JPH065248B2 - 変圧器特性模擬装置 - Google Patents

変圧器特性模擬装置

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JPH065248B2
JPH065248B2 JP61283772A JP28377286A JPH065248B2 JP H065248 B2 JPH065248 B2 JP H065248B2 JP 61283772 A JP61283772 A JP 61283772A JP 28377286 A JP28377286 A JP 28377286A JP H065248 B2 JPH065248 B2 JP H065248B2
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voltage
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transformer
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simulation circuit
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眞 寺田
浩 鈴木
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  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Testing Electric Properties And Detecting Electric Faults (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統に用いる変圧器の電気的特性が模
擬できる変圧器特性模擬装置に関するものである。 〔従来の技術〕 電力系統が巨大化,複雑化するにしたがい、その計画お
よび運用は格段の精密さを持つシステム技術が必要とさ
れるようになってきた。 しかしながら、このような技術を実際の系統上で実験,
評価するのは不可能に近く、机上または実験室での検討
に委ねている。そのため、発達の著しいコンピュータに
よるオフラインシミュレーションと、実験室で模擬送電
線設備と称して電力系統の縮小型モデルを電気回路で構
成し、これに制御保護設備を接続したモデルの実験とを
比較し、前者の妥当性を検討しつつ、その改善,高精度
化を図っている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の変圧器特性模擬装置は以上のように構成されてい
るので、変圧器はスケールファクタを各定数について実
現するのは困難である。 したがって、線路,発電機との組合せや、機器の制御保
護設備との組合せによる諸現象,諸動作の詳細な検討は
オフラインシミュレーションのみに依存することとな
り、現実性に欠けるという問題点があった。 この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、変圧器との相似性を保ちつつ、比較的容易
に特性が模擬できる変圧器特性模擬装置を得ることを目
的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る変圧器特性模擬装置は、変圧器実器の一
次巻線抵抗を模擬する第1の抵抗及び一次巻線漏洩イン
ピーダンスを模擬する第1のインピーダンスが直列接続
された第1の模擬回路に電圧を印加する一次端子、変圧
器実器の二次巻線抵抗を模擬する第2の抵抗及び二次巻
線漏洩インピーダンスを模擬する第2のインピーダンス
が直列接続された第2の模擬回路に電圧を印加する二次
端子、上記第1の模擬回路に流れる電流に応じた電圧及
び一次端子の印加電圧を一次側の第1及び第2のコイル
を介して導入し、応じた電圧を二次側の第1のコイルを
介して上記第1の模擬回路の出力端子に変成すると共
に、上記第2の模擬回路に流れる電流に応じた電圧及び
二次端子の印加電圧を一次側の第3及び第4のコイルを
介して導入し、応じた電圧を二次側に第2のコイルを介
して上記第2の模擬回路の出力端子に変成する磁化特性
模擬回路、上記第1の模擬回路に流れる電流に応じた電
圧を第1の模擬回路に印加する第1の電圧印加手段、上
記第2の模擬回路に流れる電流に応じた電圧を第2の模
擬回路に印加する第2の電圧印加手段を備えたものであ
る。
【作用】
この発明における第1及び第2の電圧印加手段は、一次
及び二次端子からみた第1及び第2の抵抗と第1及び第
