CN111141956A - 一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法 - Google Patents

一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，包括以下步骤：S1、建立单相变压器的T型等效电路，根据T型等效电路列出变压器短路阻抗参数方程，同时建立了变压器各输入信号与短路阻抗值的关系；本发明通过提供一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，能够实现对变压器绕组运行状态的在线监测及时发现变压器绕组故障，从而有效地降低变压器的故障率，且能够进一步提高其使用寿命能够准确地在线监测出变压器的短路阻抗值，从而达到准确地检测出短路阻抗值可以使变压器的运行分析更加准确可靠，且能够通过准确的短路阻抗值将有助于及时发现绕组变形的变压器并对其进行预知性维修的效果。

Description

一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法
技术领域
本发明涉及单相变压器监测技术领域，特别是涉及一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法。
背景技术
近年来，单相配电变压器因其体积小、造价低、安装方便、供电可靠性高等优点在低压配电系统中得到了广泛的应用，单相变压器多用于偏远农村的配电系统，为那些不需要采用三相供电的用户提供电能，另外，单相变压器还可用作大型的发电机变压器，既可以降低箱体尺寸便于运输，又可以降低维修成本，容易更换。在单相配电系统中，配电变压器的安装位置大都比较分散且数量众多，因此，对单相配电变压器运行状况进行实时监测是非常必要的。
传统的对于单相变压器绕组的诊断仍以频率响应法、阻抗分析法和低压脉冲法等离线方法为主，不能及时发现变压器的绕组故障，无法实现对短路参数的实时监控。
发明内容
为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，包括以下步骤：S1、建立单相变压器的T型等效电路，根据T型等效电路列出变压器短路阻抗参数方程，同时建立了变压器各输入信号与短路阻抗值的关系；S2、利用MSOGI-FLL模型提取各输入信号基波微分量和积分量，并且构建了用于参数在线监测的微积分方程组，通过矩阵运算得到单相变压器的短路阻抗值Rk和Xk，实现单相变压器绕组运行状态的在线监测；S3、T型等效电路的变压器短路阻抗参数方程为：
Rk＝R1+R2′＝R1+K2R2
Xk＝X1σ+X′2σ＝X1σ+K2X2σ，
其中，变压器各输入信号与短路阻抗值的关系为：
Figure BDA0002349500840000021
S4、其中，用于参数在线监测的微积分方程组为：
Figure BDA0002349500840000022
S5、其中在S4的微积分方程组中ups1(t)表示变压器原副边瞬时电压基波分量的差值，ips1(t)表示变压器原副边瞬时电流基波分量的平均值：
Figure BDA0002349500840000023
S6、将S4中的微积分方程组写成矩阵表达形式：
Figure BDA0002349500840000024
S7、对S6中的矩阵表达式进行一系列矩阵运算，最终可以得到变压器短路参数的表达式：
Figure BDA0002349500840000025
Figure BDA0002349500840000026
S8、通过S7中的表达式得到变压器原副边电压和电流的积分量和微分量，就能够实时地计算出变压器的短路阻抗参数Rk和Xk，从而实现变压器绕组运行状态的在线监测。
其中，所述变压器短路阻抗参数方程与所述变压器各输入信号与短路阻抗值中：k为变压器的原副边匝数比；Rk为变压器的短路电阻；Xk为变压器的短路电抗；
Figure BDA0002349500840000031
和
Figure BDA0002349500840000032
分别为变压器原边电压相量和原边电流相量，
Figure BDA0002349500840000033
和
Figure BDA0002349500840000034
分别为变压器副边电压相量和副边电流相量的归算值，R1和X1σ为原边绕组的电阻和漏电抗，R′2和X′2σ为副边绕组的电阻和漏电抗的归算值。
其中，所述变压器绕组原边电压、副边电压、原边电流和副边电流的积分量和微分量通过利用SOGI-FLL模型提取各输入信号积分量和微分量。
其中，所述SOGI-FLL模型为二阶广义积分器锁频环，所述SOGI-FLL模型应用于新能源并网发电、无功补偿和谐波抑制。
其中，所述SOGI-FLL模型的微分和积分由SOGI-QSG模块和FLL模块组成。
其中，所述SOGI-QSG模块中的估计误差εe和正交输出qv′的乘积εf作为FLL模块的输入。
其中，所述FLL模块估计的频率ω′小于正弦输入信号v的频率ω，εv与qv′相位相差180°，FLL模块的输入信号εf＜0；FLL模块估计的频率与正弦输入信号的频率相等即ω′＝ω，FLL模块的输入信号εf＝0。
