CN107102229B - 空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法 - Google Patents

空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法，包括步骤：根据变压器在额定频率下的空载试验数据，包括空载损耗P0和空载电流百分数I0%；以及短路试验数据，包括短路损耗Pk和短路阻抗百分数Uk%；计算变压器的线性阻抗矩阵，包括线圈的电阻R、线圈自感抗XL和线圈互感抗XM；在EMTP中，调用HYSTERESIS程序，采用MODELS语言编写内核文件，设置变压器铁心的硅钢片类型、磁化曲线饱和点电流与磁通，计算得出铁心的磁滞回线；结合磁滞回线模块和电路模块，得到变压器暂态计算模型。效果是：变压器绕组看成各线圈组成的相互之间存在耦合的多条支路，采用线性阻抗矩阵描述变压器绕组，变压器铁心采用考虑磁滞特性的非线性电感模拟。

Description

空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法
技术领域
本发明涉及高压输变电领域，特别是一种空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法。
背景技术
电力变压器作为电网中至关重要的设备，在输配电环节中起着重要作用，其运行状态的好坏直接影响到电网运行的安全稳定性，变压器由铁芯和线圈绕组组成的，利用电磁感应原理，实现电能和磁能的相互转换。空载合闸为变压器的常规操作，正常工作时，变压器运行在磁化曲线的线性段，磁通未饱和，励磁电流很小，通常在额定电流的10％以下，而在进行空载合闸时，铁芯饱和，产生幅值达到稳态工作电流几倍甚至十几倍的励磁涌流。由于励磁涌流幅值较大，变压器继电保护装置无法区分其和故障电流导致保护装置发信号使得断路器误动作跳闸，空载变压器需重合多次才能成功，同时继电保护装置也会因励磁涌流的存在无法识别故障电流导致变压器故障扩大。为提高保护装置的正确动作率，需要提高励磁涌流识别方法的准确度，其中关键的一步是建立变压器准确的仿真模型。
在电磁暂态仿真计算中，变压器是较难模拟的器件之一，变压器暂态情况下的铁心磁滞特性的准确模拟是仿真的关键所在。目前，变压器励磁涌流仿真模型主要有以下几种：
(1)基于磁场的数值模型
变压器数值建模中采用有限元法，建立变压器磁场模型包括2-D和3-D变压器模型。
(2)基于基本磁化曲线的电路模型
采用基本电路结构模拟变压器绕组，变压器铁心特性采用基本磁化曲线描述。基本磁化曲线解决了磁滞回线上B与H的多值函数问题，在工程中得以广泛应用，但严格来讲用基本磁化曲线代替磁滞回线是有误差的。
(3)考虑铁心磁滞特性的电路模型
对变压器铁心特性的描述中考虑到磁滞现象，采用磁滞回线模拟铁心饱和。由于目前磁学的理论发展尚不完备，对磁滞现象的解释模型并不多，Preisach模型和JA模型为应用较为广泛的两种。
综上所述，在变压器暂态模型的研究中，基于基本磁化曲线的电路模型易于实现且应用方便，但是误差大，无法模拟实际变压器铁心磁滞现象；采用Preisach模型的主次磁滞回环拟合方法模拟变压器暂态过程，准确度高但该方法算法复杂，采用JA模型的动态磁滞模型由于对铁心磁滞特性体现较好，成为目前励磁涌流仿真的研究热点，但模型中参数难于获取。
发明内容
为了解决上述现有的技术问题，本发明提供一种空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法，变压器绕组看成各线圈组成的相互之间存在耦合的多条支路，采用线性阻抗矩阵描述变压器绕组，变压器铁心采用考虑磁滞特性的非线性电感模拟。
本发明解决上述现有的技术问题，提供一种空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法，包括如下步骤：
根据变压器在额定频率下的空载试验数据，包括空载损耗P0和空载电流百分数I0％；以及短路试验数据，包括短路损耗Pk和短路阻抗百分数Uk％；计算变压器的线性阻抗矩阵，包括线圈的电阻R、线圈自感抗XL和线圈互感抗XM；
Figure GDA0002382454210000031
Figure GDA0002382454210000032
Figure GDA0002382454210000033
其中，R是电阻，UN是额定电压，SN是额定容量，PK是短路损耗，XL是线圈自感抗，Uk％是短路阻抗百分数，XM是线圈互感抗,k是互感系数；
在变压器的线性阻抗矩阵中，添加线圈对地等效电容与线圈之间杂散电容矩阵；
Figure GDA0002382454210000034
(S是变压器容量，220V以下的变压器，n＝3,K＝650)
变压器的电压u和磁通φ之间满足关系式：
Figure GDA0002382454210000035
根据变压器空载下测量得到的电压电流伏安特性曲线，得到空载变压器磁通与电流的关系曲线；
在EMTP中，调用HYSTERESIS程序，采用MODELS语言编写内核文件，设置变压器铁心的硅钢片类型、磁化曲线饱和点电流与磁通，计算得出铁心的磁滞回线；
结合磁滞回线模块和电路模块，得到变压器暂态计算模型。
本发明更进一步的改进如下所述。
在变压器空载伏安曲线测量中，变压器端电压通过串联在回路中的可调电阻调节；电压电流通过万用表和钳形表测量。
磁滞回线的电流增加又减小两条磁通曲线未重合且形成一个闭合曲线，电流为零时磁通非零即有剩磁。
