CN112668168A - 中间变压器超励磁工况下cvt工频仿真模型及仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型及仿真方法，模型包括电容分压单元、补偿电抗器、中间变压器和铁磁谐振抑制单元。本发明提供的中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型及仿真方法，根据电磁对偶原理构建具有物理意义的CVT中间变压器模型，模型参数包括：一次侧和二次侧绕组电阻R’s1和Rs2，漏抗L’s，两条励磁支路的非线性励磁电抗L’m1和Lm2以及并联电阻R’m1和Rm2。该模型具备两条励磁支路，与整体CVT结构一一对应，可实现超励磁工况下中间变压器铁芯饱和差异性的精准仿真。
Description
技术领域
本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种中间变压器超励磁工况下CVT 工频仿真模型及仿真方法。
背景技术
作为电力系统中重要的一次设备，CVT(Capacitance type voltagetransformer，电容式电压互感器)具有复杂的结构和响应特性。工频情况下， CVT依赖补偿电抗器与电容分压器串联谐振提高精度和带载能力，低压侧输 出与高压侧输入满足线性关系。如图1所示，为现有技术提供的CVT工频仿 真模型。
然而，由于CVT中可表现出非线性的元件有补偿电抗器、中间变压器和 铁磁谐振抑制单元。通常，补偿电抗器在4倍额定电压下可被当作线性电抗 处理；而由于铁芯的磁通与电压成正比，与频率成反比，系统发生次同步振 荡或铁磁谐振时，均可能导致超励磁工况发生，激励中间变压器铁芯饱和， 此时，CVT原有谐振条件被打破，二次侧输出电压无法跟随一次侧输入电压 变化。
因此，如何对超励磁工况下中间变压器铁芯饱和特性进行精准表征，进 而提高整体CVT的非线性仿真精度，成为本领域技术人员所要研究的课题。
发明内容
本发明提供了一种中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型及仿真方 法，可以解决或者至少部分解决上述技术问题。
本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供了一种中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型，包 括电容分压单元、补偿电抗器、中间变压器和铁磁谐振抑制单元，且分别按 照CVT物理结构进行连接。
第二方面，提供了一种如上所述的中间变压器超励磁工况下CVT工频仿 真模型的仿真方法，包括：
所述中间变压器根据电磁对偶原理推导而来。
可选地，所述中间变压器根据电磁对偶原理推导而来，包括：
根据电磁对偶原理中元件的对偶关系，磁路中的磁动势、磁阻、网孔和 节点分别与电路中的电流源、电感、节点和网孔一一对应，磁阻的串联和并 联拓扑分别与电感的并联和串联拓扑对应。
可选地，所述根据电磁对偶原理中元件的对偶关系，磁路中的磁动势、 磁阻、网孔和节点分别与电路中的电流源、电感、节点和网孔一一对应，磁 阻的串联和并联拓扑分别与电感的并联和串联拓扑对应，包括：
根据磁阻的表达式
磁通所流过的磁路均存在磁阻，l为磁路长 度，μ为磁导率，A为铁心截面积；
根据磁路的欧姆定律
得到电流源i和磁动势F的关系为
电感L和磁阻
的关系为
Ψ为磁链，
为磁通，Λ 为磁阻的导数，即磁导，N为线圈匝数。
可选地，所述中间变压器的模型参数反映磁路物理本质，具有物理意义。
可选地，所述中间变压器的模型参数反映磁路物理本质，具有物理意义， 包括：
根据电磁对偶原理，将所述中间变压器的结构等效为：一次侧绕组电阻 Rs1、漏抗Ls和二次侧绕组电阻Rs2依次串联，一次侧绕组电阻Rs1和漏抗Ls之间的节点对地支路由非线性励磁电抗Lm1与铁损电阻Rm1并联组成，二次侧 绕组电阻Rs2和漏抗Ls之间的节点对地支路由另一条励磁支路对应的非线性励 磁电抗Lm2与铁损电阻Rm2并联组成；
其中，按线圈匝数归算后的漏感Ls表征一、二次绕组间的漏磁导，励磁 电感Lm1表征心柱和一半铁轭的磁导，Lm2表征旁柱和另一半铁轭的磁导。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：
本发明实施例提供了一种中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型及 仿真方法，其励磁参数与中间变压器物理结构一一对应，不仅具有物理意义， 而且可以实现超励磁工况中间变压器饱和差异性的精准表征，进而提高整体 CVT仿真精度，具有十分重要的应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的 内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限 定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大 小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落 在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
图1为现有技术提供的CVT工频仿真模型；
图2为本发明实施例提供的CVT工频等效电路图；
图3为本发明实施例提供的中间变压器物理结构；
图4为本发明实施例提供的电磁对偶变换示意图；