其中，所述FLL模块输入信号εf经过一个具有负增益-γ的积分控制器，其作用是可以根据εf的大小变化逐渐调整SOGI-FLL的输出频率ω′，最终使ω′＝ω。如果近似的基波角频率ωff知道，则可以大大缩短FLL模块的测频时间，这里ωff取314rad/s。
其中，所述SOGI-FLL模块并联MSOGI-FLL以实现对基波微分、积分量的提取。
其中，所述MSOGI-FLL通过分析输入信号的谐波组成，通过合理地设置h的取值提高微分和积分量的提取精度。
以上方案通过提供一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，能够实现对变压器绕组运行状态的在线监测及时发现变压器绕组故障，从而有效地降低变压器的故障率，且能够进一步提高其使用寿命能够准确地在线监测出变压器的短路阻抗值，从而达到准确地检测出短路阻抗值可以使变压器的运行分析更加准确可靠，且能够通过准确的短路阻抗值将有助于及时发现绕组变形的变压器并对其进行预知性维修的效果。
附图说明
图1为本发明变压器的等效电路示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考本发明的各种实施方式。然而，实施方式可以按各种形式实施，而不应被认为限制于本文中提及的结实施方式。而是，提供这些实施方式是为了使得本发明向本领域技术人员完整地传达本发明的保护范围。另外，为了避免混淆本公开的主题，可能没有详细描述或示出己知的功能或结构。
本实施例中，包括以下步骤：
S1、建立单相变压器的T型等效电路，根据T型等效电路列出变压器短路阻抗参数方程，同时建立了变压器各输入信号与短路阻抗值的关系；
S2、利用MSOGI-FLL模型提取各输入信号基波微分量和积分量，并且构建了用于参数在线监测的微积分方程组，通过矩阵运算得到单相变压器的短路阻抗值Rk和Xk，实现单相变压器绕组运行状态的在线监测；
S3、T型等效电路的变压器短路阻抗参数方程为：
Rk＝R1+R′2＝R1+K2R2
Xk＝X1σ+X′2σ＝X1σ+K2X2σ，
其中，变压器各输入信号与短路阻抗值的关系为：
Figure BDA0002349500840000051
S4、其中，用于参数在线监测的微积分方程组为：
Figure BDA0002349500840000052
S5、其中在S4的微积分方程组中ups1(t)表示变压器原副边瞬时电压基波分量的差值，ips1(t)表示变压器原副边瞬时电流基波分量的平均值：
Figure BDA0002349500840000053
S6、将S4中的微积分方程组写成矩阵表达形式：
Figure BDA0002349500840000054
S7、对S6中的矩阵表达式进行一系列矩阵运算，最终可以得到变压器短路参数的表达式：
Figure BDA0002349500840000055
Figure BDA0002349500840000056
S8、通过S7中的表达式得到变压器原副边电压和电流的积分量和微分量，就能够实时地计算出变压器的短路阻抗参数Rk和Xk，从而实现变压器绕组运行状态的在线监测。
所述变压器短路阻抗参数方程与所述变压器各输入信号与短路阻抗值中：k为变压器的原副边匝数比；Rk为变压器的短路电阻；Xk为变压器的短路电抗；
Figure BDA0002349500840000061
和
Figure BDA0002349500840000062
分别为变压器原边电压相量和原边电流相量，
Figure BDA0002349500840000063
和
Figure BDA0002349500840000064
分别为变压器副边电压相量和副边电流相量的归算值，R1和X1σ为原边绕组的电阻和漏电抗，R′2和X′2σ为副边绕组的电阻和漏电抗的归算值，所述变压器绕组原边电压、副边电压、原边电流和副边电流的积分量和微分量通过利用SOGI-FLL模型提取各输入信号积分量和微分量，所述SOGI-FLL模型为二阶广义积分器锁频环，所述SOGI-FLL模型应用于新能源并网发电、无功补偿和谐波抑制，所述SOGI-FLL模型的微分和积分由SOGI-QSG模块和FLL模块组成，所述SOGI-QSG模块中的估计误差εe和正交输出qv′的乘积εf作为FLL模块的输入，所述FLL模块估计的频率ω′小于正弦输入信号v的频率ω，εv与qv′相位相差180°，FLL模块的输入信号εf＜0；FLL模块估计的频率与正弦输入信号的频率相等即ω′＝ω，FLL模块的输入信号εf＝0，所述FLL模块输入信号εf经过一个具有负增益-γ的积分控制器，其作用是可以根据εf的大小变化逐渐调整SOGI-FLL的输出频率ω′，最终使ω′＝ω。如果近似的基波角频率ωff知道，则可以大大缩短FLL模块的测频时间，这里ωff取314rad/s，所述SOGI-FLL模块并联MSOGI-FLL以实现对基波微分、积分量的提取，所述MSOGI-FLL通过分析输入信号的谐波组成，通过合理地设置h的取值提高微分和积分量的提取精度。
在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

