等效微分電(磁)路原理計(jì)算直流偏磁單相變壓器模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于變壓器建模技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種等效微分電（磁）路原理計(jì)算直 流偏磁單相變壓器模型。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國地域遼闊，發(fā)電能源和用電負(fù)荷的分布極不均衡，一次能源基地和用電負(fù)荷 中心呈"逆向分布"，這一客觀現(xiàn)實(shí)決定了我國電力流跨區(qū)域和大規(guī)模流動(dòng)的必然性。高壓 直流輸電由于在遠(yuǎn)距離、大容量輸電和電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)方面具有明顯技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，在西部 豐富的水電、可再生能源和大型煤電高效率送往中東部地區(qū)過程中發(fā)揮著重要作用，因此 在我國獲得了大規(guī)模規(guī)劃建設(shè)。
[0003] 然而，高壓直流輸電單極大地回路運(yùn)行時(shí)，強(qiáng)大的入地直流電流有可能造成直流 接地極附近中性點(diǎn)接地變壓器發(fā)生直流偏磁，致使鐵芯飽和程度大大增加。直流偏磁對(duì)變 壓器的影響主要表現(xiàn)在：一方面，由于變壓器勵(lì)磁特性的非線性，勵(lì)磁電流高度畸變，變壓 器無功損耗增加；另一方面，鐵芯飽和使漏磁增加，相關(guān)部件損耗增加，溫升增大，嚴(yán)重威脅 交直流混聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004] 針對(duì)變壓器直流偏磁，國內(nèi)外已開展了多方面研宄，其中直流偏磁對(duì)變壓器本體 的影響與發(fā)生直流偏磁的變壓器對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響是研宄的焦點(diǎn)。研宄上述問題的關(guān)鍵是 建立合適的變壓器模型，這關(guān)系到能否準(zhǔn)確研宄直流電流對(duì)變壓器運(yùn)行特性帶來的影響， 也關(guān)系到能否合理評(píng)估直流偏磁對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行的影響，以及能否正確選擇合理的直流偏 磁抑制措施。
[0005] 針對(duì)于此，有學(xué)者建立變壓器電路磁耦合模型，以經(jīng)驗(yàn)公式描述變壓器鐵芯的磁 化曲線，提出鐵芯的頻率相關(guān)非線性磁阻計(jì)算公式，在頻域內(nèi)建立模型；有學(xué)者以對(duì)偶原理 建立了變壓器綜合電路模型，只使用一個(gè)電路即可表示整個(gè)變壓器的電磁行為，但由于對(duì) 偶性理論只適用于具有平面磁拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變壓器，這限制了該模型的應(yīng)用；有學(xué)者基于電 路和磁路理論，提出了直流偏磁下有、無變壓器油箱的三相三柱式變壓器模型。
[0006] 現(xiàn)有模型存在的問題可歸納為兩點(diǎn)：針對(duì)有復(fù)雜磁路結(jié)構(gòu)的變壓器，不能保證精 度或者計(jì)算繁瑣；保證了精度，卻只能應(yīng)用到結(jié)構(gòu)簡單的變壓器上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種單相變壓器模型，用以評(píng)估變壓器耐受直流偏磁能力， 解決現(xiàn)有模型過于復(fù)雜或精度不高以及只能應(yīng)用范圍窄的缺點(diǎn)。
[0008] 為了解決上述問題所采用的技術(shù)方案是：一種等效微分電（磁）路原理計(jì)算直流 偏磁單相變壓器模型，包括以下步驟： a. 基于單相變壓器鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變壓器參數(shù)，建立電路模型； b. 基于微分磁路原理，建立微分磁路模型； c. 基于變壓器微分磁路模型，推導(dǎo)鐵芯微分磁通、微分磁動(dòng)勢(shì)、磁鏈與回路微分磁通關(guān) 系式； d. 基于前三步驟結(jié)論，推導(dǎo)微分電感矩陣； e. 基于單相變壓器繞組聯(lián)接形式與微分電桿矩陣，建立單相變壓器組電路模型； f. 基于數(shù)值算法，求解變壓器微分電路方程組，求取目標(biāo)變量； g. 模型可信性驗(yàn)證。
[0009] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案：步驟a中，借助非線性電阻表征變壓器鐵芯渦流損耗。
[0010] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案：步驟b中，基于單相變壓器參數(shù)，建立變壓器微分磁路模型。
[0011] 進(jìn)一步的優(yōu)選方案：步驟f中，運(yùn)用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)值算法，求出變壓器在正常 工作狀態(tài)及直流偏磁時(shí)的勵(lì)磁電流、磁密、磁場強(qiáng)度。