2のインピーダンスの比率が変圧器実器の一次及び二次
巻線抵抗と一次及び二次巻線漏洩インピーダンスの比率
となるよう調整された電圧を第1及び第2の模擬回路に
印加し、磁化特性模擬回路は一次及び二次端子電圧と第
1及び第2の模擬回路に流入する電流とが変圧器実器の
一次及び二次電圧と各々の流入電流と相似の関係となる
よう調整された電圧を第1及び第2の模擬回路に変成出
力するものである。 〔実施例〕 まず、実施例を説明する前に原理について説明する。 第4図は変圧器の等価回路図、第5図は磁化特性図であ
る。 第4図に示す変圧器を模擬する場合、励磁電流によって
生ずる誘導起電力をe1φ,e2φとすると、主回路レ
ベルで、 が成立し、理想的な縮小型モデルが得られた場合は、縮
小比をk1,k2として、 k11−k111−k11pi1=k11φ……(1) k22φ−k222−k22pi2=k22……(2) が得られる。 しかしながら、漏洩リアクタンスL1をモデル化してk1
1としたとき、抵抗R1はk′R1となり、k′>k
となる。すなわち、ωL/Rはモデルの方が小さくな
る。 したがって、 k11−k′R1′−k11pi′…………(5) という電圧降下が得られる。 そこで、(k′−k1)R1の大きさの電圧を発生させ
る部分を作り、これをk′R1と逆向きの極性にして
印加すれば、 k11−k′R11′-k11pi′+(k′−k1)R1′ =k11−k11′−k11pi′…………(6) となり、第(1)式とi′,i1の違いを除き合同であ
る。すなわち、第(1)式を忠実に模擬できる。 第(2)式についても同様で、 k22φ−k′R2′−k22pi′………(7) という電圧降下に対し、(k′−k2)R2の大きさの
電圧を発生させる部分を作り、これをk2′R2と逆向き
の極性にして印加すれば、 k22=k22φ−k′R2′−k22pi′+(k′−k2)R2
′ =k22φ−k22′−k22pi′……(8) となり、第(2)式とはi′とi2の違いを除き合同であ
る。 次に、変圧器の励磁インピーダンスに相当する電圧発生
部分については、 であり、 φ=f(ie)…………(11) と表現できる。すなわち、第(12)式で表わされるie
導出し、これを第(9)式,第(10)式の電圧降下を発生す
る回路に導入すればよい。 ここで、必要なf(ie)の関数は、変圧器鉄心の飽和特性
を示し、小型変圧器の特性設計によって相似の非線形特
性が得られる。ただし、電流の大きさについては不適合
なので、増幅器によって補正する必要がある。 また、 の関係は上述の変圧器の磁束鎖交の中で演算した形にし
てもよく、差動増幅器によっても実現できる。 以上のことより、 となる変圧器の基本式が模擬できることが分る。そし
て、特に、e1φ,e2φを変化させることにより、第5
図の磁化特性曲線を変形させることができる。 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、1,2は模擬しようとする変圧器の1次,
2次端子、11,21は同じく1次,2次巻線抵抗
1,R2に相当する抵抗相当素子(以下、単に抵抗とい
う)、12,22は1次,2次漏洩リアクタンスL1
2に相当するリアクタンス相当素子(以下、単にリア
クタンスという)を示す。3は内部誘起電圧に相当する
磁化特性模擬回路を示し、巻線31〜34等で構成されて
いる。4は磁化特性模擬回路3の出力側に接続されてい
る増幅器、5は増幅器4の出力を調整して端子61〜64
へ供給する。13,23は変圧器の1次,2次側の模擬
回路を流れる励磁電流を検出する励磁電流検出回路とし
ての変流器、14,24は増幅器15,25の出力を受
けて一定出力電圧を抵抗11,21による電圧降下分を
打ち消す方向へ印加する変圧器を示し、増幅器15,2
5は磁化特性模擬回路3へも入力を与えている。16,
26は変圧器の1次,2次端子1,2に印加される電圧
を検出し、その大きさ,位相によって開閉回路17,2
7へ信号を与える電圧検出回路を示し、開閉回路17,
27は磁化特性模擬回路3へ入力を与えている。 第1図のように構成することにより、変圧器の動作時の
磁束を強制的に変更させたり、飽和や残留磁束の発生を
行わせることができる。 次に、調整の操作について説明する。 まず、端子61,62間を短絡し、変圧器の1次漏洩リア
クタンスL1の模擬を行うが、抵抗およびリアクタンス
分を模擬対象の実器と同じ比率とするため、変圧器14
の入力側または出力側を調整して抵抗11による電圧降
下を補償し、1次端子1からみた1次巻線抵抗R1,1
次漏洩リアクタンスL1が実器と同じ比率となるように
