CN111044828B - 基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法，包括以下步骤：S1、三相电网电压v_a、v_b、v_c首先经过MSOGI‑FLL模块实现了基波分量和基波正交分量的提取，然后再按照式(1)所示的变换矩阵就可实现基波序分量的提取，S2、为了方便说明，采用△/YN接法的三相变压器，根据其数学模型可以得到原副边绕组的相量方程表达式；本发明能够准确地分别监测出三相变压器的绕组参数值，而传统的监测方法只能得到原、副边漏阻抗之和，不能分别检测出原、副边的漏阻抗；能够准确地检测出变压器绕组参数值可以使三相变压器的运行分析更加准确、可靠；能够准确的变压器绕组参数值将有助于更加准确地判断变压器绕组的故障，并对其进行预知性维修。

Description

基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法

技术领域

本发明涉及对三相变压器在线监测方法，具体为基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法。

背景技术

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(磁芯)，主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等，而三相变压器广泛适用于交流50Hz至60Hz，电压660V以下的电路中，广泛用于进口重要设备、精密机床、机械电子设备、医疗设备、整流装置，照明等。产品的各种输入、输出电压的高低、联接组别、调节抽头的多少及位置(一般为±5％)、绕组容量的分配、次级单相绕组的配备、整流电路的运用、是否要求带外壳等，均可根据用户的要求进行精心的设计与制造。

变压器在电力系统中占重要地位，承担着不同电压等级的电能之间相互交换的任务，其能否正常工作直接影响到供电的可靠性和稳定性。变压器绕组参数是变压器重要的技术参数，不但可以作为其绕组变形与否的重要判断依据，而且在变压器的经济运行、继电保护整定值的计算等方面也发挥着重要作用。

但是，目前对于短路参数的测量仍以传统的短路实验为主，这种离线的测量方法既影响了供电可靠性，又无法实现对短路参数变化的实时监控，另外，通过短路实验仅能得到变压器的短路阻抗，即原、副边的漏阻抗之和，通常认为原、副边漏阻抗(折算后)相等，这种近似有时会带来一定的误差，进而影响变压器运行分析及故障判断。

发明内容

本发明的目的在于提供基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法，能够准确地在线监测出变压器的绕组参数(原副边电阻和漏电抗)，实现对变压器绕组运行状态的实时监测，从而有效地降低变压器的故障率，提高其使用寿命，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法，包括以下步骤：

S1、三相电网电压v_a、v_b、v_c首先经过MSOGI-FLL模块实现了基波分量和基波正交分量的提取，然后再按照式(1)所示的变换矩阵就可实现基波序分量的提取，式(1)如下：

S2、为了方便说明，采用△/YN接法的三相变压器，根据其数学模型可以得到原副边绕组的相量方程表达式：

S3、利用基尔霍夫电流定律可以得到如下公式：

S4、对式(4)进行整理并考虑三角形侧绕组的内部环流

可以得到其三角形侧相电流的表达式：

S5、将步骤S4中式(5)代入式(2)最终可以得到原边相量方程表达式，如式(6)所示：

S6、根据变压器正序等效电路整理可得其正序分量的相量方程：

S7、利用αβ/dq变换可以将变压器原副边电压、电流相量转化到d轴原边电压相量定向的同步旋转坐标系中，d轴原边电压相量定向后，变压器原副边电压、电流相量均可通过αβ/dq变换得到dq旋转坐标系下的对应量：

其中：

S8、将步骤S6中式(7)转化为在dq旋转坐标系下的形式，可以得到变压器原副边各正序分量与其短路参数的关系，如下式所示：

S9、将步骤S8中式(10)改写为变压器短路参数的矩阵表达式，如下式所示：

S10、仅仅利用式(11)所示的相量方程无法同时计算得到变压器原副边的绕组四个参数(R₁、R′₂、X_1σ、X′_2σ)，但是，如果变压器在不对称运行状况时，分别提取各输入量的正序和负序分量，就可以得到两组线性无关的相量方程如式(12)所示：