[0012] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：在對(duì)單相變壓器建模時(shí)，采用了更加合理的物理模型，綜合考慮了 鐵芯磁滯曲線、鐵芯磁滯和渦輪效應(yīng)、鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等關(guān)鍵要素，利用等效微分電（磁）路 (Equivalent Incremental Circuit，EIC)構(gòu)建變壓器電路、磁路親合方程，有效解決了變 壓器模型精度和復(fù)雜度不能兼得的矛盾，為變壓器直流偏磁研宄提供了一種精確實(shí)用的物 理模型。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明提出的單相變壓器模型，可準(zhǔn)確得到不同直流電流量入侵時(shí)變壓器勵(lì) 磁電流及一、二次繞組電流畸變程度，為可靠評(píng)估變壓器耐受直流偏磁能力及確定有效合 理的治理措施提供依據(jù)，確保交直流混聯(lián)電網(wǎng)的安全運(yùn)行，能夠有效保證設(shè)備選型的經(jīng)濟(jì) 合理性，對(duì)設(shè)備選型的合理性和經(jīng)濟(jì)性有重要意義。
【附圖說明】
[0014] 圖1為單相心式變壓器模型構(gòu)建流程圖 圖2為變壓器鐵芯疊片示意圖 圖3為變壓器鐵芯等效磁支路 圖4為心式變壓器鐵芯等效磁路模型 圖5為心式變壓器鐵芯等效磁路模型 圖6為單相三柱雙繞組心式變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)示意圖 圖7為變壓器鐵芯磁支路示意圖 圖8為變壓器鐵芯集總參數(shù)等效磁支路 圖9為變壓器鐵芯微分等效磁支路 圖10為單相三柱雙繞組心式變壓器微分磁路模型 圖11為Y/Y聯(lián)接變壓器等效電路 圖12為單相三柱雙繞組心式變壓器勵(lì)磁涌流
【具體實(shí)施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0016] 1.基于單相變壓器鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變壓器參數(shù)，建立電路模型
[0017] (1)非線性電阻表征變壓器鐵芯渦流損耗
[0018] 變壓器鐵芯磁通不斷變化，變化的磁場將在鐵芯中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，這些 電流在鐵心內(nèi)部環(huán)繞磁通呈渦流狀流動(dòng)，稱為渦流。圖2為鐵芯疊片示意圖，鐵芯疊片長度 為lp，厚度為d，截面積為Αρ，τ為疊片寬度，σ為電導(dǎo)率，Bp為磁感應(yīng)強(qiáng)度。
[0019] 根據(jù)Bertotti理論，心式變壓器鐵芯瞬時(shí)功率損耗為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 等效微分電(磁)路原理計(jì)算直流偏磁單相變壓器模型，其特征在于：包括以下步驟： a.基于單相變壓器鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變壓器參數(shù)，建立電路模型； b. 基于微分磁路原理，建立微分磁路模型； c. 基于變壓器微分磁路模型，推導(dǎo)鐵芯微分磁通、微分磁動(dòng)勢(shì)、磁鏈與回路微分磁通 關(guān)系式； d. 基于前三步驟結(jié)論，推導(dǎo)微分電感矩陣； e. 基于單相變壓器繞組聯(lián)接形式與微分電桿矩陣，建立單相變壓器組電路模型； f. 基于數(shù)值算法，求解變壓器微分電路方程組，求取目標(biāo)變量； g. 模型可信性驗(yàn)證。
2. 如權(quán)利要求1所述的等效微分電(磁)路原理計(jì)算直流偏磁單相變壓器模型，其特征 在于：步驟a中，借助非線性電阻表征變壓器鐵芯渦流損耗。
3. 如權(quán)利要求1所述的等效微分電(磁)路原理計(jì)算直流偏磁單相變壓器模型，其特征 在于：步驟b中，基于單相變壓器參數(shù)，建立變壓器微分磁路模型。
4. 如權(quán)利要求1所述的等效微分電(磁)路原理計(jì)算直流偏磁單相變壓器模型，其特征 在于：步驟f?中，運(yùn)用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)值算法，求出變壓器在正常工作狀態(tài)及直流偏磁時(shí) 的勵(lì)磁電流、磁密、磁場強(qiáng)度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種等效微分電（磁）路原理計(jì)算直流偏磁單相變壓器模型，包括以下步驟：a.基于單相變壓器鐵芯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及變壓器參數(shù)，建立電路模型；b.基于微分磁路原理，建立微分磁路模型；c.基于變壓器微分磁路模型，推導(dǎo)鐵芯微分磁通、微分磁動(dòng)勢(shì)、磁鏈與回路微分磁通關(guān)系式；d.基于前三步驟結(jié)論，推導(dǎo)微分電感矩陣；e.基于單相變壓器繞組聯(lián)接形式與微分電桿矩陣，建立單相變壓器組電路模型；f.基于數(shù)值算法，求解變壓器微分電路方程組，求取目標(biāo)變量；g.模型可信性驗(yàn)證；本發(fā)明的單相變壓器模型，可準(zhǔn)確得到不同直流電流量入侵時(shí)變壓器勵(lì)磁電流及一、二次繞組電流畸變程度，確保交直流混聯(lián)電網(wǎng)的安全運(yùn)行，有效保證設(shè)備選型的經(jīng)濟(jì)合理性。
【IPC分類】G06F19-00
【公開號(hào)】CN104657599
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510051275
【發(fā)明人】白宏坤, 劉永民, 李文峰
【申請(qǐng)人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年1月30日