CN108256196B - 一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法 - Google Patents

一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108256196B
CN108256196B CN201810022236.3A CN201810022236A CN108256196B CN 108256196 B CN108256196 B CN 108256196B CN 201810022236 A CN201810022236 A CN 201810022236A CN 108256196 B CN108256196 B CN 108256196B
Authority
CN
China
Prior art keywords
saturation
iron core
model
excitation
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810022236.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108256196A (zh
Inventor
司马文霞
杨鸣
刘永来
袁涛
彭代晓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN201810022236.3A priority Critical patent/CN108256196B/zh
Publication of CN108256196A publication Critical patent/CN108256196A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108256196B publication Critical patent/CN108256196B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法，包括在变压器工作于非饱和区时，采用开路试验和短路试验确定其参数；在变压器铁芯工作于饱和区时，进行深度饱和试验，以交直流混合电源激励铁芯得到饱和状态，测试不同饱和程度下的端口视在增量电感；根据π模型电路结构计算两个励磁支路的饱和电感，再转换为励磁曲线数据，以饱和段的励磁曲线数据描述铁芯从开始饱和到深度饱和的渐变过程；根据以上数据，建立考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型。本发明建立的考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型，能够为EMTP类电磁暂态软件提供基础的变压器模型，提高其对变压器深度饱和物理现象的模拟能力。

