CN114841113A - 一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电流互感器仿真领域,尤其涉及一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法,本技术方案中,通过采用迭代计算的方法,实现电流互感器工作在交流电压Ui和给定直流电流idc条件下,迭代计算此时的直流磁通、总磁通和励磁电流值,多次迭代计算得到多组数据,进而实现电流互感器直流偏磁条件下铁心磁化曲线的拟合,并以此来计算直流偏磁条件下电流互感器励磁电感值,最终实现直流偏磁条件下,对电流互感器起始饱和时间的准确计算,提高了继电保护动作的准确率。
Description
技术领域
本发明涉及电流互感器仿真领域,尤其涉及一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法。
背景技术
随着高压直流输电工程的大规模建设,地磁暴在高纬度地区频繁发生和城市轨道交通的迅速发展,直流电流、地磁感应电流和杂散电流等直流电流会通过接地网等流入电网中,电网中的电磁设备均会发生直流偏磁现象。电流互感器作为电力系统中重要的电力设备之一,其暂稳态传变特性关系到继电保护能否正确动作。当电流互感器发生直流偏磁时,其铁心处于半波饱和状态,励磁电流发生畸变,电流互感器磁化特性发生变化,励磁电感值发生改变。电流互感器在进行暂稳态特性仿真计算时,所取励磁电感的参数值以及最后的结果也将发生改变。
目前直流偏磁对电流互感器的影响多是集中在对电流互感器暂态传变特性研究上,保护用电流互感器暂态传变特性对继电保护装置的正确动作有着重要的影响,但现有技术和研究计算电流互感器暂态传变特性时,将励磁电感值代入的值依旧是基于电流互感器的基本磁化曲线计算出来的励磁电感值,与实际中直流偏磁条件下电流互感器励磁电感值相差较大,电流互感器发生直流偏磁现象后,磁化特性已经发生了改变,其磁化曲线也对应发生了改变,相应的励磁电感值也发生了改变。若按照无偏磁磁化曲线计算励磁电感值,暂态计算的结果将与实际误差相差较大,影响电力系统继电保护的正确动作。
发明内容
为了解决上述现有技术在直流偏磁条件下在计算中电流互感器励磁电感值并不准确的缺陷,本发明提供了一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法,其目的在于,采用迭代计算的方法,实现电流互感器工作在交流电压Ui和给定直流电流idc条件下,迭代计算此时的直流磁通、总磁通和励磁电流值,多次迭代计算得到多组数据,实现电流互感器直流偏磁条件下铁心磁化曲线的拟合,以此来计算直流偏磁条件下电流互感器励磁电感值。
本发明采用的技术方案如下:
一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法,包括以下步骤:
步骤A:获取电流互感器的电压Ui和电流Ii的特性数据;
步骤B:将步骤A获取的电压Ui和电流Ii数据分别转换为磁感应强度Bi和磁场强度Hi;
步骤C:将步骤B得到的Bi、Hi数据组拟合成H=xsinh(yB)的双曲线,其中,sinh表示双曲函数,x和y为待拟合系数,且x和y的值都应大于1;
步骤F:迭代计算交流电压Ui条件下直流电流idc入侵电流互感器后产生的直流磁通;
采用上述技术方案,通过迭代计算的方法,解决了现有技术中在直流偏磁条件下电流互感器励磁电感值计算取值不准确,从而导致起始饱和时间等电流互感器暂态传变特征指标计算不准确的技术问题,使得直流偏磁条件下电流互感器励磁电感值更加接近于实际值。
进一步的,所述步骤F具体包括:
步骤F3:根据步骤C拟合出的磁化曲线,计算第k次的励磁电流;
步骤F5:计算第k次迭代计算时的励磁电流最大值imax=max(im,k(t));
步骤F6:判断|idc,k-idc|<ξ,其中ξ为门槛值,取值为0.00001,若判断结果为是,转入步骤F11;
步骤F8:令k=k+1;
步骤F9:判断k<δ,δ为限定值,取值10000,若是,转步骤F3;
进一步的,所述步骤F3中第k次的励磁电流具体的计算公式为:
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
1)现有技术中在分析直流偏磁条件下对电流互感器暂态传变的影响时,往往忽略了电流互感器在直流偏磁时励磁电感值已经发生改变,因此本方案在对处于直流偏磁状态下的电流互感器分析其暂态特性改变时,考虑直流偏置磁通的影响,重新计算了电流互感器铁心的磁化曲线;采用迭代计算的方法,计算出直流电流idc入侵电流互感器后互感器铁心的磁化曲线,再计算得到电流互感器此时的励磁电感值,解决了现有技术中在直流偏磁条件下电流互感器暂态传变特性计算时励磁电感值较实际相差较大的问题,使得电流互感器起始饱和时间等特性指标计算更为准确。
2)电流互感器铁心偏磁磁化曲线能够更好的描述此时电流互感器铁心的磁化状态,铁心磁化曲线斜率代表了电流互感器励磁电感的大小,使得励磁电感的计算更加准确,对后续分析电流互感器暂态特性、直流偏磁影响下电流互感器传变特性改变引起继电保护误动等具有重要的意义。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明,其中:
