一種基于j-a磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于變壓器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流 仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，由于電力變壓器的鐵心具有飽和及磁滯效 應(yīng)，其B-H曲線不是線性單值關(guān)系。雖然一般變壓器工作在線性段，但在進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)， 有時(shí)需要考慮變壓器的非線性特性和磁滯的影響，比如工頻過(guò)電壓等，因此，迫切需要一種 有效方法對(duì)變壓器勵(lì)磁電流進(jìn)行仿真處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、快速準(zhǔn)確的基于J-A 磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方法。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1、使用經(jīng)典四階Runge-Kutta方法或者歐拉方法求解J-A磁滯模型，得到 B-H曲線；
[0007] 步驟2、根據(jù)得到B-H曲線計(jì)算每一個(gè)磁通量密度B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值，從 而得到電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系，完成了整個(gè)仿真過(guò)程。
[0008] 而且，所述的J-A磁滯模型為：
[0009]
[0010]
[0011]
[0012]
[0014]
[0013] L(x)為L(zhǎng)angevin函數(shù)，其具體表達(dá)式為：
[0015] ivV/iMhfn：/口又，11為磁場(chǎng)強(qiáng)度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，M為磁化強(qiáng)度，MilT為不可 逆磁化強(qiáng)度，為可逆磁化強(qiáng)度度，e為自然對(duì)數(shù)底數(shù)，Ms為飽和磁化強(qiáng)度，a為表明非滯 后磁化曲線形狀的參數(shù)，c為可逆磁化系數(shù)，k為磁疇對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙作用的參數(shù)，a為磁疇間 的相互作用情況的參數(shù)。
[0016] 而且，所述J-A磁滯模型有如下五個(gè)需要確定的參數(shù)：
[0017] Ms:飽和磁化強(qiáng)度；
[0018] a :表明非滯后磁化曲線形狀的參數(shù)；
[0019] c :可逆磁化系數(shù)，取值為0到1 ;
[0020] k :磁疇對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙作用的參數(shù)；
[0021] a :表征磁疇間的相互作用情況的參數(shù)；
[0022] 以上參數(shù)可以通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)加以確定。
[0023] 而且，所述求解J-A磁滯模型的方法包括以下步驟：
[0024]步驟（1)、輸入J-A磁滯模型的五個(gè)需要確定的參數(shù)：飽和磁化強(qiáng)度Ms、滯后磁化 曲線形狀的參數(shù)a、可逆磁化系數(shù)c、磁疇對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙作用的參數(shù)k、磁疇間的相互作用情況 的參數(shù)a ;
[0025] 步驟（2)、輸入計(jì)算時(shí)間和所加電壓；
[0026] 步驟（3)、設(shè)置微分方程初值；
[0027]步驟（4)、計(jì)算非滯后磁化強(qiáng)度Man;
[0028] 步驟（5)、確定該點(diǎn)斜率；
[0029] 步驟（6)、計(jì)算下一點(diǎn)的值，并判斷是否到時(shí)間，如果未到時(shí)間返回步驟
[0030] (4)繼續(xù)處理，否則結(jié)束。
[0031] 而且，所述步驟2的具體處理步驟包括：
[0032] 步驟（1)、給出以獲得的B-H曲線和磁通量密度B隨時(shí)間變化的向量；
[0033]步驟（2)、判斷dB/dt是否大于0 ?如果大于0,則執(zhí)行步驟（3)，否則執(zhí)行步驟 ⑷；
[0034] 步驟（3)向上找到與當(dāng)前的磁通量密度B最接近的B-H曲線上的兩個(gè)點(diǎn)；在這兩 個(gè)點(diǎn)上線性差值求得此時(shí)對(duì)應(yīng)磁通量密度B的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值，跳轉(zhuǎn)步驟（5);
[0035] 步驟（4)、向下找到與當(dāng)前的磁通量密度B最接近的B-H曲線上的兩個(gè)點(diǎn)；在這兩 個(gè)點(diǎn)上線性差值求得此時(shí)對(duì)應(yīng)磁通量密度B的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值；
[0036] 步驟（5)、判斷是否到時(shí)間，如果未到時(shí)間，則轉(zhuǎn)至步驟（2);
[0037] 步驟（6)、由磁場(chǎng)強(qiáng)度H求得電流對(duì)時(shí)間的變化情況，處理結(jié)束。
[0038] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：
