【摘 要】
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大容量同步调相机是特高压直流输电系统中重要的无功补偿设备,与常规调相机不同,其单机容量大、过载能力强,而且需要在电网出现故障时工作在强过励、强欠励等瞬态工况进行无功调节,导致其核心部件定子换位绕组的环流激增,严重时损坏绝缘。因此,如何准确预估定子换位绕组的环流是大容量同步调相机研发的关键问题,也是定子绕组设计的前提。由于大容量同步调相机的特殊运行特点,导致其定子换位绕组的环流计算需要考虑主磁场、磁
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（51807040）； 中国博士后基金第67批面上资助项目（2020M670883）； 黑龙江省自然科学基金重点项目（ZD2019E008）； 黑龙江省普通本科高等学校青年创新人才培养计划（UNPYSCT-2020179）；
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大容量同步调相机是特高压直流输电系统中重要的无功补偿设备,与常规调相机不同,其单机容量大、过载能力强,而且需要在电网出现故障时工作在强过励、强欠励等瞬态工况进行无功调节,导致其核心部件定子换位绕组的环流激增,严重时损坏绝缘。因此,如何准确预估定子换位绕组的环流是大容量同步调相机研发的关键问题,也是定子绕组设计的前提。由于大容量同步调相机的特殊运行特点,导致其定子换位绕组的环流计算需要考虑主磁场、磁饱和非线性、暂态以及复杂编织换位结构,然而现有基于稳态运行工况的环流计算方法无法实现。因此,本文围绕考虑主磁场、磁饱和非线性与暂态的定子换位绕组环流计算方法与优化方法进行了研究。提出了基于“局部磁场等效”的定子换位绕组瞬态环流的快速计算方法—三维瞬态电磁耦合网络法,给出了局部磁场等效方法、三维瞬态磁网络与三维瞬态电网络模型的建立方法与参数计算方法、以及电磁耦合网络的直接求解方法。该方法将复杂的三维全域非线性瞬态电磁场问题等效为二维非线性瞬态电磁场与三维局域线性瞬态电磁场问题协同处理,不但能够考虑主磁场、磁饱和非线性、暂态的影响,还适用于不同运行工况与不同换位结构。以一台300Mvar同步调相机为例,采用提出的三维瞬态电磁耦合网络法对定子换位绕组的瞬态环流进行了计算分析,并采用有限元与实验相结合的方法对提出的三维瞬态电磁耦合网络法进行了验证,结果表明,该方法能够在保证计算精度的前提下显著提高计算速度。在此基础上,研究了不同换位方式以及不同运行工况下主磁场与磁饱和非线性对定子换位绕组瞬态环流的影响规律。将带精英策略的快速非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）与提出的三维瞬态电磁耦合网络算法结合,提出了以换位角度、空换位的长度与位置为优化变量,以一周期内瞬态电流峰值与环流损耗为优化目标的多变量多目标优化算法,并对300Mvar同步调相机的定子绕组换位结构进行了优化,得到了最优换位角度、最优空换位长度与位置。
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