調整する。変圧器の2次漏洩リアクタンス2についても
同様に変圧器24の入出力を調整して抵抗21による電
圧降下分を補償し、2次端子2からみた2次巻線抵抗R
2,2次漏洩リアクタンスL2が実器と同じ比率となるよ
うに調整する。 次に、端子63,64を開放し、磁化特性模擬回路3の巻
線31の入力及び鉄心の積厚,ギャップを調整して1次
端子1から電流を印加し、1次端子1の両端に発生する
電圧降下と流入電流が実器と相似の特性関係となるよう
に調整する。そして、端子61,62を開放し、巻線32
の入力を調整して2次端子2から電流を印加し、2次端
子2の両端に発生する電圧降下と流入電流とが実器と相
似の特性関係となるように調整する。 以上のように磁化特性模擬回路3、変圧器14,24を
調整すると、この変圧器特性模擬装置は次のように動作
する。 まず、1次端子1に電圧が印加されると、抵抗11,リ
アクタンス12に電圧降下を生じ、変流器13の1次側
に電流が流れる。この電流は増幅器15で増幅されて磁
化特性模擬回路3の巻線33へ流れ、磁化特性模擬回路
3の2次側に電圧降下分が発生する。この電圧は増幅器
4で増幅され、インピーダンス変換部5を経由して2次
側の端子61,62に印加され、この電圧は抵抗11,リ
アクタンス12,変圧器14の電圧降下分と相殺され、
1次端子1の印加電圧と平衡する。 次に、2次端子2に電圧が印加された場合も1次端子1
に電圧を印加した場合と同様になり、抵抗21,リアク
タンス22に電圧降下が生じ、変流器23の1次側に電
流が流れる。この電流は巻線34へ流れ、磁化特性模擬
装置3の2次側に電圧降下分が発生する。この電圧は端
子63,64に印加され、抵抗21,リアクタンス22,
変圧器24の電圧降下分と相殺され、2次端子2の印加
電圧と平衡する。 以上の動作によって第(1)式〜第(4)式の関係を比例縮小
させて回路上で実現させることができる。すなわち、変
圧器の1次,2次の漏洩インピーダンスを個別に模擬調
整した後、変圧器励磁部分のみ特性を模擬調整して漏洩
インピーダンス回路に直列に印加し、それぞれ1次,2
次電源を接続すればよい。 このような変圧器では、電圧を印加して磁束が確立する
までの動作は実器と異なって単純ではないので、電圧検
出回路16,26で1次,2次の電圧確立までの過渡状
態を監視,検出し、開閉回路17,27を制御する。す
なわち、1次端子1から電圧を印加すると、端子61
2を閉じて電圧検出回路16の入力端電圧を計測し、
漏洩リアクタンスおよびインピーダンスを所定の入力範
囲で調整する。 次に、電圧検出回路16で開閉回路17を制御して巻線
1に電圧を印加し、この値を適切なレベルに保つよう
に増幅器4の出力を調整する。 さらに、端子61,62を開放して変圧器の1次側相当回
路(符号で1,31,33,61,62,11〜17)を消
勢した後、端子63,64を閉じて同様に変圧器の2次側
相当回路の調整を行い、漏洩リアクタンスおよびインピ
ーダンスを所定の電圧範囲内で調整する。 最後に電圧検出回路26で電圧を検出しつつ開閉回路2
7を制御して巻線32に電圧を印加し、励磁特性模擬に
相当した電圧を2次側に発生させる。この電圧を増幅器
4によって増幅調整して所定値に達すると、端子63
4の短絡を解いて端子63,64から電圧を印加する。 上記のように構成すると、受動回路相互間、例えば1次
巻線抵抗R1,1次漏洩リアクタンスL1と1次励磁巻
線,2次巻線抵抗R2,2次漏洩リアクタンスL2と2次
励磁巻線との間には必ず増幅器15,25が介されるの
で、それぞれの回路のパワーレベルを独立に選定でき、
縮小モデルに起り易い性能特性の低下をきたさなくな
る。 第2図はこの発明による他の実施例を示す構成図であ
り、図において、第1図と同一部分には同一符号が付し
てある。 7は開閉切換回路を示し、磁化特性模擬回路3への入力
を制御する。 18,28は増幅器を示し、電圧検出回路16,26の
検出結果の制御を受け、電圧位相に同期した電圧を開閉
切換回路7へ印加する。 このように構成することにより、磁化特性模擬回路3へ
相対的に大きな値を印加することができるので、磁化特
性を相対的に低く設定できる。また、磁化特性模擬回路
3の制御を電圧検出回路16,26の出力で行うことよ
り、直流的な磁化を行うことができるほか、増幅器1
5,25、18,28の出力の大きさを調整することに
より、交流的な磁化を加減することができる。すなわ
ち、磁化特性模擬回路3に加える1次側電流の大きさと
位相とを変更することにより、変圧器磁心の交流飽和お
よび直流飽和を自在に発生させることができる。 なお、増幅器18,28の交流増幅器の出力を多重化