Claims (10)

1.一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立单相变压器的T型等效电路，根据T型等效电路列出变压器短路阻抗参数方程，同时建立了变压器各输入信号与短路阻抗值的关系；
S2、利用MSOGI-FLL模型提取各输入信号基波微分量和积分量，并且构建了用于参数在线监测的微积分方程组，通过矩阵运算得到单相变压器的短路阻抗值Rk和Xk，实现单相变压器绕组运行状态的在线监测；
S3、T型等效电路的变压器短路阻抗参数方程为：
Rk＝R1+R′2＝R1+K2R2
Xk＝X1σ+X′2σ＝X1σ+K2X2σ，
其中，变压器各输入信号与短路阻抗值的关系为：
Figure FDA0002349500830000011
S4、其中，用于参数在线监测的微积分方程组为：
Figure FDA0002349500830000012
S5、其中在S4的微积分方程组中ups1(t)表示变压器原副边瞬时电压基波分量的差值，ips1(t)表示变压器原副边瞬时电流基波分量的平均值：
Figure FDA0002349500830000013
S6、将S4中的微积分方程组写成矩阵表达形式：
Figure FDA0002349500830000014
S7、对S6中的矩阵表达式进行一系列矩阵运算，最终可以得到变压器短路参数的表达式：
Figure FDA0002349500830000021
Figure FDA0002349500830000022
S8、通过S7中的表达式得到变压器原副边电压和电流的积分量和微分量，就能够实时地计算出变压器的短路阻抗参数Rk和Xk，从而实现变压器绕组运行状态的在线监测。
2.根据权利要求1所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述变压器短路阻抗参数方程与所述变压器各输入信号与短路阻抗值中：k为变压器的原副边匝数比；Rk为变压器的短路电阻；Xk为变压器的短路电抗；
Figure FDA0002349500830000023
和
Figure FDA0002349500830000024
分别为变压器原边电压相量和原边电流相量，
Figure FDA0002349500830000025
和
Figure FDA0002349500830000026
分别为变压器副边电压相量和副边电流相量的归算值，R1和X1σ为原边绕组的电阻和漏电抗，R′2和X′2σ为副边绕组的电阻和漏电抗的归算值。
3.根据权利要求2所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述变压器绕组原边电压、副边电压、原边电流和副边电流的积分量和微分量通过利用SOGI-FLL模型提取各输入信号积分量和微分量。
4.根据权利要求3所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述SOGI-FLL模型为二阶广义积分器锁频环，所述SOGI-FLL模型应用于新能源并网发电、无功补偿和谐波抑制。
5.根据权利要求4所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述SOGI-FLL模型的微分和积分由SOGI-QSG模块和FLL模块组成。
6.根据权利要求5所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述SOGI-QSG模块中的估计误差εe和正交输出qv′的乘积εf作为FLL模块的输入。
7.根据权利要求6所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述FLL模块估计的频率ω′小于正弦输入信号v的频率ω，εv与qv′相位相差180°，FLL模块的输入信号εf＜0；FLL模块估计的频率与正弦输入信号的频率相等即ω′＝ω，FLL模块的输入信号εf＝0。
8.根据权利要求7所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述FLL模块输入信号εf经过一个具有负增益-γ的积分控制器，其作用是可以根据εf的大小变化逐渐调整SOGI-FLL的输出频率ω′，最终使ω′＝ω。如果近似的基波角频率ωff知道，则可以大大缩短FLL模块的测频时间，这里ωff取314rad/s。
9.根据权利要求8所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述SOGI-FLL模块并联MSOGI-FLL以实现对基波微分、积分量的提取。
10.根据权利要求9所述的一种基于微积分方程组单相变压器短路参数在线监测方法，其特征在于，所述MSOGI-FLL通过分析输入信号的谐波组成，通过合理地设置h的取值提高微分和积分量的提取精度。
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