[0039] 本發(fā)明利用Jiles-Atherton磁滯模型，通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行變壓器在不同幅值 工頻過(guò)電壓下勵(lì)磁電流的仿真處理，其充分考慮到變壓器鐵心的飽和與磁滯效應(yīng)，能夠準(zhǔn) 確地得到變壓器在不同工頻過(guò)電壓水平下的勵(lì)磁電流波形，其仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，為 運(yùn)行人員提供參考。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1是本發(fā)明求解J-A磁滯模型流程圖；
[0041] 圖2是本發(fā)明求解勵(lì)磁電流流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例做進(jìn)一步詳述：
[0043] 一種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方法，包括以下步驟：
[0044] 步驟1、使用經(jīng)典四階Runge-Kutta方法或者歐拉方法求解Jiles-Atherton磁滯 模型（J-A磁滯模型），得到B-H曲線（磁化曲線）。
[0045] 本發(fā)明采用如下Jiles-Atherton磁滯模型：
[0050] 在式（1)中，L(x)為L(zhǎng)angevin函數(shù)，它的具體表達(dá)式為
[0051]
[0052] 上述公式中的Man為非滯后磁化強(qiáng)度，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，M為磁化強(qiáng) 度，M ilT為不可逆磁化強(qiáng)度，M 為可逆磁化強(qiáng)度度，e為自然對(duì)數(shù)底數(shù)，M s為飽和磁化強(qiáng)度， a為表明非滯后磁化曲線形狀的參數(shù)，c為可逆磁化系數(shù)，k為磁疇對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙作用的參數(shù)， a為磁疇間的相互作用情況的參數(shù)。
[0053] 上述Jiles-Atherton磁滯模型有五個(gè)需要確定的參數(shù)，它們分別是：
[0054] Ms:飽和磁化強(qiáng)度；
[0055] a :表明非滯后磁化曲線形狀的參數(shù)；
[0056] c :可逆磁化系數(shù)，取值為0到1 ;
[0057] k :磁疇對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙作用的參數(shù)；
[0058] a :表征磁疇間的相互作用情況的參數(shù)。
[0059] 以上參數(shù)可以通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)加以確定。
[0060] 求解Jiles-Atherton磁滯模型（J-A磁滯模型）的具體處理過(guò)程如圖1所示，包 括以下處理步驟：
[0061] 步驟（1)、輸入J-A磁滯模型的五個(gè)需要確定的參數(shù)；
[0062] 步驟（2)、輸入計(jì)算時(shí)間和所加電壓；
[0063]步驟（3)、設(shè)置微分方程初值；
[0064]步驟（4)、計(jì)算非滯后磁化強(qiáng)度Man;
[0065]步驟（5)、確定該點(diǎn)斜率；
[0066] 步驟（6)、計(jì)算下一點(diǎn)的值，并判斷是否到時(shí)間，如果未到時(shí)間返回步驟
[0067] (4)繼續(xù)處理，否則結(jié)束。
[0068] 步驟2、根據(jù)得到B-H曲線計(jì)算每一個(gè)磁通量密度B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值，從 而得到電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系，完成了整個(gè)仿真過(guò)程。
[0069] 磁通量密度B隨時(shí)間的變化情況事先已求得，因?yàn)榭蛰d變壓器在不考慮漏阻抗壓 降的情況下：
[0070]
[0071] 其中S是鐵心截面積，1^是原邊西數(shù)。
[0072] 因此，本步驟的具體處理過(guò)程，如圖2所示，包括以下處理步驟：
[0073] 步驟（1)、給出以獲得的B-H曲線和B隨時(shí)間變化的向量；
[0074] 步驟（2)、判斷dB/dt是否大于0 ?如果大于0,則執(zhí)行步驟（3)，否則執(zhí)行步驟 ⑷；
[0075] 步驟（3)向上找到與當(dāng)前的B最接近的B-H曲線上的兩個(gè)點(diǎn)；在這兩個(gè)點(diǎn)上線性 差值求得此時(shí)對(duì)應(yīng)B的H值，跳轉(zhuǎn)步驟（5)
[0076] 步驟（4)、向下找到與當(dāng)前的B最接近的B-H曲線上的兩個(gè)點(diǎn)；在這兩個(gè)點(diǎn)上線性 差值求得此時(shí)對(duì)應(yīng)B的H值；
[0077] 步驟（5)、判斷是否到時(shí)間，如果未到時(shí)間，則轉(zhuǎn)至步驟（2);
[0078] 步驟（6)、由H求得電流對(duì)時(shí)間的變化情況，處理結(jié)束。
[0079] 本發(fā)明可以通過(guò)Matlab軟件，按照?qǐng)D1和圖2給出的兩個(gè)流程圖編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。