图5为本发明实施例提供的中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型 (参数均折算到高压侧)。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实 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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本实施例提供了一种中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型，如图 2所示。CVT工频仿真模型由电容分压单元、补偿电抗器、中间变压器和铁 磁谐振抑制单元组成，各单元按照图2所示的CVT工频等效电路图进行连 接。
本实施例提供了一种中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型，其励 磁参数与中间变压器物理结构一一对应，不仅具有物理意义，而且可以实现 超励磁工况中间变压器饱和差异性的精准表征，进而提高整体CVT仿真精度， 具有十分重要的应用价值。
于本实施例中，中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型的仿真方法 包括：
所述中间变压器根据电磁对偶原理推导而来，具有物理意义。
具体地，根据电磁对偶原理中元件的对偶关系：
磁路中的磁动势、磁阻、网孔、节点分别与电路中的电流源、电感、节 点、网孔一一对应；
磁阻的串联和并联拓扑分别与电感的并联和串联拓扑对应。
图3所示为中间变压器的物理结构，仅分析右半边。
φ1为流过心柱和一半铁轭(左半边带箭头的虚线)的磁通，φ2为流过旁柱和 另一半铁轭(右半边带箭头的虚线)的磁通，φs为一、二次绕组之间的漏磁通(中 间竖直带箭头的虚线)。φ1、φ2、φs所流过磁路的磁阻分别为
得 到图4(a)所示的磁路结构，在图中的每一网孔分别设置节点0，1，2(最外侧 磁支路形成的封闭曲线至无穷远构成一无穷大网孔)，将各节点和网孔按照电 磁对偶变换定则连接起来，连接线所穿过的磁动势和磁阻分别变换为电流源 和电感元件，得到图4(b)所示的等效电路图；将电流源变换为理想变压器， 并考虑铁心和绕组的损耗参数(励磁电阻Rm1、Rm2和绕组电阻Rs1、Rs2，得到 图4(c)所示的等效电路，即适用于超励磁工况的中间变压器等效电路模型。
于本实施例中，将中间变压器结构等效如图5所示的结构：一次侧绕组 电阻Rs1、漏抗Ls和二次侧绕组电阻Rs2依次串联，Rs1和Ls之间的节点对地支 路由非线性励磁电抗Lm1与铁损电阻Rm1并联组成；Rs2和Ls之间的节点对地 支路由另一条励磁支路对应的非线性励磁电抗Lm2与铁损电阻Rm2并联组成。 其中，按线圈匝数归算后的漏感Ls表征一、二次绕组间的漏磁导，励磁电感 Lm1表征心柱和一半铁轭的磁导，Lm2表征旁柱和另一半铁轭的磁导(与中间变 压器结构相关)。
本实施例提供的中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型及仿真方 法，根据电磁对偶原理构建具有物理意义的CVT中间变压器模型，模型参数 包括：一次侧和二次侧绕组电阻R’s1和Rs2，漏抗L’s，两条励磁支路的非线性 励磁电抗L’m1和Lm2以及并联电阻R’m1和Rm2。该模型具备两条励磁支路，与 整体CVT结构一一对应，可实现超励磁工况下中间变压器铁芯饱和差异性的 精准仿真。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应 当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案 的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型，其特征在于，包括电容分压单元、补偿电抗器、中间变压器和铁磁谐振抑制单元，且分别按照CVT物理结构进行连接。
2.一种如权利要求1所述的中间变压器超励磁工况下CVT工频仿真模型的仿真方法，其特征在于，包括：
所述中间变压器根据电磁对偶原理推导而来。
3.根据权利要求2所述的仿真方法，其特征在于，所述中间变压器根据电磁对偶原理推导而来，包括：
根据电磁对偶原理中元件的对偶关系，磁路中的磁动势、磁阻、网孔和节点分别与电路中的电流源、电感、节点和网孔一一对应，磁阻的串联和并联拓扑分别与电感的并联和串联拓扑对应。
4.根据权利要求3所述的仿真方法，其特征在于，所述根据电磁对偶原理中元件的对偶关系，磁路中的磁动势、磁阻、网孔和节点分别与电路中的电流源、电感、节点和网孔一一对应，磁阻的串联和并联拓扑分别与电感的并联和串联拓扑对应，包括：
根据磁阻的表达式
磁通所流过的磁路均存在磁阻，l为磁路长度，μ为磁导率，A为铁心截面积；
根据磁路的欧姆定律
得到电流源i和磁动势F的关系为
电感L和磁阻
的关系为
Ψ为磁链，
为磁通，Λ为磁阻的导数，即磁导，N为线圈匝数。
5.根据权利要求4所述的仿真方法，其特征在于，所述中间变压器的模型参数反映磁路物理本质，具有物理意义。
6.根据权利要求5所述的仿真方法，其特征在于，所述中间变压器的模型参数反映磁路物理本质，具有物理意义，包括：
根据电磁对偶原理，将所述中间变压器的结构等效为：一次侧绕组电阻Rs1、漏抗Ls和二次侧绕组电阻Rs2依次串联，一次侧绕组电阻Rs1和漏抗Ls之间的节点对地支路由非线性励磁电抗Lm1与铁损电阻Rm1并联组成，二次侧绕组电阻Rs2和漏抗Ls之间的节点对地支路由另一条励磁支路对应的非线性励磁电抗Lm2与铁损电阻Rm2并联组成；
其中，按线圈匝数归算后的漏感Ls表征一、二次绕组间的漏磁导，励磁电感Lm1表征心柱和一半铁轭的磁导，Lm2表征旁柱和另一半铁轭的磁导。
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