一種基于eic原理的三相三柱變壓器建模方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于EIC原理的三相三柱變壓器建模方法，基于三相三柱變壓器鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變壓器參數(shù)，建立對(duì)應(yīng)的電路模型與微分磁路模型，推導(dǎo)出微分電感矩陣，建立三相三柱變壓器組電路模型，并根據(jù)數(shù)值算法，求解變壓器微分電路方程組，求取目標(biāo)變量，建立了一種準(zhǔn)確、實(shí)用的變壓器時(shí)域仿真模型。根據(jù)本發(fā)明提出的三相三柱式變壓器模型，可用于準(zhǔn)確計(jì)算變壓器低頻暫態(tài)和電能質(zhì)量問題研究，可靠評(píng)估變壓器耐受直流偏磁能力及確定有效合理的治理措施提供依據(jù)，為電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和設(shè)備選型提供依據(jù)。
【專利說明】-種基于Eic原理的H相H柱變壓器建模方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及變壓器建模方法【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于EIC原理的H相H柱變 壓器建模方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，電磁暫態(tài)仿真軟件中關(guān)于變壓器的建模還不太成熟，在建立H相H柱變壓 器模型的過程中，通常會(huì)遇到一些比較復(fù)雜的問題，例如鐵芯結(jié)構(gòu)的多樣性、參數(shù)的非線性 和頻變特性，W及許多需要準(zhǔn)確表示的物理量，如繞組間的自感和互感、漏磁通、集膚效應(yīng)、 繞組臨近效應(yīng)、鐵也飽和、鐵芯磁滯和潤(rùn)流損耗、電容效應(yīng)等。為了研究電力系統(tǒng)的低頻暫 態(tài)和電能質(zhì)量問題，需要建立合適準(zhǔn)確的電力系統(tǒng)元件模型。就變壓器而言，提出的各種各 樣的時(shí)域模型可W被分為W下幾類；（1) EMTP/ATP軟件中提供的變壓器模型。該些模型不 能靈活考慮所有可能的鐵也拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和鐵也非線性，而且可能出現(xiàn)數(shù)值不穩(wěn)定性；（2)基 于電路和磁路對(duì)偶原理的變壓器模型。鐵也的磁路被轉(zhuǎn)化為等效電路，可W考慮繞組連接 形式。只使用一個(gè)電路即可表示整個(gè)變壓器的電磁行為是該種模型的優(yōu)勢(shì)，但由于對(duì)偶性 理論只適用于具有平面磁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變壓器，故存在較大局限性；（3)用一組微分方程和 代數(shù)方程組合來表示。此模型可W考慮繞組連接形式，鐵也拓?fù)浜丸F也非線性。該種方法 之間的不同主要是磁方程推導(dǎo)方式的不同；（4)基于H維分析的變壓器模型。該種模型適 用于變壓器設(shè)計(jì)，但是非常費(fèi)時(shí)，不適合電力系統(tǒng)低頻暫態(tài)分析。
[0003] 當(dāng)前，特高壓交直流輸電在我國(guó)正獲得大規(guī)模規(guī)劃建設(shè)，高壓直流輸電在遠(yuǎn)距離、 大容量輸電和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方面具有明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，正發(fā)揮著越來越重要的作用。然 而，當(dāng)高壓直流輸電采用單極大地回路運(yùn)行方式時(shí)，強(qiáng)大的入地直流會(huì)引起變壓器直流偏 磁，嚴(yán)重威脅交直流混聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。建立能夠準(zhǔn)確模擬直流偏磁時(shí)變壓器電磁 特性的模型是究的重要方向，該關(guān)系到能否準(zhǔn)確研究直流電流對(duì)變壓器運(yùn)行特性帶來的影 響，也關(guān)系到能否合理評(píng)估直流偏磁對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響，W及能否正確選擇合理的直 流偏磁抑制措施。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)枮?01310725265. 3的發(fā)明涉及一種直流偏磁試驗(yàn)用變壓器模型，屬于變 壓器【技術(shù)領(lǐng)域】。技術(shù)方案是；為單相雙繞組無勵(lì)磁調(diào)壓變壓器，鐵也為H柱式，包含鐵也 (22)、高壓繞組（23)、低壓繞組（24)和油箱（25)，高壓繞組與低壓繞組同也套裝于鐵也上； 變壓器油箱中設(shè)有一個(gè)單相H柱式變壓器器身，其鐵輛為方形，器身從鐵也柱起從內(nèi)向外 的繞組排列順序?yàn)榈蛪豪@組、高壓繞組，高壓側(cè)無勵(lì)磁調(diào)壓；高壓繞組設(shè)有調(diào)壓繞組，調(diào)壓 繞組位于高壓繞組內(nèi)，且調(diào)壓方式為粗調(diào)細(xì)調(diào)相結(jié)合。本發(fā)明的有益效果是；利用該模型可 W在工廠內(nèi)模擬大容量單相雙繞組變壓器在空載和負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)下，完成直流偏磁對(duì)變壓 器的影響實(shí)驗(yàn)。