Description

一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型 获取方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别是一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进模型获取方法。
背景技术
T、Γ和π形等效电路(简称Γ、T、π模型)是模拟单相双绕组变压器的经典模型且已被广泛应用。T模型和Γ模型均能够有效分析变压器稳态和部分低频暂态过程。但T模型的问题在于将漏感分成了两部分，从而失去了物理意义；Γ模型克服了该缺点，但其认为变压器铁芯在深度饱和时的饱和程度一致，这与实际情况不符，且单相变压器Γ模型中励磁支路可以连接在不同端口，若连接端口选择错误，将会显著增大模型误差；π模型的各参数与变压器的拓扑结构直接对应，在研究一些变压器暂态现象(尤其是深度饱和特性)时，π模型精度更高。即当变压器铁芯不饱和或轻微饱和时，三种模型的仿真结果差异不大，而一旦铁芯出现深度饱和，π模型因其合理的物理意义较T模型和Γ模型更加准确。
变压器在过电压、暂态冲击或直流偏磁等影响下，铁芯可能进入饱和甚至深度饱和状态，但经典π模型的参数均通过变压器开路和短路试验测得，未考虑铁芯饱和时模型参数的变化，因此对励磁涌流、铁磁谐振、地磁感应电流、直流偏磁等涉及铁芯饱和的电磁暂态现象的模拟存在较大误差。
发明内容
本发明的目的是提出一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法，包括以下步骤：
S1：在变压器工作于非饱和区时，采用开路试验和短路试验确定其参数；
S2：在变压器铁芯工作于饱和区时，进行深度饱和试验，以交直流混合电源激励铁芯进入饱和状态，测试不同饱和程度下的端口视在增量电感L1、L2；
根据π模型电路结构计算两个励磁支路的饱和电感Lm1_s、Lm2_s，再转换为励磁曲线数据，通过多次滚动测量得到整条饱和段的励磁曲线数据，以整条饱和段的励磁曲线数据描述铁芯从开始饱和到深度饱和的渐变过程；
S3：根据以上数据，建立考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型。
进一步，所述由开路试验计算非饱和区励磁参数的具体方法为：
根据额定电压下的电压、电流波形及数据，计算励磁电阻Rm1、Rm2；逐渐增加空载电压，进行多组开路试验，采用梯形积分法近似得到铁芯的基本磁化曲线(ψ-i)，计算公式如式(1)所示，以此描述励磁电感Lm1、Lm2在非饱和区的特性。并将励磁电阻平均分配到两个励磁支路上；
Figure BDA0001543937540000021
进一步，所述的空载电压为0.1～1.1p.u.。
进一步，所述的短路试验的具体方法为：
根据额定电流下的电压、电流波形及数据，计算漏感和绕组电阻，并依据绕组直流电阻将绕组电阻分配到π模型两个励磁支路上；
所述的依据绕组直流电阻将绕组电阻分配到π模型两个励磁支路上的分配方法为：
Figure BDA0001543937540000022
Figure BDA0001543937540000023
其中，Rdc1和Rdc2'分别为变压器一、二次侧绕组直流电阻(归算到一次侧)；Rs为绕阻电阻，；Rs1和Rs2'分别为改进π模型一、二次侧绕组电阻(归算到一次侧)。
进一步，所述的以整条饱和段的励磁曲线数据描述铁芯从开始饱和到深度饱和的渐变过程的转化方法为：
Figure BDA0001543937540000024
Figure BDA0001543937540000025
Figure BDA0001543937540000026
is1(k)+is2(k)＝is(k) (7)
式中：k＝1，2,3，……；is1(k)、is2(k)分别为铁芯不同饱和程度下，一、二次侧励磁支路的饱和电流，单位A；ψs1(k)、ψs2(k)为分别为铁芯不同饱和程度下，一、二次侧励磁支路的的磁链，单位Wb；is(k)为总饱和电流，单位A；LS为漏感，单位H。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明建立的考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型，能够为EMTP类电磁暂态软件提供基础的变压器模型，提高其对变压器深度饱和物理现象的模拟能力。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为改进π模型的电路图；
图2为改进π模型参数测量和计算过程；
图3为实施例1分别以变压器一、二次侧作激励端时的励磁涌流仿真波形，其中a为一次侧，b为二次侧；
图4为实施例1励磁涌流试验电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法，包括以下步骤：
S1：在变压器工作于非饱和区时，采用开路试验和短路试验确定其参数；
S2：在变压器铁芯工作于饱和区时，进行深度饱和试验，以交直流混合电源激励铁芯得到饱和状态，测试不同饱和程度下的端口视在增量电感L1、L2；
根据π模型电路结构计算两个励磁支路的饱和电感Lm1_s、Lm2_s，再转换为励磁曲线数据，通过多次滚动测量得到整条饱和段的励磁曲线数据，以整条饱和段的励磁曲线数据描述铁芯从开始饱和到深度饱和的渐变过程；
S3：根据以上数据，建立考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型。
所述由开路试验计算非饱和区励磁参数的具体方法为：
根据额定电压下的电压、电流波形及数据，计算励磁电阻Rm1、Rm2；逐渐增加空载电压，进行多组开路试验，采用梯形积分法近似得到铁芯的基本磁化曲线(ψ-i)，计算公式如式(1)所示，以此描述励磁电感Lm1、Lm2在非饱和区的特性。并将励磁电阻平均分配到两个励磁支路上；
Figure BDA0001543937540000041
所述的空载电压为0.1～1.1p.u.。
所述的短路试验的具体方法为：
根据额定电流下的电压、电流波形及数据，计算漏感和绕组电阻，并依据绕组直流电阻将绕组电阻分配到π模型两个励磁支路上；
所述的依据绕组直流电阻将绕组电阻分配到π模型两个励磁支路上的分配方法为：
Figure BDA0001543937540000042
Figure BDA0001543937540000043
其中，Rdc1和Rdc2'分别为变压器一、二次侧绕组直流电阻(归算到一次侧)；Rs为绕阻电阻，；Rs1和Rs2'分别为改进π模型一、二次侧绕组电阻(归算到一次侧)。
进一步，所述的以整条饱和段的励磁曲线数据描述铁芯从开始饱和到深度饱和的渐变过程的转化方法为：
Figure BDA0001543937540000044
Figure BDA0001543937540000045
Figure BDA0001543937540000046
is1(k)+is2(k)＝is(k) (7)
式中：k＝1，2,3，……；is1(k)、is2(k)分别为铁芯不同饱和程度下，一、二次侧励磁支路的饱和电流，ψs1(k)、ψs2(k)为分别为铁芯不同饱和程度下，一、二次侧励磁支路的的磁链，is(k)为总饱和电流，LS为漏感。
下面以一具体实施方式对本发明的考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型进行说明。具本地，
选取了一台额定电压U＝11V，额定电流I＝1A，匝数比为1:1的单相双绕组试验变压器，根据以上方法建立考虑铁芯深度饱和特性的改进π模型。具体步骤为：
S1：在变压器工作于非饱和区时，采用开路试验和短路试验确定其参数。
其中，开路试验，获得励磁电阻Rm1＝Rm2＝194.86Ω，基本磁化曲线(ψ-i)数据如表1。
表1试验变压器的基本磁化曲线数据点
Figure BDA0001543937540000051
短路试验：获得漏感Ls＝0.084mH，绕组电阻Rs＝0.174mΩ。由试验变压器一、二次侧绕组直流电阻Rdc1＝81.39mΩ，Rdc2＝94.15mΩ，计算得到改进π模型一、二次侧绕组电阻分别为：Rs1＝0.081Ω，Rs2＝0.093Ω。
S2：在变压器铁芯工作于饱和区时，进行深度饱和试验，以交直流混合电源激励铁芯得到饱和状态，测试不同饱和程度下的端口视在增量电感L1、L2；
根据π模型电路结构计算两个励磁支路的饱和电感Lm1_s、Lm2_s，再转换为励磁曲线数据，通过多次滚动测量得到整条饱和段的励磁曲线数据，以整条饱和段的励磁曲线数据描述铁芯从开始饱和到深度饱和的渐变过程。
深度饱和试验：获得三个不同饱和点的磁链和电流(描述了铁心从开始饱和到深度饱和的渐变过程)，数据如表2
表2试验变压器三个不同饱和程度点的参数
Figure BDA0001543937540000052
S3：根据以上数据，在ATP-EMTP中搭建改进π模型电路，进行励磁涌流仿真，分别以一、二次侧作为激励端，得到开关0相位闭合时的励磁涌流波形(图4)，第一峰值为15.6A和14.9A。
在实验室中搭建励磁涌流试验电路，得到一二次侧励磁涌流波形，第一峰值为16.2A和14.8A，则改进π模型的误差分别为-3.7％和0.7％，满足工程误差，验证了该模型的合理性和准确性。表明该模型对以励磁涌流为代表的变压器低频电磁暂态过程具有较高的模拟精度，且能够为EMTP类电磁暂态软件提供基础的变压器模型。
本发明建立的考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型，能够为EMTP类电磁暂态软件提供基础的变压器模型，提高其对变压器深度饱和物理现象的模拟能力。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (4)