S11、将步骤S10中式(12)进行整理并写成矩阵形式：

S12、根据上述方程，可以得到：

S13、综上所述，通过式(14)即可分别得到变压器原副边绕组参数(R₁、X_1σ、R′₂和X′_2σ)，可利用折算关系将得到的折算值归算到实际值。

优选的，在所述步骤S1中，MSOGI-FLL模型为多重二阶广义积分器-锁频环。

优选的，在所述步骤S1中，式(1)中，正序分量用上标“+”表示，负序分量用上标“-”表示，零序分量用上标“0”表示。

优选的，在所述步骤S2中，式中

为变压器原边三角形侧各绕组的相电压，

为副边星形侧各绕组相电压的归算值，

为原边三角形侧各相绕组的相电流，

为副边星形侧各绕组相电流的归算值，

和

分别表示主磁通在原副边绕组中产生的电动势。

优选的，在所述步骤S3中，由于原边三角形侧绕组相电流无法直接测得，因此需要利用线、相电流之间的关系将其表示出来。

优选的，在所述步骤S6中，利用MSOGI-FLL可以分别得到变压器原边相电压、相电流的基波正序分量

副边相电压、相电流的基波正序分量

用于分析变压器对称运行时的T型等效电路同样适用于变压器正序系统。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明能够准确地分别监测出三相变压器的绕组参数值，而传统的监测方法只能得到原、副边漏阻抗之和，不能分别检测出原、副边的漏阻抗。

2.本发明能够准确地检测出变压器绕组参数值可以使三相变压器的运行分析更加准确、可靠。

3.本发明能够准确的变压器绕组参数值将有助于更加准确地判断变压器绕组的故障，并对其进行预知性维修。

附图说明

图1为本发明基于MSOGI-FLL的序分量提取原理框图；

图2为本发明△/YN接法的三相变压器绕组模型示意图；

图3为本发明变压器正序等效电路图；

图4为本发明d轴原边电压相量定向示意图；

图5为本发明d轴原边电压定向的相量图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法，包括以下步骤：

S1、三相电网电压v_a、v_b、v_c首先经过MSOGI-FLL模块实现了基波分量和基波正交分量的提取，然后再按照式(1)所示的变换矩阵就可实现基波序分量的提取，式(1)如下：

S2、为了方便说明，采用△/YN接法的三相变压器，根据其数学模型可以得到原副边绕组的相量方程表达式：

S3、利用基尔霍夫电流定律可以得到如下公式：

S4、对式(4)进行整理并考虑三角形侧绕组的内部环流

可以得到其三角形侧相电流的表达式：

S5、将步骤S4中式(5)代入式(2)最终可以得到原边相量方程表达式，如式(6)所示：

S6、根据变压器正序等效电路整理可得其正序分量的相量方程：

S7、利用αβ/dq变换可以将变压器原副边电压、电流相量转化到d轴原边电压相量定向的同步旋转坐标系中，d轴原边电压相量定向后，变压器原副边电压、电流相量均可通过αβ/dq变换得到dq旋转坐标系下的对应量：

其中：

S8、将步骤S6中式(7)转化为在dq旋转坐标系下的形式，可以得到变压器原副边各正序分量与其短路参数的关系，如下式所示：

S9、将步骤S8中式(10)改写为变压器短路参数的矩阵表达式，如下式所示：

S10、仅仅利用式(11)所示的相量方程无法同时计算得到变压器原副边的绕组四个参数(R₁、R′₂、X_1σ、X′_2σ)，但是，如果变压器在不对称运行状况时，分别提取各输入量的正序和负序分量，就可以得到两组线性无关的相量方程如式(12)所示：