[0005] 申請(qǐng)?zhí)枮?01310219233. 6的發(fā)明公開了一種220KV變壓器的H維模型系統(tǒng)，涉及 220KV變壓器H維仿真【技術(shù)領(lǐng)域】。該系統(tǒng)利用建模軟件，W零件級(jí)為單位，根據(jù)設(shè)備的裝配 關(guān)系添加幾何約束進(jìn)行裝配，最終生成一套220KV變壓器H維虛擬模型；模型建設(shè)好后，將 其導(dǎo)入到仿真平臺(tái)中，仿真平臺(tái)包含模型引擎、數(shù)據(jù)引擎、聲音引擎、腳本引擎W及邏輯引 擎；模型引擎將在建模軟件中建好的模型導(dǎo)入進(jìn)來，之后使用邏輯引擎給模型添加數(shù)學(xué)邏 輯關(guān)系和幾何約束條件，按照標(biāo)準(zhǔn)的變壓器拆裝步驟和檢修流程，對(duì)變壓器模型進(jìn)行交互 動(dòng)畫制作，同時(shí)，程序員也能夠使用聲音引擎和腳本引擎給仿真系統(tǒng)添加語音和演示動(dòng)畫。 優(yōu)點(diǎn)：大大提高教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也減少對(duì)實(shí)物設(shè)備的損耗。然而，上述模型對(duì)于H相H柱變 壓器而言，適用性不強(qiáng)，且建模過程比較復(fù)雜，精度不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種H相H柱變壓器模型，基于等效微分磁路原理，用W解 決現(xiàn)有模型過于復(fù)雜或精度不高的問題，為準(zhǔn)確計(jì)算變壓器低頻暫態(tài)、研究電能質(zhì)量問題、 可靠評(píng)估變壓器耐受直流偏磁能力，進(jìn)而確定有效合理的治理措施提供依據(jù)。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案是；一種基于EIC原理的H相H柱變壓器建模方 法，包括如下步驟： 1) 根據(jù)H相H柱變壓器鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變壓器參數(shù)，建立對(duì)應(yīng)的電路模型； 2) 根據(jù)變壓器微分磁路原理，確定微分參數(shù)關(guān)系，建立變壓器微分磁路模型； 3) 根據(jù)微分磁路模型，推導(dǎo)出鐵芯微分磁通與回路微分磁通關(guān)系式、微分磁鏈與回路 微分磁通關(guān)系式； 4) 根據(jù)電路模型與磁路模型，推導(dǎo)出微分電感矩陣； 5) 根據(jù)H相H柱變壓器繞組聯(lián)接形式，建立H相H柱變壓器組電路模型； 6 )根據(jù)數(shù)值算法，求解變壓器微分電路方程組，求取目標(biāo)變量； 7)通過計(jì)算并仿真H相H柱式變壓器模型投切時(shí)的勵(lì)磁涌流，驗(yàn)證所推導(dǎo)模型的可信 性和有效性。
[0008] 所述變壓器參數(shù)包括鐵也截面積，鐵也長(zhǎng)度，原、副邊繞組面數(shù)，原、副邊繞組電 流，鐵也磁通量，原、副邊繞組電阻，鐵芯潤(rùn)流損耗電阻，原、副邊繞組電感；所述鐵芯潤(rùn)流損 耗電阻由一個(gè)與原邊繞組并聯(lián)的非線性電阻等效。
[0009] 所述微分參數(shù)關(guān)系包括變壓器支路磁壓、支路磁通、磁動(dòng)勢(shì)的變化率關(guān)系。
[0010] 所述微分電感矩陣包括原邊端電壓矩陣W及原、副邊繞組的電阻、電感、電流矩 陣。
[0011] 所述數(shù)值算法包括有限差分法或時(shí)域有限差分法，通過Matl油軟件將微分方程 轉(zhuǎn)換為數(shù)字迭代的代數(shù)方程；所述目標(biāo)參數(shù)包括變壓器在正常工況W及直流偏磁時(shí)的勵(lì)磁 電流參數(shù)、磁密參數(shù)、磁場(chǎng)強(qiáng)度參數(shù)。
[0012] 本發(fā)明的方法在對(duì)H相H柱變壓器建模時(shí)，綜合考慮了鐵芯磁滯效應(yīng)、潤(rùn)輪效應(yīng)、 鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、漏磁通、鐵芯飽和等關(guān)鍵要素，基于EIC原理，即等效微分電(磁)路原理構(gòu)建 變壓器電磁禪合方程，基于Jiles-Atherton模型或單值磁化曲線表征鐵芯磁化特性，基于 Bedotti理論準(zhǔn)確計(jì)算鐵芯潤(rùn)流損耗，建立了一種準(zhǔn)確、實(shí)用的變壓器時(shí)域仿真模型。根據(jù) 本發(fā)明提出的H相H柱式變壓器模型，可用于準(zhǔn)確計(jì)算變壓器低頻暫態(tài)和電能質(zhì)量問題研 究，可靠評(píng)估變壓器耐受直流偏磁能力及確定有效合理的治理措施提供依據(jù)，為電力系統(tǒng) 規(guī)劃設(shè)計(jì)和設(shè)備選型提供依據(jù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明： 圖1為本發(fā)明H相H柱芯式變壓器建模方法流程圖。
