应用于功率变换器的多绕组高频变压器模型

实施功率变换器的电路仿真时需要较精确的多绕组高频变压器等效电路模型.传统的多绕组变压器星形模型不仅存在负漏感导致的振荡问题,而且其在仿真暂态问题时存在精度较差的问题.基于对偶原理的多绕组变压器模型在仿真暂态时可以更准确,但其拓扑复杂,很难根据端口测量信息确定模型参数.该文利用数值仿真的方法分析多绕组变压器的磁场分布,研究存在交替绕制的复杂绕组结构下多绕组高频变压器的对偶电路模型及其参数的确定方法.提出利用磁路中各磁阻的磁场能量和磁通确定非线性电感的方法,使复杂模型拓扑不受端口测量信息的限制.通过施加多幅值的激励电流来确定磁路中的非线性磁阻,然后通过转换得到非线性电感.最后,将等效电路模型与多边形模型和实验结果进行比较,验证了模型的准确性.     

基于优化算法的变压器绕组等效电路建模

为提高基于变压器绕组等效电路计算的频率响应分析（FRA）曲线与真实绕组测量FRA曲线的一致性,本文针对一个变压器绕组实验室模型,利用多种优化算法对其等效电路参数进行优化,实现变压器绕组等效电路的准确建模。首先,基于经典变压器集总参数等效电路模型,根据节点电压矩阵算法,推导该模型的频率响应曲线计算公式,获得该绕组模型的FRA曲线。其次,基于仿真数据,利用六种优化算法得到等效电路参数的优化结果并对比,实现三种优化算法的预筛选。再次,针对多个变压器绕组模型,将选出的三种优化算法分别应用于绕组等效电路参数优化中,以适度函数值及参数偏移量最小、实测曲线与等效电路仿真曲线间的相似度最大及偏差度最小为指标,确定最佳的参数优化算法。最后,针对选出的最优算法,研究不同迭代次数对优化结果的影响,通过对比选择出最优的迭代次数,获得最优的等效电路参数,并据此建立最终的变压绕组等效电路模型。本文研究成果可为提高基于变压器绕组等效电路的FRA曲线计算准确性提供参考。     

输电线路杆塔雷电冲击阻抗及等效二端口电路模型分析

在输电线路反击耐雷性能仿真中需要建立合理有效的杆塔等效模型。为此,基于电磁场数值计算方法和矢量匹配法研究了输电线路杆塔冲击阻抗和等效电路的建立方法。首先采取电磁场数值软件分析了杆塔的阻抗频域特性函数,再将计算得到杆塔频率响应利用矢量匹配法进行了有理函数拟合,然后用网络综合的方法建立了杆塔二端口等效电路模型,并用PSCAD电磁暂态程序进行了仿真验证。研究表明:该方法可以应用在杆塔的任意2点上,建立对大地的二端口等效电路模型,从而求得杆塔上任意点遭受雷击时杆塔上任意部位的电位变化情况,进而能够模拟可能的放电通道过电压情况,以可用于分析输电线路杆塔雷电反击过程。     

考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型EI北大核心CSCD

三相三柱变压器广泛运用于电力系统中,需建立精准的三相三柱变压器模型支撑电力系统电磁暂态分析与防护研究。经典的变压器BCTRAN模型被广泛运用在电磁暂态仿真研究中,然而经典BCTRAN模型难以准确模拟铁芯在深度饱和状态下变压器不同端口的饱和特性。该文利用序分量参数建立三相三柱变压器BCTRAN模型,精准表征变压器各相绕组间的耦合关系;利用交直流混合源对变压器进行端口试验获取励磁支路深度饱和电感从而构建完整励磁支路;在经典BCTRAN模型的基础上,通过在变压器端口添加表征铁芯空间励磁特性差异的励磁支路,进而建立考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型。对300VA三相三柱变压器及22kVA三相三柱变压器有限元模型分别进行励磁涌流试验,与传统模型相比,改进模型不同端口励磁涌流首峰值更接近实测值。试验证明,提出的三相三柱变压器改进BCTRAN模型能够较为准确地表征变压器端口的饱和特性,可为电力系统电磁暂态仿真研究提供基础模型。     

