CN102611125A - 不对称参数三相三绕组变压器仿真模型及计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不对称参数三相三绕组变压器仿真模型及计算方法，仿真模型包括三个独立的三绕组变压器，每个三绕组变压器包括三条支路阻抗以及并联导纳。仿真模型通过分别独立填写每相变压器的参数来表示变压器三相参数的不对称性，用于计算由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。仿真计算方法包括以下步骤：电磁暂态模式下，单相浮点变压器模型和集中参数元件全相输入；对照三相三绕组变压器模型，等值电路中所有的支路采用集中参数元件全相输入；进行三相潮流计算，得出三相不平衡潮流。本发明能够计算含不对称参数三相三绕组变压器的电力系统的不平衡稳态潮流，可以比较准确地计算出由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。

Description

不对称参数三相三绕组变压器仿真模型及计算方法
技术领域
本发明涉及电力系统稳态潮流的变压器仿真模型及计算领域，特别涉及一种不对称参数三相三绕组变压器仿真模型和计算方法。
在研究和分析变压器三相参数不对称而导致系统三相潮流（包括三相电压和三相电流）不平衡，需要建立通用的可用于三相不平衡潮流计算的三相三绕组变压器模型和算法。本发明为含不对称参数三相三绕组变压器的电力系统稳态潮流计算提供了一种新的不对称三相三绕组变压器仿真模型和计算方法。
背景技术
目前，在电力系统中，发电机、变压器、输电线、并联电抗器和并联电容器等元件的参数一般都是三相对称的，因此在计算电力系统的潮流分布时，通常都是按照单相潮流来计算。目前许多常用的电力系统计算程序，如BPA程序、PSS/E程序等都无法进行三相不平衡潮流分析计算。对于电力系统三相不对称潮流计算的研究目前主要还是集中在不对称负荷。
少数几个可以进行三相不对称潮流计算的电力系统计算程序都具有一定的局限性，都无法计算由于变压器三相参数不对称而导致的系统三相潮流不平衡。例如采用德国西门子公司开发的NETOMAC程序来进行三相不平衡潮流计算，虽然可以计算输电线、并联电抗器和并联电容器元件参数三相不对称情况下的三相不平衡潮流分布，但是无法计算由于变压器三相参数不对称而导致的系统三相潮流不平衡。因此在实际计算中，只能近似认为变压器三相参数是对称的。这种近似算法具有一定的局限性，例如不能用于变压器备用适用性研究，该研究要考虑变压器三相参数不对称。
通常，三绕组变压器的每相有三个绕组，当一个绕组接到交流电源后，另外两个绕组就感应出不同的电势，这种变压器用于需要两种不同电压等级的负载。发电厂和变电所通常出现三种不同等级的电压，所以三绕组变压器在电力系统中应用比较广泛。每相的高中低压绕组均套于同一铁心柱上。为了绝缘使用合理，通常把高压绕组放在最外层，中压和低压绕组放在内层。
当发电厂需要用两种不同电压向电力系统或用户供电时，或当变电站需要连接几级不同电压的电力系统时，通常采用三绕组变压器。三绕组变压器有高压、中压、低压三个绕组，每相的三个绕组套在一个铁心柱上，为了便于绝缘，高压绕组通常都置于最外层。升压变压器的低压绕组放在高、中压绕组之间，这样布置的目的是使漏磁场分布均匀，漏抗分布合理，不致因低压和高压绕组相距太远而造成漏磁通增大以及附加损耗增加，从而保证有较好的电压调整率和运行性能。降压变压器主要从便于绝缘考虑，将中压绕组放在高压、低压绕组之间。
三绕组变压器负载运行时，主磁通同时与三个绕组的磁通相交链，由三个绕组的磁势（电流与匝数和乘积）共同产生，因此，负载时的磁势平衡方程式为三个绕组的磁势之相量和等于励磁磁势相量（即空载电流与一次绕组匝数的乘积），将副边折算到原边后，变为三侧电流之相量和等于空载电流相量。忽略空载电流，变为三侧电流之相量和等于零。
三绕组变压器中，凡不同时与三个绕组相链的磁通都是漏磁通，其中仅与一个绕组相链而不与其它两个绕组相链的磁通称为自漏磁通；仅与两个绕组相链而不与第三个绕组相链的磁通，称为互漏磁通。每一个绕组的漏磁压降，都受到另外两个绕组的影响，因此，三绕组变压器的漏电抗与双绕组变压器的漏电抗含义不同。为建立电压平衡方程式和等值电路，引入了等值电抗的概念，高、中、低压绕组的等值电抗包含各自绕组的自感电抗和绕组之间的互感电抗，与各绕组等值电抗相应的还有各自的等值阻抗，且均为折算到一次侧的数值。