[0014] 圖2為變壓器鐵芯疊片示意圖。
[0015] 圖3為變壓器鐵芯等效磁支路。
[0016] 圖4為芯式變壓器鐵芯原始磁路模型。
[0017] 圖5為芯式變壓器鐵芯等效磁路模型。
[0018] 圖6為H相H柱雙繞組芯式變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖7為變壓器鐵芯磁支路示意圖。
[0020] 圖8為變壓器鐵芯集總參數(shù)等效磁支路示意圖。
[0021] 圖9為變壓器鐵芯微分等效磁支路示意圖。
[0022] 圖10為H相H柱雙繞組芯式變壓器微分磁路模型。
[0023] 圖11為Y/Y聯(lián)接變壓器等效電路。
[0024] 圖12為H相H柱變壓器A相勵(lì)磁涌流仿真圖。
[0025] 圖13為H相H柱變壓器B相勵(lì)磁涌流仿真圖。
[0026] 圖14為H相H柱變壓器C相勵(lì)磁涌流仿真圖。
[0027] 圖15為H相H柱變壓器中性線勵(lì)磁涌流仿真圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] -種基于EIC原理的H相H柱變壓器建模方法，其各步驟具體分析與關(guān)系式求解 如下： 1.基于H相H柱變壓器鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變壓器參數(shù)，建立對(duì)應(yīng)的電路模型； (1)非線性電阻表征變壓器鐵芯潤(rùn)流損耗 變壓器鐵芯磁通不斷變化，變化的磁場(chǎng)將在鐵芯中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，該些電流 在鐵也內(nèi)部環(huán)繞磁通呈潤(rùn)流狀流動(dòng)，稱為潤(rùn)流。圖2為鐵芯疊片示意圖，鐵芯疊片長(zhǎng)度為 ^，厚度為d，截面積為為疊片寬度，0為電導(dǎo)率，flp為磁感應(yīng)強(qiáng)度。
[0029] 根據(jù)Bedotti理論，芯式變壓器鐵芯瞬時(shí)功率損耗為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于EIC原理的三相三柱變壓器建模方法，其特征在于：包括如下步驟： 根據(jù)三相三柱變壓器鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變壓器參數(shù)，建立對(duì)應(yīng)的電路模型； 根據(jù)變壓器微分磁路原理，確定微分參數(shù)關(guān)系，建立變壓器微分磁路模型； 根據(jù)微分磁路模型，推導(dǎo)出鐵芯微分磁通與回路微分磁通關(guān)系式、微分磁鏈與回路微 分磁通關(guān)系式； 根據(jù)電路模型與磁路模型，推導(dǎo)出微分電感矩陣； 根據(jù)三相三柱變壓器繞組聯(lián)接形式，建立三相三柱變壓器組電路模型； 根據(jù)數(shù)值算法，求解變壓器微分電路方程組，求取目標(biāo)變量； 通過計(jì)算并仿真三相三柱式變壓器模型投切時(shí)的勵(lì)磁涌流，驗(yàn)證所推導(dǎo)模型的可信性 和有效性。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于EIC原理的三相三柱變壓器建模方法，其特征在于：所述 變壓器參數(shù)包括鐵心截面積，鐵心長(zhǎng)度，原、副邊繞組匝數(shù)，原、副邊繞組電流，鐵心磁通量， 原、副邊繞組電阻，鐵芯渦流損耗電阻，原、副邊繞組電感；所述鐵芯渦流損耗電阻由一個(gè)與 原邊繞組并聯(lián)的非線性電阻等效。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于EIC原理的三相三柱變壓器建模方法，其特征在于：所述 微分參數(shù)關(guān)系包括變壓器支路磁壓、支路磁通、磁動(dòng)勢(shì)的變化率關(guān)系。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于EIC原理的三相三柱變壓器建模方法，其特征在于：所述 微分電感矩陣包括原邊端電壓矩陣以及原、副邊繞組的電阻、電感、電流矩陣。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于EIC原理的三相三柱變壓器建模方法，其特征在于：所述 數(shù)值算法包括有限差分法或時(shí)域有限差分法，通過Matlab軟件將微分方程轉(zhuǎn)換為數(shù)字迭 代的代數(shù)方程；所述目標(biāo)參數(shù)包括變壓器在正常工況以及直流偏磁時(shí)的勵(lì)磁電流參數(shù)、磁 密參數(shù)、磁場(chǎng)強(qiáng)度參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104331544SQ201410554774
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月20日
【發(fā)明者】李文峰, 白宏坤, 劉永民, 王江波, 李虎軍, 楊萌 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院