相较于现有技术，本发明的有益效果是：变压器绕组看成各线圈组成的相互之间存在耦合的多条支路，采用线性阻抗矩阵描述变压器绕组，变压器铁心采用考虑磁滞特性的非线性电感模拟。
附图说明
图1是变压器暂态计算模型建模流程图。
图2是磁滞回线计算程序图。
图3是单相变压器空载合闸试验励磁涌流波形图。
图4是测量的变压器伏安特性曲线。
图5是计算得到的变压器基本磁化曲线。
图6是计算得到的变压器磁滞回线。
图7是计算得到的变压器励磁涌流波形。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图7所示，一种空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法，包括如下步骤：
变压器绕组看成各线圈组成的相互之间存在耦合的多条支路，根据变压器在额定频率下的空载试验数据—空载损耗P0和空载电流百分数I0％，以及短路试验所得到的数据—短路损耗Pk和短路阻抗百分数Uk％来计算代表变压器的线性阻抗矩阵，包括线圈的电阻R、线圈自感抗XL和线圈互感抗XM；
Figure GDA0002382454210000051
Figure GDA0002382454210000052
Figure GDA0002382454210000053
其中，R是电阻，UN是额定电压，SN是额定容量，PK是短路损耗，XL是线圈自感抗，Uk％是短路阻抗百分数，XM是线圈互感抗,k是互感系数；
考虑到变压器暂态过程中电压电流量的高频特性，变压器模型中绕组杂散电容不可忽略，在变压器的线性阻抗矩阵中添加线圈对地等效电容与线圈之间杂散电容矩阵；
Figure GDA0002382454210000054
(S是变压器容量，220V以下的变压器，n＝3,K＝650)
变压器铁心饱和特性采用考虑磁滞的非线性电感模拟，其中磁滞回线根据变压器空载试验的伏安特性测量曲线计算得到；变压器是利用电磁感应原理实现电压水平变换的设备，其电压u和磁通φ之间满足关系式：
Figure GDA0002382454210000061
根据变压器空载下测量得到的电压电流伏安特性曲线，得到空载变压器磁通与电流的关系曲线，即基本磁化曲线；在EMTP中，调用HYSTERESIS程序，采用MODELS语言编写内核文件，设置变压器铁心的硅钢片类型和磁化曲线饱和点电流与磁通，硅钢片类型决定了铁心的磁滞损耗，计算得出铁心的磁滞回线。
本发明的变压器空载伏安曲线测量中，变压器端电压通过串联在回路中的可调电阻调节；电压电流通过万用表和钳形表测量。
本发明磁滞回线的电流增加又减小两条磁通曲线不重合且形成一个闭合曲线，电流为零时磁通不为零即有剩磁。
本发明一种适用于空载合闸暂态计算的变压器模型，其具体建模流程如图1所示。
首先针对研究变压器，若铭牌提供了空载和短路试验数据，则可以省去试验测量步骤，否则进行两项试验，根据试验数据计算变压器线性阻抗矩阵，对于一个单相双绕组变压器，可看作两条存在互感的支路，并且互感对称，其表达式为
[u]＝[R][i]+[L]d[i]/dt+[C]d[φm]/dt
其中参数矩阵[R]和[L]均为2×2的矩阵，R1、R2为线圈的电阻，L1、L2为线圈自感，M12＝M21为线圈互感。
Figure GDA0002382454210000071
Figure GDA0002382454210000072
对于一个三相双绕组变压器，可视为六条存在互感的支路，其中参数矩阵[R]和[L]均为6×6的矩阵，Ri为线圈的电阻，Li为线圈自感，Mij＝Mji为线圈互感。
[R]＝diag[R1,R2,R3,R4,R5,R6]
Figure GDA0002382454210000073
然后考虑到变压器绕组的杂散电容，在线性矩阵中增加每条支路的对地电容和支路之间的电容矩阵。电容可以通过现场试验测量得到，也有通过等效计算得到。
对于单相双绕组变压器，电容矩阵为
Figure GDA0002382454210000074
同理可以得到三相双绕组变压器电容矩阵。
最后模拟变压器铁心的磁滞特性，采用非线性电感模拟。针对研究变压器，进行空载试验，改变试验电压得到一组不同端电压下的空载电流值，对电压电流数据进行拟合得到其空载伏安曲线。根据铁心磁通和电压的导数关系式，换算得到磁通和电流的关系，即基本磁化曲线。在EMTP中，调用磁滞HYSTERESIS程序，采用MODELS语言编写内核文件，如图2所示，设置变压器铁心的硅钢片类型和磁化曲线饱和点电流与磁通，硅钢片类型决定了铁心的磁滞损耗，计算得出铁心的磁滞回线。
结合磁滞回线模块和电路模块，得到变压器暂态计算模型。
为验证本发明提出变压器模型的准确性，针对一220V，容量1kVA的单相变压器，进行空载合闸试验，试验变压器变比为1:1，原副边绕组均为100匝，空载电流0.61A，空载损耗17W，阻抗电压百分数2.87％，负载损耗23W。通过示波器记录断路器合闸时电流波形，合闸多次得到多组励磁涌流波形，其中一组波形如图3所示。
按照本发明提出的变压器模型实现方法，通过该变压器空载和短路数据，得到变压器线性阻抗矩阵为
Figure GDA0002382454210000081
Figure GDA0002382454210000082
根据厂商提供数据，电容矩阵为
Figure GDA0002382454210000083
测量得到其空载伏安曲线如图4所示，经计算得到基本磁化曲线如图5所示，进而得到磁滞回线如图6所示。