仿照双绕组变压器的分析方法，列出电势平衡方程式，即：
一次侧电压相量等于一次电流在一次等值阻抗上的压降相量和二次电流折算值在二次等值阻抗上的负压降相量，以及二次绕组端电压负相量之和；也等于一次电流在一次等值阻抗上的压降相量和三次电流折算值在三次等值阻抗上的负压降相量，以及三次绕组端电压负相量之和。
由磁势平衡方程式和电压平衡方程式可作出三绕组变压器的简化等值电路，它由二、三次等值阻抗并联，再和一次等值阻抗串联组成。两个副绕组负载电流互相影响，当任一副绕组的电流变化时，不仅影响本侧端电压，而且另一副绕组的端电压也会随着变化。因为原边电流由两个副边电流决定，原边阻抗压降同时受到两个副边电流的影响，而原边电流在原边等值阻抗上的压降，直接影响副边电压。为了减小两个副边之间的相互影响，应尽力减小原边等值阻抗。
三绕组变压器的短路试验要分别做三次，即高中压、高低压、中低压，不论做哪两侧之间的短路试验，都是将无关侧开路，相关侧一侧加压，另一侧短路。
然后根据三个试验所得值，由公式可算出每个绕组的折算到一次侧的等值阻抗值。
公式的语言描述如下：
某一侧的等值阻抗等于与该侧有关的两个试验所得值之和，减去与该侧无关的试验所得值，得数除二。
如一次侧的等值阻抗等于一、二次间的试验所得值加上一、三次间的试验所得值，减去二、三次间的试验所得值，得数再除二。
由此可知，要减小一次侧的等值阻抗，就必须减小一、二次间的等值阻抗和一、三次间的等值阻抗，增大二、三次间的等值阻抗值，升压变压器之所以将低压绕组放在中间，就是为了使原边具有较小的等值阻抗。
三绕组变压器高压绕组和低压绕组的线端标志与双绕组变压器相同，中压绕组的首、末端下标换成了m。
有鉴于此，寻求一种不对称参数三相三绕组变压器仿真模型及计算方法成为该领域技术人员的追求目标。
发明内容
本发明的任务是提供一种不对称参数三相三绕组变压器仿真模型及计算方法，它解决了上述现有技术所存在的问题，其目的在于计算含不对称参数三相三绕组变压器的电力系统的不平衡稳态潮流，可以比较准确地计算出由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。
本发明的技术解决方案如下：
一种不对称参数三相三绕组变压器仿真模型，包括三个独立的三绕组变压器，每个三绕组变压器包括三条支路阻抗以及并联导纳；
所述三条支路阻抗分别代表各自绕组的等值电阻和等值漏抗；
所述并联导纳代表变压器励磁回路；
所述变压器仿真模型通过分别独立填写每相变压器的参数来表示变压器三相参数的不对称性，用于计算由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。
一种不对称参数三相三绕组变压器仿真计算方法，包括以下步骤：
（1）电磁暂态模式下，单相浮点变压器模型和集中参数元件全相输入；
（2）对照三相三绕组变压器模型，三相三绕组变压器等值电路中所有的支路采用集中参数元件全相输入；
（3）进行三相潮流计算，得出三相不平衡潮流。
所述步骤（1）中，利用NETOMAC程序提供的单相浮点变压器模型和集中参数元件全相输入功能。
所述步骤（2）中所有变压器为单相浮点变压器模型。
所述所有变压器的数量为六个。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，本发明的不对称参数三相三绕组变压器仿真模型及计算方法能够计算含不对称参数三相三绕组变压器的电力系统的不平衡稳态潮流，可以比较准确地计算出由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。特别地，本发明可以用于变压器备用变适用性研究。
附图说明
图1为本发明的一种不对称参数三相三绕组变压器仿真模型的电路原理图。
图2为本发明的一种不对称参数三相三绕组变压器仿真计算方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
