變壓器類(lèi)設(shè)備是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中發(fā)、輸、變、配、用全部環(huán)節(jié)中*重要的電氣設(shè)備,在軌道交通、電動(dòng)汽車(chē)、全電艦船、多電飛機(jī)等前沿裝備與系統(tǒng)中也占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。靈活多變的運(yùn)行場(chǎng)景導(dǎo)致變壓器類(lèi)設(shè)備需承受復(fù)雜的電磁暫態(tài)應(yīng)力,對(duì)其安全穩(wěn)定運(yùn)行造成極大挑戰(zhàn)。建立**表征變壓器類(lèi)設(shè)備電磁暫態(tài)特征的物理模型,實(shí)現(xiàn)變壓器類(lèi)設(shè)備在復(fù)雜電磁激勵(lì)下的準(zhǔn)確模擬,對(duì)變壓器類(lèi)設(shè)備的電磁暫態(tài)分析、趨勢(shì)預(yù)測(cè)、主動(dòng)預(yù)警、事故溯源、電磁暫態(tài)防護(hù)和可靠運(yùn)行等具有重要意義。變壓器類(lèi)設(shè)備的物理本質(zhì)是電場(chǎng)、磁場(chǎng)、物質(zhì)間的相互作用,使變壓器表現(xiàn)出鐵芯非線性和頻率依賴(lài)特性等復(fù)雜電磁特性,而現(xiàn)有變壓器電磁暫態(tài)模型無(wú)法對(duì)其進(jìn)行完整、精準(zhǔn)地表征,從而難以準(zhǔn)確地模擬變壓器類(lèi)設(shè)備在寬頻帶寬幅值激勵(lì)下的電磁暫態(tài)過(guò)程與復(fù)雜特性。因此,本文以構(gòu)建能夠表征寬頻帶寬幅值激勵(lì)下變壓器類(lèi)設(shè)備電磁暫態(tài)特性的變壓器模型為目標(biāo);從變壓器鐵芯磁化動(dòng)力學(xué)特性出發(fā),建立考慮鐵芯磁化損耗特性的動(dòng)態(tài)磁滯模型,并提出表征變壓器鐵芯復(fù)雜時(shí)空非線性的復(fù)合勵(lì)磁支路,建立計(jì)及鐵芯動(dòng)態(tài)磁滯和深度飽和的變壓器電磁對(duì)偶模型;然后針對(duì)頻率依賴(lài)特性的表征,提出變壓器寬頻導(dǎo)納模型的電路實(shí)現(xiàn)方法,并與電磁對(duì)偶模型耦合建立變壓器寬頻非線性耦合模型;然后對(duì)耦合模型的動(dòng)態(tài)磁化特性、非線性和頻率依賴(lài)特性的準(zhǔn)確表征能力進(jìn)行驗(yàn)證,并與典型變壓器電磁暫態(tài)模型進(jìn)行對(duì)比分析。論文的主要研究工作及重要成果如下:（1）提出考慮鐵芯磁化損耗特性的動(dòng)態(tài)Preisach磁滯模型及其參數(shù)辨識(shí)方法。通過(guò)搭建變壓器鐵芯磁化動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)平臺(tái),研究變壓器鐵芯磁化動(dòng)力學(xué)過(guò)程與特性;以Preisach磁滯模型的基本原理及其關(guān)鍵參數(shù)辨識(shí)方法為基礎(chǔ),提出一種面向Preisach分布函數(shù)辨識(shí)的改進(jìn)型中心回線辨識(shí)法,解決現(xiàn)有方法辨識(shí)效率與準(zhǔn)確度的矛盾;提出了以磁鏈-電流表征的ψ-i型Preisach磁滯逆模型,并結(jié)合鐵芯磁化過(guò)程中的渦流損耗和剩余損耗,建立了動(dòng)態(tài)Preisach磁滯模型。（2）構(gòu)建計(jì)及鐵芯動(dòng)態(tài)磁滯特性與深度飽和特性的變壓器電磁對(duì)偶模型。從電磁對(duì)偶基本原理出發(fā),推導(dǎo)單相雙繞組變壓器的電磁對(duì)偶模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),提出通過(guò)動(dòng)態(tài)Preisach磁滯模型和深度飽和單值曲線表征模型勵(lì)磁支路的方法,解決鐵芯復(fù)雜時(shí)空非線性特性表征的難題;提出變壓器鐵芯的深度飽和電感與深度飽和段勵(lì)磁曲線數(shù)據(jù)的測(cè)量與計(jì)算方法;構(gòu)建了計(jì)及鐵芯動(dòng)態(tài)磁滯特性與深度飽和特性的變壓器電磁對(duì)偶模型,并提出模型在ATP-EMTP中的實(shí)現(xiàn)方法。（3）建立同時(shí)表征鐵芯非線性和頻率依賴(lài)特性的變壓器寬頻非線性耦合模型。通過(guò)二端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)矩陣推導(dǎo)變壓器的寬頻導(dǎo)納模型,并由矢量匹配法獲取寬頻導(dǎo)納的頻域表達(dá)式;通過(guò)推導(dǎo)寬頻導(dǎo)納的離散狀態(tài)空間方程,在ATP-EMTP中建立了變壓器寬頻導(dǎo)納模型的等效電路,并對(duì)電路進(jìn)行穩(wěn)定性修正,構(gòu)建以諾頓電流源與物理Cauer電路混合表征的變壓器寬頻導(dǎo)納電路模型;通過(guò)融合無(wú)損補(bǔ)償技術(shù)的互補(bǔ)型雙濾波器實(shí)現(xiàn)變壓器寬頻導(dǎo)納模型與電磁對(duì)偶模型的數(shù)學(xué)耦合,建立了變壓器寬頻非線性耦合模型,可同時(shí)表征變壓器鐵芯非線性和頻率依賴(lài)特性。（4）驗(yàn)證變壓器寬頻非線性耦合模型的準(zhǔn)確性和有效性。以單相試驗(yàn)變壓器為對(duì)象進(jìn)行參數(shù)辨識(shí),并在ATP-EMTP中構(gòu)建變壓器寬頻非線性耦合模型;通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的動(dòng)態(tài)磁化特性表征性能,證明了變壓器寬頻非線性耦合模型的非線性特性和頻率依賴(lài)特性的精準(zhǔn)表征能力;然后將變壓器寬頻非線性耦合模型與典型變壓器電磁暫態(tài)模型進(jìn)行對(duì)比研究,進(jìn)一步驗(yàn)證所提出的變壓器模型具有模擬勵(lì)磁涌流、雷電沖擊響應(yīng)和鐵磁諧振等復(fù)雜電磁暫態(tài)的能力。研究結(jié)果表明:所提出的變壓器寬頻非線性耦合模型可以準(zhǔn)確地模擬變壓器鐵芯的動(dòng)態(tài)磁化過(guò)程,具有同時(shí)準(zhǔn)確表征變壓器非線性特性和頻率依賴(lài)特性的能力,可實(shí)現(xiàn)變壓器類(lèi)設(shè)備在寬頻帶寬幅值激勵(lì)下電磁暫態(tài)響應(yīng)過(guò)程的精準(zhǔn)模擬,滿足變壓器類(lèi)裝備在多場(chǎng)景復(fù)雜電磁激勵(lì)下電磁暫態(tài)特性分析的要求,為實(shí)現(xiàn)變壓器類(lèi)設(shè)備及其系統(tǒng)的狀態(tài)預(yù)估與可靠運(yùn)行等提供基礎(chǔ)支撐。