按照以上模型，仿真得到励磁涌流波形如图7所示。和试验波形比较，吻合较好。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据变压器在额定频率下的空载试验数据，包括空载损耗P0和空载电流百分数I0％；以及短路试验数据，包括短路损耗Pk和短路阻抗百分数Uk％；计算变压器的线性阻抗矩阵，包括线圈的电阻R、线圈自感抗XL和线圈互感抗XM；
Figure FDA0002382454200000011
Figure FDA0002382454200000012
Figure FDA0002382454200000013
其中，R是电阻，UN是额定电压，SN是额定容量，PK是短路损耗，XL是线圈自感抗，Uk％是短路阻抗百分数，XM是线圈互感抗,k是互感系数；XL1是变压器线圈1的自感抗，XL2是变压器线圈2的自感抗；
在变压器的线性阻抗矩阵中，添加线圈对地等效电容与线圈之间杂散电容矩阵；
Figure FDA0002382454200000014
S是变压器容量，220V以下的变压器，n＝3，K＝650
变压器的电压u和磁通φ之间满足关系式：
Figure FDA0002382454200000015
根据变压器空载下测量得到的电压电流伏安特性曲线，得到空载变压器磁通与电流的关系曲线；
在EMTP中，调用HYSTERESIS程序，采用MODELS语言编写内核文件，设置变压器铁心的硅钢片类型、磁化曲线饱和点电流与磁通，计算得出铁心的磁滞回线；
结合磁滞回线模块和电路模块，得到变压器暂态计算模型。
2.根据权利要求1所述的空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法，其特征在于：在变压器空载伏安曲线测量中，变压器端电压通过串联在回路中的可调电阻调节；电压电流通过万用表和钳形表测量。
3.根据权利要求1所述的空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法，其特征在于：磁滞回线的电流增加又减小两条磁通曲线未重合且形成一个闭合曲线，电流为零时磁通非零即有剩磁。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112363031B (zh) * 2020-11-03 2023-04-11 国网重庆市电力公司电力科学研究院 电磁式电压互感器的一次侧绕组杂散电容测量方法
CN113552852B (zh) * 2021-06-16 2022-04-19 南方电网科学研究院有限责任公司 变压器空载性能控制方法、系统、计算机设备和存储介质
CN117763809A (zh) * 2023-12-01 2024-03-26 国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 一种考虑垫块吸放油特性的变压器绕组轴向响应计算方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101650398A (zh) * 2009-06-03 2010-02-17 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 低频变频电源测量铁磁元件伏安特性的试验方法和补偿计算方法
CN101794321A (zh) * 2009-06-25 2010-08-04 华北电力大学 考虑励磁阻抗非线性影响的单相三绕组自耦变压器模型
CN104331544A (zh) * 2014-10-20 2015-02-04 国家电网公司 一种基于eic原理的三相三柱变压器建模方法
CN106249068A (zh) * 2016-07-08 2016-12-21 云南电力试验研究院(集团)有限公司 一种铁磁元件空载特性低频测量方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101075498B (zh) * 2007-04-13 2011-05-25 中国南车集团株洲电力机车研究所 一种抑制变压器空载合闸涌流的装置和方法
CN104037730B (zh) * 2013-03-04 2017-04-12 艾默生网络能源有限公司 一种抑制变压器空载合闸励磁涌流的装置和方法
CN105914710B (zh) * 2016-04-22 2018-03-06 国网山东省电力公司检修公司 基于合闸电压频率控制的变压器励磁涌流抑制系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101650398A (zh) * 2009-06-03 2010-02-17 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 低频变频电源测量铁磁元件伏安特性的试验方法和补偿计算方法
CN101794321A (zh) * 2009-06-25 2010-08-04 华北电力大学 考虑励磁阻抗非线性影响的单相三绕组自耦变压器模型
CN104331544A (zh) * 2014-10-20 2015-02-04 国家电网公司 一种基于eic原理的三相三柱变压器建模方法
CN106249068A (zh) * 2016-07-08 2016-12-21 云南电力试验研究院(集团)有限公司 一种铁磁元件空载特性低频测量方法

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