参看图1，本发明提供一种不对称参数三相三绕组变压器仿真模型，包括了三个独立的三绕组变压器，每个三绕组变压器包括三条支路阻抗以及并联导纳。三条支路阻抗分别代表各自绕组的等值电阻和等值漏抗。并联导纳代表变压器励磁回路。
该变压器仿真模型通过分别独立填写每相变压器的参数来表示变压器三相参数的不对称性，用于计算由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。
图1中的（a）、（b）和（c）分别为A相、B相和C相三绕组变压器等值电路。每相变压器等值电路图中星形部分三条支路阻抗（ZT1、ZT2、ZT3）分别代表三个绕组的等值电阻和等值漏抗，并联导纳（GT和BT）代表变压器励磁回路。
参看图2，本发明还提供了一种不对称参数三相三绕组变压器仿真计算方法，包括以下步骤：
（1）电磁暂态模式下，单相浮点变压器模型和集中参数元件全相输入。
（2）对照三相三绕组变压器模型，ABC三相三绕组变压器等值电路中所有的支路采用集中参数元件全相输入。
（3）进行三相潮流计算，得出三相不平衡潮流。
所述步骤（1）中，利用NETOMAC程序提供的单相浮点变压器模型和集中参数元件全相输入功能。
所述步骤（2）中所有变压器为单相浮点变压器模型。所有变压器的数量为六个。
本发明的具体实施方式如下：
本发明提出的不对称参数三相三绕组变压器仿真模型如图1所示。该变压器仿真模型包括了三个独立的三绕组变压器，图1中的（a）、（b）和（c）分别为A相、B相和C相三绕组变压器等值电路。每相变压器等值电路图中星形部分三条支路阻抗（ZT1、ZT2、ZT3）分别代表三个绕组的等值电阻和等值漏抗，并联导纳（GT和BT）代表变压器励磁回路。该变压器仿真模型可以通过分别独立填写每相变压器的参数来表示变压器三相参数的不对称性，因此可以用于计算由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。
利用德国西门子公司开发的NETOMAC程序，可以实现按上一段落描述的不对称三相三绕组变压器模型的计算方法。该计算方法主要利用电磁暂态模式下，NETOMAC程序提供的单相浮点变压器模型和集中参数元件全相输入功能来实现。对照图1所示的三相三绕组变压器模型，ABC三相三绕组变压器等值电路中所有的支路采用集中参数元件全相输入，而所有变压器采用单相浮点变压器模型（共六个变压器）。通过电磁暂态模式下的三相潮流计算，可以得出三相不平衡潮流。
综上可知，本发明的不对称参数三相三绕组变压器仿真模型及计算方法能够计算含不对称参数三相三绕组变压器的电力系统的不平衡稳态潮流，可以比较准确地计算出由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。特别地，本发明可以用于变压器备用变适用性研究。
当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种不对称参数三相三绕组变压器仿真模型，其特征在于：包括三个独立的三绕组变压器，每个三绕组变压器包括三条支路阻抗以及并联导纳；
所述三条支路阻抗分别代表各自绕组的等值电阻和等值漏抗；
所述并联导纳代表变压器励磁回路；
所述变压器仿真模型通过分别独立填写每相变压器的参数来表示变压器三相参数的不对称性，用于计算由于变压器三相参数不对称而导致的电力系统三相潮流的不平衡。
2.一种不对称参数三相三绕组变压器仿真计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）电磁暂态模式下，单相浮点变压器模型和集中参数元件全相输入；
（2）对照三相三绕组变压器模型，三相三绕组变压器等值电路中所有的支路采用集中参数元件全相输入；
（3）进行三相潮流计算，得出三相不平衡潮流。
3.如权利要求2所述的不对称参数三相三绕组变压器仿真计算方法，其特征在于：所述步骤（1）中，利用NETOMAC程序提供的单相浮点变压器模型和集中参数元件全相输入功能。
4.如权利要求2所述的不对称参数三相三绕组变压器仿真计算方法，其特征在于：所述步骤（2）中所有变压器为单相浮点变压器模型。
5.如权利要求4所述的不对称参数三相三绕组变压器仿真计算方法，其特征在于：所述所有变压器的数量为六个。
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