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| 編輯推薦： |
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特高压设备电磁暂态过程的电大尺寸效应明显，必须考虑设备的宽频特性及换流站复杂导体结构对瞬态电磁波传播的影响。现有宽频建模研究主要针对低电压等级设备，所获得的宽频特性直接外推至特高压等级存在误差；同时假设电磁暂态传播过程满足平行平面波TEM 波条件，无法准确反映换流站实际导体结构对过电压传播的影响，本书通过获取全物理尺寸特高压关键设备宽频特性，提出特高压及其组成系统电磁暂态全波过程的准确计算方法。
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| 內容簡介： |
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电力系统现有暂态过电压监测技术存在频带窄、高频差而带来的监测波形失真问题，适用于特高压设备及其组成系统暂态过电压精确、安全可靠监测的关键是研制高稳定性、宽频带、非接触式暂态过电压传感器。基于共路干涉光学集成过电压技术具有宽频带、全电气绝缘的优点，要实现户外复杂环境中特高压设备暂态过电压准确监测，本书提出了宽频传感器研制、温湿度稳定性提升等系列关键技术。
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| 關於作者： |
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钱海，教授级高级工程师，目前供职于中国南方电网有限责任公司，在重庆大学电气工程学院获得工学学士学位。？主要研究领域为超（特高压）直流输电主设备运行特性分析、故障诊断及智能运维技术。
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| 目錄：
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第1章绪论1
1.1特高压设备电压非接触式光学在线监测方法1
1.2特高压系统宽频数学模型与全波过程电磁暂态仿真方法5
1.2.1变压器、换流变等绕组类设备模型及其建模方法现状5
1.2.2全波过程电磁暂态仿真方法现状7
1.2.3设备绕组电磁暂态数学模型及求解方法8
1.3特高压关键设备电磁暂态电压传播规律与分布特征10
第2章全光学集成暂态电压在线监测方法与系统12
2.1特高压设备电压监测原理及解耦方法12
2.1.1测量原理12
2.1.2解耦方法14
2.2共路干涉全光学集成暂态电压电场传感器15
2.2.1集成共路干涉电场传感器15
2.2.2偶极子天线电极设计16
2.3电压传感器性能的影响规律和稳定性提升17
2.3.1传感器温度稳定性17
2.3.2传感器湿度稳定性18
2.4全光学集成暂态电压在线监测系统20
2.5小结21
第3章特高压关键设备宽频数学模型22
3.1特高压关键设备宽频响应特性试验22
3.2特高压关键设备宽频数学模型及验证26
3.2.1变压器铁芯深度饱和特性表征方法26
3.2.2变压器Preisach动态磁滞模型与高度非线性的一体化表征方法
30
3.3特高压设备绕组电磁暂态数学模型及求解方法36
3.3.1绕组电磁暂态数学模型36
3.3.2硅钢片磁特性测量39
3.3.3绕组数学模型求解方法研究45
3.4小结53
第4章特高压系统电磁暂态全波仿真方法54
4.1特高压直流输电系统电磁暂态时间尺度分析54
4.2特高压直流输电系统缓波前电磁暂态建模55
4.2.1阀控系统55
4.2.2极控系统57
4.2.3典型故障工况与调试波形的对比69
4.2.4特高压直流线路缓波前电压产生机制71
4.2.5直流线路电压的影响因素75
4.3特高压直流系统快波前电磁暂态建模76
4.3.1特高压换流站多导体系统FDTD三维建模方法76
4.3.2特高压换流站交流侧换流变端口雷电侵入波特性仿真研究95
4.4小结100
第5章特高压设备电压传播规律与分布特征101
5.1特高压设备电压在线监测及特征参量提取101
5.2特高压设备端口电压特征及时空分布规律105
