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串联变压器作为统一潮流控制器(UPFC)的关键设备之一,其网侧绕组串接于交流线路中,阀侧绕组与换流阀相接,在电气结构上实现了换流阀与交流系统的隔离,承担着换流阀与交流系统进行功率交换的作用,其特殊的连接方式与用途决定了串联变压器的电气结构与部分电磁特性将不同于常规变压器。换流阀流入串联变压器阀侧各相绕组中直流分量的大小和方向可能不同,导致串联变压器发生三相不对称直流偏磁的现象,对串联变压器不对称直流偏磁下的电磁特性及其计算方法进行研究,有助于串联变压器的优化设计以及运行维护。本文首先采用时间周期有限元法对直流偏磁下的叠片铁心进行计算分析,结合UPFC中串联变压器的工作特性,提出一种壳式物理结构并建立相应的电磁暂态模型,将时间周期有限元法应用到串联变压器不对称直流偏磁的特性研究中,并提出一些抑制串联变压器不对称直流偏磁的措施。论文的研究成果具有一定的理论意义与工程价值。主要的研究工作如下:(1)基于变压器直流偏磁下电磁场场量周期性时变的特点,以矢量磁位和激磁电流为未知量,将场路耦合的时间周期有限元法引入到变压器直流偏磁的计算中。针对计算中遇到的稳定性问题提出了相应的解决措施,并针对方形叠片铁心进行直流偏磁下的计算与实验,验证算法的有效性。分析了空载以及不同负载情况下叠片铁心受直流偏磁影响的敏感程度。(2)在传统时间周期有限元算法的基础上引入局部收敛的定点技术,大大提高了变压器直流偏磁的计算效率。引入基于损耗函数的改进磁滞模型处理并模拟了叠片铁心直流偏磁下的磁滞特性,将考虑磁滞效应的定点时间周期有限元法应用在变压器直流偏磁的计算分析中,并验证了算法的有效性。(3)基于串联变压器的特殊的接线方式和工作特点,确定了一种适用于UPFC系统中串联变压器的壳式物理结构。考虑其空间几何结构,铁磁材料的非线性饱和特性和涡流效应,采用复数磁导率计算铁心各区域的非线性磁阻,并结合磁路法计算绕组漏感,基于电路与磁路对偶的原理建立了串联变压器的电磁暂态模型。设计并制作一台低压物理模型,进行了相关的稳暂态实验验证。并将所建模型应用于实际串联变压器的暂态合闸分析。(4)针对串联变压器的物理模型进行了不对称直流偏磁下的实验与计算。通过定义串联变压器不对称直流偏磁下励磁电流的平均峰值系数,分析并总结了串联变压器三相不对称直流偏磁情况下励磁电流的变化规律。并对不对称直流偏磁下励磁电流和磁场的谐波特性进行了分析。计算并分析了串联变压器不对称直流偏磁下的无功功率及其变化规律。结合串联变压器不对称直流偏磁的电磁特性,提出了相应的抑制措施。