1.一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在变压器工作于非饱和区时，采用开路试验和短路试验确定其参数；
S2：在变压器铁芯工作于饱和区时，进行深度饱和试验，以交直流混合电源激励铁芯进入饱和状态，测试不同饱和程度下的端口视在增量电感L1、L2；
根据π模型电路结构计算两个励磁支路的饱和电感Lm1_s、Lm2_s，再转换为励磁曲线数据，通过多次滚动测量得到整条饱和段的励磁曲线数据，以整条饱和段的励磁曲线数据描述铁芯从开始饱和到深度饱和的渐变过程；
S3：根据以上数据，建立考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型；
所述的以整条饱和段的励磁曲线数据描述铁芯从开始饱和到深度饱和的渐变过程的转化方法为：
Figure FDA0003021258880000011
Figure FDA0003021258880000012
Figure FDA0003021258880000013
is1(k)+is2(k)＝is(k) (7)
式中：k＝1，2,3，……；is1(k)、is2(k)分别为铁芯不同饱和程度下，一、二次侧励磁支路的饱和电流，单位A；ψs1(k)、ψs2(k)为分别为铁芯不同饱和程度下，一、二次侧励磁支路的的磁链，单位Wb；is(k)为总饱和电流，单位A；LS为漏感，单位H。
2.根据权利要求1所述的一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法，其特征在于：由开路试验计算非饱和区励磁参数的具体方法为：
根据额定电压下的电压、电流波形及数据，计算励磁电阻Rm1、Rm2；逐渐增加空载电压，进行多组开路试验，采用梯形积分法近似得到铁芯的基本磁化曲线(ψ-i)，计算公式如式(1)所示，以此描述励磁电感Lm1、Lm2在非饱和区的特性，并将励磁电阻平均分配到两个励磁支路上；
Figure FDA0003021258880000014
式中，ψ为磁链，单位Wb；u为端口电压，单位V；△t为时间步长，单位s。
3.根据权利要求2所述的一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法，其特征在于：所述的空载电压为0.1～1.1p.u.。
4.根据权利要求1所述的一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法，其特征在于：所述的短路试验的具体方法为：
根据额定电流下的电压、电流波形及数据，计算漏感和绕组电阻，并依据绕组直流电阻将绕组电阻分配到π模型两个励磁支路上；
所述的依据绕组直流电阻将绕组电阻分配到π模型两个励磁支路上的分配方法为：
Figure FDA0003021258880000021
Figure FDA0003021258880000022
其中，Rdc1和Rdc2'分别为变压器一、二次侧绕组直流电阻，单位Ω；Rs为绕阻电阻，单位Ω；Rs1和Rs2'分别为改进π模型一、二次侧绕组电阻，单位Ω。
CN201810022236.3A 2018-01-10 2018-01-10 一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法 Active CN108256196B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810022236.3A CN108256196B (zh) 2018-01-10 2018-01-10 一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810022236.3A CN108256196B (zh) 2018-01-10 2018-01-10 一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108256196A CN108256196A (zh) 2018-07-06
CN108256196B true CN108256196B (zh) 2021-08-10