图1为本发明方法总体流程图;
图2为电流互感器结构图;
图3为电流互感器等效电路图;
图4为迭代计算交流电压Ui条件下直流电流idc入侵电流互感器后产生的直流磁通迭代计算流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
下面结合图1~图4对本发明作详细说明。
电流互感器结构图如图2所示,由于电流互感器一次侧和二次侧无直接的电气连接,为了方便分析和计算,通常将电流互感器一次侧折算到二次侧,如图3所示。现有技术和研究计算电流互感器暂态传变特性时,当保护用电流互感器一次侧流过交流电流和直流电流时,直流电流不能传变到电流互感器的二次侧,直流电流将全部流经励磁绕组,其产生的直流磁通会与交流磁通相叠加,共同形成此时电流互感器的工作磁通。电流互感器的交直流磁通叠加并不是直流电流产生的直流磁通与交流电流产生的交流磁通直接相加。但研究表明,电流互感器的铁心同时处于交流磁场和直流磁场共同作用时,由于铁心的非线性磁化特性,其交直流磁场叠加后铁心的磁化特性也较为复杂。若此时依旧采用无偏磁磁化曲线对铁心的磁化特性进行描述,其所计算出的励磁电流、励磁电感等值会与实际相差巨大,且电流互感器暂态传变特性的特征指标值也会与实际相差巨大,因此要在直流偏磁条件下,对电流互感器铁心的曲线重新进行仿真计算,从而得到准确的励磁电感值,总体流程图如图1所示。
若要准确模拟某一直流电流下的铁心磁化曲线,可以在实际实验中获得多组的数据,多组测量数据能够较为精确的模拟此时电流互感器铁心的磁化曲线。但是不同的直流电流对应着铁心不同的直流偏磁磁化曲线,若全用实际的测量数据进行计算会大大加大成本且不利于日常的仿真计算。
因此本发明采用迭代计算的方法,实现电流互感器工作在交流电压Ui和给定直流电流idc条件下,迭代计算此时的直流磁通、总磁通和励磁电流值,迭代计算具体流程图如图4所示。多次迭代计算得到多组数据,实现电流互感器直流偏磁条件下铁心磁化曲线的拟合,以此来计算直流偏磁条件下电流互感器励磁电感值,从而实现直流偏磁条件下,电流互感器起始饱和时间的准确计算,提高继电保护动作的准确率。
本发明提供一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法,其具体步骤包括:
步骤A:获取电流互感器基本参数,具体包括:
出厂伏安特性数据组:电压U1,U2,U3,…,Um;电流I1,I2,I3,…,Im、二次侧绕组匝数N、铁心平均横截面积S、铁心平均磁路长度l、漏磁系数α;
步骤B:根据法拉第电磁感应定律,将步骤A获取的电压Ui转换为磁感应强度Bi,具体为:其中,i=1,2,3,…,m,f为工频50Hz;根据安培环路定理,将步骤A获取的电流Ii转换为磁场强度Hi,具体为:
步骤C:利用最小二乘法将步骤B得到的B、H数据组拟合成H=xsinh(yB)的双曲线,其中,sinh表示双曲函数,x和y为待拟合系数,且x和y的值都应大于1;
步骤F:迭代计算交流电压Ui条件下直流电流idc入侵电流互感器后产生的直流磁通;
步骤F5:计算第k次迭代计算时的励磁电流最大值imax=max(im,k(t));
步骤F6:判断|idc,k-idc|<ξ,其中ξ为门槛值,取值为0.00001,若判断结果为是,转入步骤F11;
步骤F8:令k=k+1;
步骤F9:判断k<δ,δ为限定值,取值10000,若是,转步骤F3;
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 (7)
1.一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤A:获取电流互感器基本参数,包括电压Ui和电流Ii的特性数据;
步骤B:将步骤A获取的电压Ui和电流Ii数据分别转换为磁感应强度Bi和磁场强度Hi;
步骤C:将步骤B得到的Bi、Hi数据组拟合成H=xsinh(yB)的双曲线,其中,sinh表示双曲函数,x和y为待拟合系数,且x和y的值都应大于1;
2.根据权利要求1所述的一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法,其特征在于,所述电流互感器基本参数还包括:二次侧绕组匝数N、铁心平均横截面积S、铁心平均磁路长度l以及漏磁系数α。
3.根据权利要求2所述的一种获取直流偏磁条件下电流互感器励磁电感的方法,其特征在于,所述步骤F具体包括:
步骤F3:根据步骤C拟合出的磁化曲线,计算第k次的励磁电流;
步骤F5:计算第k次迭代计算时的励磁电流最大值imax=max(im,k(t));
步骤F6:判断|idc,k-idc|<ξ,其中ξ为门槛值,取值为0.00001,若判断结果为是,转入步骤F11;
步骤F8:令k=k+1;
步骤F9:判断k<δ,δ为限定值,取值10000,若是,转步骤F3;
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