S11、将步骤S10中式(12)进行整理并写成矩阵形式：

S12、根据上述方程，可以得到：

S13、综上所述，通过式(14)即可分别得到变压器原副边绕组参数(R₁、X_1σ、R′₂和X′_2σ)，可利用折算关系将得到的折算值归算到实际值。

其中，在所述步骤S1中，MSOGI-FLL模型为多重二阶广义积分器-锁频环。

其中，在所述步骤S1中，式(1)中，正序分量用上标“+”表示，负序分量用上标“-”表示，零序分量用上标“0”表示。

其中，在所述步骤S2中，式中

为变压器原边三角形侧各绕组的相电压，

为副边星形侧各绕组相电压的归算值，

为原边三角形侧各相绕组的相电流，

为副边星形侧各绕组相电流的归算值，

和

分别表示主磁通在原副边绕组中产生的电动势。

其中，在所述步骤S3中，由于原边三角形侧绕组相电流无法直接测得，因此需要利用线、相电流之间的关系将其表示出来。

其中，在所述步骤S6中，利用MSOGI-FLL可以分别得到变压器原边相电压、相电流的基波正序分量

副边相电压、相电流的基波正序分量

用于分析变压器对称运行时的T型等效电路同样适用于变压器正序系统。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、三相电网电压v_a、v_b、v_c首先经过MSOGI-FLL模块实现了基波分量和基波正交分量的提取，然后再按照式(1)所示的变换矩阵就可实现基波序分量的提取，式(1)如下：

其中，MSOGI-FLL模型为多重二阶广义积分器-锁频环；

其中，式(1)中，正序分量用上标“+”表示，负序分量用上标“-”表示，零序分量用上标“0”表示；

S2、为了方便说明，采用△/YN接法的三相变压器，根据其数学模型可以得到原副边绕组的相量方程表达式：

其中，式中

为变压器原边三角形侧各绕组的相电压，

为副边星形侧各绕组相电压的归算值，

为原边三角形侧各相绕组的相电流，

为副边星形侧各绕组相电流的归算值，

和

分别表示主磁通在原副边绕组中产生的电动势；

S3、利用基尔霍夫电流定律可以得到如下公式：

S4、对式(4)进行整理并考虑三角形侧绕组的内部环流

可以得到其三角形侧相电流的表达式：

S5、将步骤S4中式(5)代入式(2)最终可以得到原边相量方程表达式，如式(6)所示：

S6、根据变压器正序等效电路整理可得其正序分量的相量方程：

S7、利用αβ/dq变换可以将变压器原副边电压、电流相量转化到d轴原边电压相量定向的同步旋转坐标系中，d轴原边电压相量定向后，变压器原副边电压、电流相量均可通过αβ/dq变换得到dq旋转坐标系下的对应量：

其中：

S8、将步骤S6中式(7)转化为在dq旋转坐标系下的形式，可以得到变压器原副边各正序分量与其短路参数的关系，如下式所示：

S9、将步骤S8中式(10)改写为变压器短路参数的矩阵表达式，如下式所示：

S10、仅仅利用式(11)所示的相量方程无法同时计算得到变压器原副边的绕组四个参数(R₁、R′₂、X_1σ、X′_2σ)，但是，如果变压器在不对称运行状况时，分别提取各输入量的正序和负序分量，就可以得到两组线性无关的相量方程如式(12)所示：

S11、将步骤S10中式(12)进行整理并写成矩阵形式：

S12、根据上述方程，可以得到：

S13、综上所述，通过式(14)即可分别得到变压器原副边绕组参数(R₁、X_1σ、R′₂和X′_2σ)，可利用折算关系将得到的折算值归算到实际值。

2.根据权利要求1所述的基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法，其特征在于：在所述步骤S3中，由于原边三角形侧绕组相电流无法直接测得，因此需要利用线、相电流之间的关系将其表示出来。

3.根据权利要求1所述的基于正、负序方程组的三相变压器绕组参数在线监测方法，其特征在于：在所述步骤S6中，利用MSOGI-FLL可以分别得到变压器原边相电压、相电流的基波正序分量

副边相电压、相电流的基波正序分量

用于分析变压器对称运行时的T型等效电路同样适用于变压器正序系统。

Images