5.3特高压换流变压器内部电压特征及时空分布规律107
5.4小结110
参考文献111
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| 內容試閱：
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特高压设备及其组成系统宽频电磁暂态特性前言前言本书是在国家重点研发项目特高压设备安全运行与风险评估方法子课题特高压设备及其组成系统宽频电磁暂态特性（课题编号2017YFB0902701）的支撑下编写而成的。该课题主要任务是研究基于共路干涉的全光学集成非接触式电压智能监测传感器，建立全物理尺寸特高压关键设备的电磁暂态宽频模型，研究系统级电磁暂态全波过程仿真方法，分析特高压设备及其组成系统电压传播规律，构建面向电压暂态行为的实时感知系统并获得各关键设备入口和内部的电压行为特征，为特高压设备内外绝缘设计和风险评估提供有力的数据支撑。在基于共路干涉的全光学集成暂态电压监测方法方面，提出了特高压设备及其组成系统电磁暂态电压监测原理及解耦方法，提出了基于共路干涉的全光学集成暂态电压传感器及结构优化设计方案，实现了光学偏置点可控、静态工作点稳定、尺寸小的高精度测量。采用单波导结构、镀膜工艺、双光路补偿等手段，将传感器的温度由0.68 ℃降为0.2 ℃，解决了传感器静态工作点因温度变化而跳变的问题。同时，揭示了表面水膜是高湿度下传感器性能劣化的原因，采用陶瓷及玻璃钢作为传感器的管壳材料，使其在90%湿度范围内特性不受影响，提升了湿度稳定性。研发了全光学集成暂态电压监测系统，该系统在800 kV滇西北工程调试期间对电压数据进行了实测，获取了300余组测量数据，所测数据与接触式测量数据具有较高吻合度，误差小于5%。在特高压关键设备及其组成系统宽频数学模型与全波过程电磁暂态仿真方法方面，建立了能够覆盖主要电压频带的宽频宽幅变压器电磁暂态模型。采用了基于散射参数的黑盒建模方法，建立了换流变的宽频等效集中参数电路模型，该方法通过矢量匹配法对电压传输函数的频域响应进行了矢量拟合，进而得到其有理函数表达式，后由无源电路综合的方法得到了换流变宽频等效电路模型。提出了针对变压器等带铁芯的绕组类设备的铁芯深度饱和磁化曲线的现场测试方法和励磁曲线在各端口的分配方法，提出的测试方法仅需用小功率电源激励，大幅提高了变压器等绕组类设备的非线性模拟能力。提出了基于有限元法的绕组等效电路中的电容和电感以及单元间互感参数的计算方法。利用MATLAB对等值电路数学模型进行时频域求解，得到变压器绕组各节点处在电磁暂态下的波过程及电磁振荡过程中的电位分布情况和大梯度电压分布规律，并与ATP标准波形的计算结果进行对比分析，揭示了绕组间互感对电位分布的影响特性。搭建了基于MACH2实际直流输电工程用全套极控和阀控制系统的特高压直流输电系统缓波前电磁暂态仿真模型，解决了经典GIGRE Benchmark模型无法准确计算实际特高压直流输电系统缓波前电压的问题。基于该模型仿真了800 kV晋北南京特高压直流工程启动、停运和人工接地短路等典型工况下的电压与电流波形，仿真结果与实测波形有较高的吻合度，误差均小于5%。基于时域有限差分（FDTD）法的原理，建立了特高压直流输电线路多导体系统雷电冲击响应的FDTD数值仿真计算模型，解决了传统分析方法无法准确计算特高压设备及其组成系统雷电侵入波电压的问题，实现了全场域空间瞬态电磁场的时域耦合求解。开展了垂直导体纳秒级电磁瞬态响应特性试验，模型仿真结果与试验实测结果基本吻合（误差小于5%），验证了该模型的准确性。在特高压关键设备及其组成系统电磁暂态电压传播规律与分布特征方面，提出了无监督局部特征自提取学习方法，搭建了有监督实测电压全局特征自提取与分类识别框架。在无人工设计特征参量下，对真实电压与错误波形完成特征提取，效果良好。建立了电压预清洗与完全清洗模式，清洗准确率显著提高至95.56％，清洗错误率有效降至0.23％。提出的框架在无人工设计特征参量下对实测电压测试数据集能高效、准确分类。提出一种带抽头的小型变压器设计方案。在对首端施加1.250 s脉冲电压波下，原型、小模型变压器节点电压包络线相同，且振荡频率符合线性缩比准则，验证了小尺度变压器模型的有效性。编者
2020年10月
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