变压器宽频等效电路模型的建模方法研究

为准确分析电力电子系统的传导干扰问题,有必要建立一种变压器的宽频等效电路模型.通常变压器内部构造是未知的,只能基于变压器外部端口测试的方法进行建模,因此给出一种变压器宽频等效电路模型的建模方法,模型一部分为中低频的三电容等效电路,另一部分为基于矢量匹配法的π型等效电路.根据电路扩展理论,将两部分等效电路并联并得到变压器的宽频等效电路模型.此外,对一实际变压器进行了测试,得到相关参数并建立模型,对比仿真与实验的结果,进一步验证了变压器宽频等效电路模型的正确性.     

基于电磁型电压互感器传输特性的过电压在线监测方法

过电压的在线监测和实时分析对过电压的防护、治理及数值仿真研究具有重要意义。提出一种基于电磁式电压互感器（voltage transformer,VT）宽频线性黑盒模型的过电压在线监测新方法。该方法利用电站现有的VT和二次电缆获取和传输过电压信号。基于黑盒原理建立了监测系统整体二端口传输参数模型,推导了矢量匹配法结合时域递归卷积的数值反演计算公式。根据测量得到的二次侧过电压信号,仿真计算获得了VT高压侧的过电压波形。应用该方法,在实验室搭建了过电压在线监测系统,计算结果与测量数据的比较验证了该监测方法的可行性和计算方法的有效性。     

高铁轨道电路隔离变压器雷电暂态模型

隔离变压器是高铁轨道电路中重要的雷电过电压抑制设备。为了获得准确的雷电暂态过电压计算模型,通过导纳频域参数提取、矢量匹配拟合和电网络综合3个步骤,建立了隔离变压器共模传输和差模传输二端口等效电路模型,其适用频率范围为5 Hz~1 MHz。通过开展暂态响应试验验证了模型的有效性,模型计算结果与试验结果一致性较好,其中共模传输模型幅值偏差小于4%,差模传输模型幅值偏差小于2%。并利用模型分析了影响隔离变压器过电压抑制效果的2个重要因素,分析得到:随屏蔽层接地引线电感增大,过电压抑制效果迅速下降,当引线长度小于0.5 m时,过电压抑制效果大于40 d B;随次级侧对地阻抗增加,过电压抑制效果呈现下降趋势,阻抗在100?内,随阻抗增大抑制效果直线下降,阻抗大于100?后,抑制效果逐渐趋于稳定。     

采用时域介电谱法确定变压器油纸绝缘等效电路参数

目前在求解变压器油纸绝缘等效电路模型参数时,存在模型中弛豫项不确定、电路参数计算不唯一、工作量大等问题。介绍了变压器油纸绝缘等效电路的扩展德拜模型,提出了在弛豫项数不确定情况下利用时域介电谱法来求解变压器油纸绝缘等效电路参数,并通过仿真验证了该方法的准确性和可行性。     

基于励磁电感参数识别的快速变压器保护

为进一步提高电力变压器保护的性能,提出一种基于励磁电感参数识别的变压器快速主保护方案。通过分析T型等效电路中励磁电感在变压器正常运行、铁芯饱和以及内部故障时的特点,构建了基于励磁电感数值大小和波动性的变压器保护判据。研究表明:时域参数识别方法计算得到的励磁电感,在正常运行和外部故障时其数值较大;在内部故障时,由于故障电流为差动电流的一部分,励磁电感的计算数值较小;在铁芯饱和时数值在较大值和较小值之间波动。由于保护判据中考虑了铁芯饱和对励磁电感数值的影响,因此该保护方案能够快速灵敏地识别变压器故障,且不受励磁涌流的影响,具有良好的性能。动模试验验证了该保护方案的有效性,试验结果表明,该方案能够可靠地识别变变压器内部故障。     

一种双磁芯差共模电感集成EMI滤波器

滤波电感集成是减小EMI滤波器体积的重要方法之一。在此提出了一种双磁芯差共模电感集成的EMI滤波器结构,分析了共模与差模电感的集成原理,利用磁路分析推导了集成共模与差模电感计算公式,给出了差共模集成电感的设计方法,并分析了磁芯磁阻不平衡对差共模电感的影响,给出了磁阻不平衡应满足的范围。利用二端口模型建立了差共模电感二端口等效电路,并利用A参数矩阵推导了集成EMI滤波器插入损耗。利用有限元分析提取了差共模电感的高频参数,并与实验样机测试结果进行了对比,结果表明有限元分析法获取的参数可以用于理论分析。利用频谱分析仪测试了集成EMI滤波器样机插入损耗测试曲线,测试曲线与计算和仿真曲线对比结果表明,二端口建模理论分析的正确性与二端口等效电路的准确性。     

特高压直流换流变压器励磁涌流及其抑制

对换流变压器空载合闸引起的励磁涌流进行研究是特高压直流工程过电压、滤波器设计以及保护配置的重要依据之一。为研究特高压直流换流变压器励磁涌流产生的原因,结合铁磁性材料的饱和特性曲线,从原理上说明励磁涌流的产生条件。结合单相换流变压器简化数学物理模型分析,建立电磁暂态仿真模型进行验证,仿真模型基于±1 100kV特高压直流用高压端换流变压器,根据系统主回路参数计算结果,将其作为设计输入提供给变压器制造厂商,并推算出换流变压器饱和特性曲线。最后研究了系统短路容量、合闸电阻以及选相合闸对励磁涌流的影响及抑制作用,研究结果对于特高压直流,特别是±1 100kV直流系统换流变压器的励磁涌流及其抑制具有指导意义。     

基于耦合漏感的四绕组变压器暂态模型及短路计算

为确保含四绕组变压器的变电站保护整定可靠性,需研究精细化的四绕组变压器暂态模型及其短路计算等值电路。分析常规变压器等值电路的不足,推导了修正的耦合漏感等值电路,根据三相三柱式四绕组变压器的拓扑结构,运用对偶性原理建立了基于耦合漏感的四绕组变压器电路-磁路暂态模型;利用漏磁路的互阻抗远小于漏阻抗的特点,推导了用于短路计算的四绕组变压器简化等值电路以及零序阻抗。根据某地220 k V变电站实例进行仿真计算,结果表明所提出的四绕组变压器暂态模型及短路计算方法能够更准确地计算含四绕组变压器变电站的短路电流。     

Y/Δ接线电力变压器内部异常励磁电流辨识

本文针对Y/Δ接线电力变压器,基于时域场路耦合模型提出一种励磁电流参数辨识方法。建立磁场-电路耦合模型,基于能量扰动原理计算动态电感与时域电流两个状态变量,在此基础上利用端口电气信息研究变压器励磁电流参数的辨识方法。通过研究交直流混杂、匝间短路情况下的变压器电磁特性,结合变压器励磁饱和状态,总结励磁电流在不同异常状态下的变化规律。搭建220V三相组式变压器动模实验平台,在不同直流扰动、不同电压等级匝间短路条件下,利用励磁参数辨识模块辨识励磁电流,并将仿真结果与实验数据进行对比,验证仿真模型的正确性。     

利用母线CVT响应电流实现变电站雷电侵入波在线监测

介绍了110 kV以上变电站雷电侵入波在线监测的基本原理,以及高频下电容式电压互感器(capacitor voltage transformer,CVT)回路电阻、电感、电容等值参数计算方法并通过仿真模型分析了等值参数计算误差对过电压监测的影响。提出了一种基于CVT响应电流的侵入波在线监测方法,以克服现有研究存在的不足。基于这种监测方法,开发了一种利用变电站母线CVT回路电流实现母线过电压监测的系统,通过该系统可以进行进线段侵入波电流和母线过电压的监测,实现变电站事故监测统计的自动化、智能化和信息化。最后通过电磁暂态程序(alternative transient program,ATP)仿真结果和现场运行中实测波形的对比,说明了监测系统可以持续有效运行。     

基于波反射理论的新型防雷变压器的仿真分析

配电变压器是极易受雷击损坏的电气设备,一旦遭受雷击损坏将影响电力系统的稳定运行,并给用户造成直接或间接的经济损失。为了加强变压器的防雷性能,文章介绍了一种新型防雷变压器的设计方案以及防雷作用的机理。然后基于变压器绕组的时域等值电路,采用MATLAB软件中Simulink的状态方程模块的仿真模型法,仿真出标准雷电压波作用于它时的暂态过程。仿真证明基于波反射理论的新型防雷变压器新增附加绕组对正、反变换过电压都有较理想的抑制作用,这种新型防雷变压器的设计方案是切实可行的。     

变压器油纸绝缘介质响应等值的电路建模研究

回复电压诊断方法是一种无损诊断变压器绝缘状态的方法。目前的研究主要基于试验获得的极化谱分析变压器的绝缘状态,利用等值电路更易于分析其极化机理,但现有的电路模型尚不完善,文中系统地给出了油纸绝缘变压器的基于扩展德拜等值电路建模的详细过程,在此基础上,给出了从等值电路模型求解回复电压特征量的思路,并使用一台变压器油处理前后的数据计算了其回复电压极化谱,计算结果表明基于扩展德拜模型等值电路和回复电压计算方法是可行的,利用计算获得的极化谱可以有效分析变压器的绝缘状态,为准确评估变压器老化提供了新的思路,并为分析相关影响因素奠定了基础。     

一种新的变压器磁路到电路的转换模型及多种方法的统一

变压器的建模计算方法有两个关键点,一个是磁化曲线的表示,一个是磁路到电路的等值转换模型。针对第二个关键点提出了一种新的转换模型,把铁芯柱、铁轭、漏磁路径都等效成匝数为一次绕组的线圈,利用电流拆解方法表示各线圈的电流关系,利用磁通的连续性表示电动势的关系,从而得到与磁路等值的电路模型。该电路模型与对偶原理法得到的电路模型相同,并且该模型可以得到与统一磁路UMEC法相同的变压器铁芯动态自感和互感值,验证了所提新方法的正确性以及所提方法、对偶原理法、统一磁路UMEC三种方法的统一。最后给出计及变压器饱和特性的电磁仿真计算流程图。     

基于回路平衡方程和励磁电感的特高压变压器保护

谐波制动原理的变压器差动保护受谐波影响大,动作时间过长,难以满足特高压变压器保护的需求,针对此问题,提出了基于T型等效电路的特高压变压器保护方案。建立变压器T型等效电路模型,该模型不受变压器运行状态的影响,其参数能够唯一确定,并提出基于变压器等值回路平衡方程判据和等效励磁电感判据的保护方案。使用Matlab仿真工具,依据中国第一条特高压输电线路的系统参数搭建了特高压输电模型,分别仿真了特高压变压器空载投入、区外故障、区内故障和正常运行的各种工况,验证了所提出的保护方案在特高压输电系统中运用的可行性。该保护方案不受励磁涌流的影响、动作速度快、灵敏度高。     

变压器多特征励磁涌流识别方案研究

研究了变压器空投时,其等值电路模型参数在铁芯饱和后的变化情况,并通过分析不同情况下励磁涌流的特征,指出了传统励磁涌流判别方法的局限性。通过将传统方法优化组合,同时新加CT饱和识别判据,建立了一套多特征励磁涌流识别方案。通过对不同情况下励磁涌流的仿真分析,验证了所述方案的正确性。在高剩磁同时电压过零附近空充主变、低剩磁空充主变、无剩磁空充主变等环境下,所述方案均可通过多种识别方法配合正确地识别励磁涌流,可靠闭锁差动保护。在空投于故障变压器同时CT饱和时,所述方案也可根据CT饱和识别判据开放差动保护。     

大型变压器三维瞬态涡流场场路耦合模型

为分析变压器在端口电压约束下的电磁过程 ,本文研究了三维电磁场的场路耦合问题。根据A法和T法的各自特点 ,考虑变压器绕组的结构特点 ,引入外施电压的耦合 ,分别建立基于A法和基于T法的变压器三维场路耦合模型。将两种方法用于变压器绕组突发短路过程的计算 ,计算结果一致 ,但采用基于T法的三维场路耦合模型计算量小 ,非常适于涡流区所占比例较小的电磁设备的求解