[0080] 需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包 括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案 得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1、使用經(jīng)典四階Runge-Kutta方法或者歐拉方法求解J-A磁滯模型，得到B-H曲 線； 步驟2、根據(jù)得到B-H曲線計(jì)算每一個(gè)磁通量密度B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值，從而得 到電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系，完成了整個(gè)仿真過(guò)程。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方法，其特征 在于：所述的J-A磁滯模型為：L(x)為L(zhǎng)angevin函數(shù)，其具體表達(dá)式為：Man為非滯后磁化強(qiáng)度，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，M為磁化強(qiáng)度，M為不可逆磁 化強(qiáng)度，為可逆磁化強(qiáng)度度，e為自然對(duì)數(shù)底數(shù)，Ms為飽和磁化強(qiáng)度，a為表明非滯后磁 化曲線形狀的參數(shù)，c為可逆磁化系數(shù)，k為磁疇對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙作用的參數(shù)，a為磁疇間的相 互作用情況的參數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方法，其特征 在于：所述J-A磁滯模型有如下五個(gè)需要確定的參數(shù)：飽和磁化強(qiáng)度Ms，非滯后磁化曲線形 狀的參數(shù)a，可逆磁化系數(shù)c，磁疇對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙作用的參數(shù)k，表征磁疇間的相互作用情況的 參數(shù)a，以上參數(shù)通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)加以確定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的一種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方 法，其特征在于：所述求解J-A磁滯模型的方法包括以下步驟： 步驟（1)、輸入J-A磁滯模型的五個(gè)需要確定的參數(shù)：飽和磁化強(qiáng)度Ms、滯后磁化曲線 形狀的參數(shù)a、可逆磁化系數(shù)c、磁疇對(duì)運(yùn)動(dòng)阻礙作用的參數(shù)k、磁疇間的相互作用情況的參 數(shù)a; 步驟（2)、輸入計(jì)算時(shí)間和所加電壓； 步驟（3)、設(shè)置微分方程初值； 步驟（4)、計(jì)算非滯后磁化強(qiáng)度Man; 步驟（5)、確定該點(diǎn)斜率； 步驟（6)、計(jì)算下一點(diǎn)的值，并判斷是否到時(shí)間，如果未到時(shí)間返回步驟（4)繼續(xù)處理， 否則結(jié)束。5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的一種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方 法，其特征在于：所述步驟2的具體處理步驟包括： 步驟（1)、給出以獲得的B-H曲線和磁通量密度B隨時(shí)間變化的向量； 步驟（2)、判斷dB/dt是否大于0 ?如果大于0,則執(zhí)行步驟（3)，否則執(zhí)行步驟（4); 步驟（3)向上找到與當(dāng)前的磁通量密度B最接近的B-H曲線上的兩個(gè)點(diǎn)；在這兩個(gè)點(diǎn) 上線性差值求得此時(shí)對(duì)應(yīng)磁通量密度B的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值，跳轉(zhuǎn)步驟（5); 步驟（4)、向下找到與當(dāng)前的磁通量密度B最接近的B-H曲線上的兩個(gè)點(diǎn)；在這兩個(gè)點(diǎn) 上線性差值求得此時(shí)對(duì)應(yīng)磁通量密度B的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值； 步驟（5)、判斷是否到時(shí)間，如果未到時(shí)間，則轉(zhuǎn)至步驟⑵； 步驟（6)、由磁場(chǎng)強(qiáng)度H求得電流對(duì)時(shí)間的變化情況，處理結(jié)束。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于J-A磁滯模型的變壓器勵(lì)磁電流仿真方法，其技術(shù)特點(diǎn)是包括以下步驟：使用經(jīng)典四階Runge-Kutta方法或者歐拉方法求解J-A磁滯模型，得到B-H曲線；根據(jù)得到B-H曲線計(jì)算每一個(gè)磁通量密度B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度H值，從而得到電壓與勵(lì)磁電流的關(guān)系，完成了整個(gè)仿真過(guò)程。本發(fā)明利用Jiles-Atherton磁滯模型，通過(guò)Matlab軟件進(jìn)行變壓器在不同幅值工頻過(guò)電壓下勵(lì)磁電流的仿真處理，其充分考慮到變壓器鐵心的飽和與磁滯效應(yīng)，能夠準(zhǔn)確地得到變壓器在不同工頻過(guò)電壓水平下的勵(lì)磁電流波形，其仿真結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠，為運(yùn)行人員提供參考。
【IPC分類(lèi)】G06F17/50, G06F9/455
【公開(kāi)號(hào)】CN104991994
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510312530
【發(fā)明人】楊磊, 郗曉光, 姚瑛
【申請(qǐng)人】國(guó)網(wǎng)天津市電力公司, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月9日