し、その一つに整流回路を配して直流出力を得、この直
流出力を開閉切換回路7に加え、その出力発生タイミン
グを制御して磁化特性模擬回路3の励磁入力に直流印加
ができるようにしてもよい。この場合は、直流飽和をよ
り適確に発生,制御させることができる。 第3図はこの発明によるさらに他の実施例を示す構成図
であり、図において、第2図と同一部分には同一符号が
付してある。 8は開閉増幅器を示し、磁化特性模擬回路3への入力を
制御する。 9は電圧検出回路を示し、増幅器4の出力を検出し、こ
の結果で開閉増幅器8を制御する。 このように構成することにより、磁化特性模擬回路3の
出力電圧は磁束を微分したものであるから、この電圧を
積分した波形は磁束の瞬時変化を電圧検出回路9で直接
的に連続計測することになる。したがって、磁化特性模
擬回路3の出力を直接計測監視することとなり、変圧器
鉄心の磁化状態を模擬し、直流飽和,交流飽和の発生状
況を再現することが確実にできるようになる。 なお、第1図〜第3図の実施例で説明したが、要旨をま
げないで種々の変形例に適用できることはいうまでもな
い。 〔発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、調整手段で調整した
磁束/電圧発生分発生手段の電圧は印加電圧から各電圧
低下分発生手段の電圧を差し引いたものと平衡し、実際
の変圧器と相似する。 したがって、漏洩インピーダンス,励磁インピーダンス
の模擬が忠実に行え、励磁特性の時間軸上模擬が可能と
なる。 また、受動型回路においても性能が向上する等の効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図,第2図,第3図はそれぞれこの発明の実施例に
よる変圧器特性模擬装置を示す構成図、第4図は変圧器
の等価回路図、第5図は磁化特性図である。 図において、3は磁化特性模擬回路、4は増幅器、5は
インピーダンス変換部、11,21は抵抗相当素子、1
2,22はリアクタンス相当素子、13,23は変流
器、14,24は変圧器、15,25は増幅器、17,
27は開閉回路を示す。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】変圧器実器の一次巻線抵抗を模擬する第1
    の抵抗及び一次巻線漏洩インピーダンスを模擬する第1
    のインピーダンスが直列接続された第1の模擬回路に電
    圧を印加する一次端子、変圧器実器の二次巻線抵抗を模
    擬する第2の抵抗及び二次巻線漏洩インピーダンスを模
    擬する第2のインピーダンスが直列接続された第2の模
    擬回路に電圧を印加する二次端子、上記第1の模擬回路
    に流れる電流に応じた電圧及び一次端子の印加電圧を一
    次側の第1及び第2のコイルを介して導入し、応じた電
    圧を二次側の第1のコイルを介して上記第1の模擬回路
    の出力端子に変成すると共に、上記第2の模擬回路に流
    れる電流に応じた電圧及び二次端子の印加電圧を一次側
    の第3及び第4のコイルを介して導入し、応じた電圧を
    二次側に第2のコイルを介して上記第2の模擬回路の出
    力端子に変成する磁化特性模擬回路、上記第1の模擬回
    路に流れる電流に応じた電圧を第1の模擬回路に印加す
    る第1の電圧印加手段、上記第2の模擬回路に流れる電
    流に応じた電圧を第2の模擬回路に印加する第2の電圧
    印加手段を備え、上記第1及び第2の模擬回路に印加す
    る第1及び第2の電圧印加手段の出力は、一次及び二次
    端子からみた第1及び第2の抵抗と第1及び第2のイン
    ピーダンスの比率が変圧器実器の一次及び二次巻線抵抗
    と一次及び二次巻線漏洩インピーダンスの比率となるよ
    う調整された電圧であり、上記磁化特性模擬回路が第1
    及び第2の模擬回路に変成する出力は、一次及び二次端
    子電圧と第1及び第2の模擬回路に流入する電流とが変
    圧器実器の一次及び二次電圧と各々の流入電流と相似の
    関係となるよう調整された電圧であることを特徴とする
    変圧器特性模擬装置。
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CN106526433B (zh) * 2016-09-20 2019-05-21 海南电网有限责任公司电力科学研究院 变压器电流波形特征试验方法和装置

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