考虑支撑结构影响的环形气芯电抗器高效参数优化设计方法

《IEEE Access》：An Efficient Parameter Optimization Design Method for Toroidal Air-Core Reactors Considering Support Structure Effects

　　

摘要：

干式空气芯电抗器凭借其优异线性度、结构简洁可靠等优势，被广泛应用于电力系统中。目前，柱式结构为主流配置。然而，传统柱式结构在正常运行中存在漏磁问题，使得在以紧凑空间布局为优先的应用场景——如柔性直流换流站和城网变电站——中难以实现占地面积与性能之间的理想平衡。环形空气芯电抗器能够将磁场约束在其内部体积内，是减小所需占地面积的有效途径。本文旨在研究适用于实际运行条件的环形空气芯电抗器参数优化设计方法。首先，基于电流分配与漏磁通考虑，确定了环形空气芯电抗器的基本结构，提出了支撑结构方案，并验证其可靠性。其次，结合实际运行条件，研究了浇注封装外壳及支撑/固定结构对散热的影响，推导了温度分布特征。第三，基于该温度分布特征并结合对流换热原理，拟合并提出了适用于环形空气芯电抗器实际工况下的温升经验公式改进式。进一步地，引入基于非支配排序差分进化（NSDE）算法的高效参数设计方法，结合数值计算方程进行求解。最后，基于算法获得的参数，制造了规格为40A、7.5mH、温升70°C的样机。样机的实测结果与设计值接近，验证了设计方法的合理性……

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