磁力線分布圖，分析渦流損耗情況； 步驟五、優化磁閥設計:針對矩形磁閥結構飽和時產生的邊緣效應，對矩形磁閥結構進行優化設計； 步驟六、檢驗優化結果:比較矩形結構和優化后磁閥飽和的磁密分布和邊緣漏磁場，檢驗優化效果。2.根據權利要求1所述的，其特征在于:在步驟二中，所述的建立磁閥式可控電抗器中矩形磁閥結構模型的方法是:針對磁閥式可控電抗器鐵芯，取矩形磁閥面積為鐵芯柱的1/2，磁閥高度6mm，在MagNet中建立矩形磁閥模型，以進行損耗分析。【專利摘要】一種。其包括繪制磁閥式可控電抗器鐵芯尺寸圖；建立磁閥式可控電抗器中矩形磁閥結構模型；分析磁閥式可控電抗器各部位的損耗分布；本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于MagNet有限元的磁閥式可控電抗器結構優化方法，其特征在于：其包括按順序執行的下列步驟：步驟一、繪制磁閥式可控電抗器鐵芯尺寸圖：以mm為單位，繪制磁閥式可控電抗器鐵芯的結構平面圖；步驟二、建立磁閥式可控電抗器中矩形磁閥結構模型：確定矩形磁閥的面積和高度，并在MagNet中建立模型；步驟三、分析磁閥式可控電抗器各部位的損耗分布，由此得出損耗分布情況，矩形磁閥處的鐵芯損耗較大，損耗主要集中在內柱和邊柱上，連接軛的損耗很小；步驟四、繪制磁閥式可控電抗器內部磁力線分布圖，分析渦流損耗情況；步驟五、優化磁閥設計：針對矩形磁閥結構飽和時產生的邊緣效應，對矩形磁閥結構進行優化設計；步驟六、檢驗優化結果：比較矩形結構和優化后磁閥飽和的磁密分布和邊緣漏磁場，檢驗優化效果。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：王夢，方菲，王楠，王兆峰，郭晉芳，昝晶晶，范須露，孔德來，
申請(專利權)人：國家電網公司，國網天津市電力公司，
類型：發明
國別省市：天津;12
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