Family

ID=62725933

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810022236.3A Active CN108256196B (zh) 2018-01-10 2018-01-10 一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108256196B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110442895B (zh) * 2019-05-24 2021-05-14 华北电力大学 一种考虑电容效应的高频变压器电磁暂态等效建模方法
CN110161447B (zh) * 2019-05-29 2021-07-27 大唐陕西发电有限公司 一种保护用电流互感器10％误差校核方法
CN111460605B (zh) * 2020-02-20 2024-02-20 重庆大学 一种考虑铁心非线性的变压器宽频混合模型及建立方法
CN111398881B (zh) * 2020-03-21 2023-07-18 重庆大学 基于励磁涌流的变压器可逆π模型励磁特性的一次性求解方法
CN111443244B (zh) * 2020-03-21 2023-07-18 重庆大学 基于分布式电源及补偿电感的变压器深度饱和电感的测量方法
CN111879996B (zh) * 2020-07-08 2023-12-05 重庆大学 基于电磁式电压互感器的暂态过电压反算方法
CN112668168A (zh) * 2020-12-21 2021-04-16 广东电网有限责任公司电力科学研究院 中间变压器超励磁工况下cvt工频仿真模型及仿真方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1925299A (zh) * 2006-05-24 2007-03-07 中国铝业股份有限公司 整流机组高品质稳流反馈信号的实现方法
CN103324808A (zh) * 2013-07-06 2013-09-25 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 一种超导限流电抗器pscad模型
CN106777836A (zh) * 2017-02-15 2017-05-31 南方电网科学研究院有限责任公司 一种变压器直流偏磁仿真模拟方法及装置
CN106991256A (zh) * 2017-05-05 2017-07-28 赵景辉 一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1303755C (zh) * 2005-04-26 2007-03-07 哈尔滨理工大学 带有反馈有源低通滤波装置的变频器
CN105141138B (zh) * 2015-10-21 2018-05-08 南京航空航天大学 一种倍压式软开关型推挽直流变换器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1925299A (zh) * 2006-05-24 2007-03-07 中国铝业股份有限公司 整流机组高品质稳流反馈信号的实现方法
CN103324808A (zh) * 2013-07-06 2013-09-25 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 一种超导限流电抗器pscad模型
CN106777836A (zh) * 2017-02-15 2017-05-31 南方电网科学研究院有限责任公司 一种变压器直流偏磁仿真模拟方法及装置
CN106991256A (zh) * 2017-05-05 2017-07-28 赵景辉 一种非米晶、纳米晶铁芯的高频变压器阻抗设计方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
潘超 等."变压器直流偏磁场路耦合计算中的磁化曲线拟合".《电子自动化设备》.2014,第34卷(第4期),第49-58页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108256196A (zh) 2018-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108256196B (zh) 一种考虑铁芯深度饱和特性的单相双绕组变压器改进π模型获取方法
Martinez et al. Transformer modeling for low-and mid-frequency transients-a review
Dong et al. Comparative analysis of exciting current harmonics and reactive power consumption from GIC saturated transformers
Mork et al. Hybrid transformer model for transient simulation—Part II: Laboratory measurements and benchmarking
CN107703368B (zh) 一种变压器深度饱和状态下的电感的测量方法
CA2496214A1 (en) Testing of current transformers
CN101105517A (zh) Y/△变压器三角形绕组中环流的计算方法和装置
Yang et al. Retrofitting the BCTRAN transformer model with nonlinear magnetizing branches for the accurate study of low-frequency deep saturating transients
CN110231582A (zh) 一种测量和计算变压器π模型饱和励磁曲线的方法
CN106291123A (zh) 一种直接测量磁元件绕组损耗的方法
Wu et al. Parameter estimation of three-phase transformer models for low-frequency transient studies from terminal measurements
Zhang et al. Improved flux-controlled VFCV strategy for eliminating and measuring the residual flux of three-phase transformers
Xie et al. Voltage stress modeling and measurement for random-wound windings driven by inverters
Sima et al. New method to measure deep-saturated magnetizing inductances for dual reversible models of single-phase two-winding transformers
CN106383328A (zh) 一种适用于特高压tpy级电流互感器的励磁特性测试方法
CN112327217A (zh) 基于变压器稳态和暂态运行的绕组漏电感在线辨识方法
CN107102229B (zh) 空载合闸暂态计算的变压器模型实现方法
CN111443244B (zh) 基于分布式电源及补偿电感的变压器深度饱和电感的测量方法
Neves et al. Practical distribution transformer models for harmonic studies
Zhou et al. A model considering deep saturation of the iron core for 10 kV potential transformers
CN110749799A (zh) 一种特高压变压器直流偏磁等效试验方法及系统
Duan et al. Low-frequency dual reversible model of the single-phase two-winding transformer considering the gradually quicker saturation process of the core
Chiesa et al. Hysteretic iron-core inductor for transformer inrush current modeling in EMTP
CN106405316B (zh) 一种变压器半成品并联支路等匝试验的判定方法
Wang et al. Determination approach for the parameters of equivalent circuit model of deep saturated three-phase integrative transformers

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant