三相变压器模型分析及其对配电潮流的影响

建立详细的三相变压器模型对配电网分析至关重要.在所建立的变压器三相模型基础上,对比分析了相间磁耦合和励磁支路对模型的影响,讨论了零序参数和励磁支路参数的计算方法,并采用4节点配电网测试系统,详细分析了相间磁耦合、励磁支路对配电网三相潮流计算的影响.算例分析表明,在变压器模型中是否考虑相间磁耦合对潮流计算结果的影响较大,而且励磁支路产生的损耗不应忽略.     

考虑变压器励磁非线性的电磁暂态仿真算法

建立了一种含有非线性励磁支路的变压器电磁暂态仿真模型。通过简单的仿真线路,仿真了变压器空载合闸时发生励磁涌流的现象。应用分段线性化的方法处理变压器励磁支路的非线性问题,并通过不同仿真步长下励磁电流的仿真结果,说明了分段线性化在大步长下出现的过冲现象。减小仿真步长可有效抑制过冲,但是仿真时间明显增加。在分段线性化方法的基础上提出了预测校正法改善过冲问题。在变压器电磁暂态仿真的程序设计中加入了预测校正模块,在不改变步长的情况下,解决了过冲问题,加快了仿真的计算速度。最后通过仿真结果验证了变压器模型及预测校正方法的正确性和有效性。     

基于空载试验数据和UMEC的单相四柱换流变压器饱和模型研究和有效性验证

为了准确快捷地对单相四柱换流变压器进行电磁暂态仿真,提出了一种基于空载试验数据和统一磁路(unified magnetic equivalent circuit,UMEC)模型的单相四柱换流变压器饱和模型.基于UMEC磁路模型,推导了单相四柱换流变压器的关联矩阵、电感矩阵和铁芯磁导的求解方法.在考虑饱和情况时,以非线性电阻与非线性电感的并联来模拟励磁支路,通过空载试验数据,得到励磁支路的u-iR和u-iL瞬时值的分段线性化曲线,以此来模拟铁芯损耗和磁导的非线性.该方法基于UMEC模型,计算速度快效率高,且通过空载试验数据整体考虑了铁芯主柱、铁轭、旁柱和旁轭磁导的非线性,精度较高.最后应用该方法对缩比模型以及产品级单相四柱换流变压器在正常工况与直流偏磁条件下进行仿真计算,并与实验测量做对比,证明了该模型具有较高精度.     

用于铁磁谐振过电压计算的电压互感器模型

根据电磁式电压互感器(PT)等效电路模型的特点,首先给出了PT的等效电路模型和各个参数的计算方法,推导出了PT励磁支路非线性参数的计算过程。然后在Matlab编程环境下使用M语言编制程序来计算PT励磁支路非线性电阻的伏安特性曲线和非线性电感的励磁特性曲线。此后以10 kV电压互感器为例测试了其低压绕组的伏安特性和损耗功率值,对测试结果进行了分析后用编制的程序计算了励磁支路非线性电阻的伏安特性曲线和非线性电感的励磁特性曲线。最后给出了计算励磁特性时需要的注意事项。     

考虑铁磁磁滞的变压器励磁涌流仿真分析

提出了一种考虑铁芯铁磁磁滞的变压器电磁暂态模型,并对变压器空载合闸时的励磁涌流现象进行了仿真研究。基于目前工程中应用较为广泛的Jiles-Atherton铁磁磁滞原理建立铁芯磁滞磁化曲线模块,通过设置适合的参数计算得到了与实际测量值较为吻合的 B-H曲线;通过分析单相三绕组变压器铁芯绕组结构及其电路模型,得到其电磁暂态计算模型;通过分析三相五柱式变压器磁路结构并利用对偶性原理,得到了其暂态计算分析模型。利用所建立的暂态计算模型对单相三绕组变压器的励磁涌流现象进行了仿真研究,仿真计算结果与实际试验测量结果的对比证明所提出的暂态计算模型的正确性和有效性;同时也对三相变压器组和三相五柱式变压器空载合闸时的励磁涌流进行了仿真计算,仿真结果证明所提出的暂态计算模型能够准确地分析变压器空载合闸时的励磁涌流现象。     

含铁心元件网络的暂态计算

介绍一种含铁心元件网络的暂态计算方法。在这一方法中 ,首先建立铁磁元件励磁支路的模型 ,即以光滑连续的公式来描述非线性励磁特性 ,取代传统的分段线性化模型 ,然后再给出含铁心元件网络的暂态算法。该算法从非线性励磁支路的求解出发 ,通过对剩余线性网络的暂态计算 ,得到整个网络的全解。应用该算法 ,所得计算结果能够与实验结果较好地拟合     

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。     

基于增广动态相量法的变压器励磁涌流频率自适应仿真

电磁暂态仿真中,减小仿真步长可有效抑制非线性变压器仿真过冲失真问题,但大容量变压器的励磁涌流过程往往衰减缓慢,势必会造成仿真效率低,使得仿真时间明显增加。该文建立了一种含有非线性励磁支路的大容量变压器动态相量多尺度电磁暂态模型,并提出一种动态相量磁链预测方法,通过不同仿真步长对磁链和电流进行精准预测和仿真,解决了分段线性化在大步长下出现的过冲失真问题,实现了励磁涌流宽频特征下依旧可以在不牺牲较多谐波的情况下采用大步长仿真的功能。当励磁涌流刚发生时,磁链动态相量变化较大,利用较小仿真步长对磁链进行预测,从而根据电流-磁链曲线拟合关系求得励磁涌流;当检测到磁链频谱集中在工频附近时,磁链的动态相量形式将保持恒定,采用大仿真步长预测磁链,从而根据电流-磁链关系求得准确的励磁电流,在采用大步长的同时解决了过冲失真问题,增加了仿真的计算效率。最后的仿真结果验证了该文提出的变压器模型及动态相量预测法的正确性和有效性。     

考虑铁心深度饱和的单相双绕组变压器改进π模型

考虑铁心深度饱和的变压器模型是准确模拟变压器低频电磁暂态的关键。现有的T模型和Γ模型均存在物理缺陷:认为铁心深度饱和时其各部分饱和程度一致,这与实际情况不符;虽然现有的π模型能够解决此问题,但尚未见能够表征铁心从开始饱和到深度饱和渐变物理过程的π模型。该文以经典π模型为基础,基于直流电源激励铁心进入深度饱和的原理,利用耦合交流小信号测量铁心励磁曲线的饱和段数据,构建整条励磁曲线。提出将励磁曲线分配到π模型2个励磁支路上的方法,由此对π模型励磁支路的非线性特性进行准确表达,进而建立一种考虑铁心深度饱和的单相双绕组变压器改进π模型。对2台不同铁心材料的单相双绕组变压器进行开路、短路和深度饱和试验,提取建模参数,在ATP/EMTP中搭建改进π模型,同时以现有T、Γ和π模型为基础,分别搭建考虑和不考虑铁心饱和过程的6种变压器模型。利用励磁涌流和直流偏磁试验对所建立的模型进行验证,结果表明,该文提出的改进π模型误差小于5%,精度明显高于其他几种模型,说明其对以励磁涌流为代表的变压器低频电磁暂态具有较高的模拟精度,能够为EMTP类电磁暂态软件提供基础变压器模型。     

考虑铁磁元件励磁特性的电网暂态计算

介绍含铁磁元件电力网络的合闸暂态过电压的模拟计算方法,其中铁磁元件的非线性特性励磁曲线采用逐点线性化方式加以处理。首先给出了变压器的等值电路模型,再以该模型为基础,运用国际上流行的电磁暂态计算软件ATP分别对计及与不计变压器励磁支路的系统网络进行了合闸暂态模拟,对比模拟结果表明:非线性励磁曲线的考虑能在一定程度上对合闸过电压产生影响。     

变压器空充下的励磁涌流二次谐波特性分析

针对近年来变压器空充试验时,电流的二次谐波含量低于保护整定值导致差动保护误动作的问题,首先利用2条不同斜率的直线对变压器磁化特性曲线进行拟合,推导出不同空充电压下励磁涌流二次谐波含量的表达式,进而基于有限元分析软件搭建并验证了一台14 kVA单相变压器以及一台325 MVA三相变压器的仿真模型,然后对验证过的模型进行了变压器空充仿真。研究表明：在考虑铁芯磁化曲线起始部分存在非线性特征的情况下,空充电压小于临界电压时,励磁涌流中含有少量二次谐波;空充电压等于临界电压时,励磁涌流二次谐波含量达到峰值;随着空充电压等级的提高,励磁涌流二次谐波含量呈现先增后减的趋势。     

超高压变压器在操作波耐压试验下线圈电压分布的仿究真研

本文阐述了一个计算超高压变压器在操作波耐压试验条件下线圈中电压分布的方法。通过将各绕组线圈分割成单元建立计算等值电路。每一个单元由一条R-L-e串联支路和几条电容支路表示。感应电动势e是由铁心中的主磁通引起的。本文还建立了一个考虑磁滞和涡流效应的磁路模型,推导了广义节点方程和磁路方程。最后,本文给出一台500kV三相自耦有载调压变压器的计算实例并与实测值进行比较,结果表明本文方法可用于改善变压器绝缘设计。     

Modified method for transformer magnetizing characteristic computation and point-on-wave control switching for inrush current mitigation

This paper proposes a new model for the low-frequency transient analysis of a transformer, with a modified equation for calculation of the flux-current characteristic representing the saturation inductance of the transformer. The model is based on the V-I (voltage-current) no-load curves and uses the no-load reactive power losses. To validate the model, it was used to simulate the no-load magnetizing current in steady-state condition, as well as the transient inrush current at network frequency. Evaluation was done both by comparing the simulation results obtained with the proposed model and those available in the relevant literature, and by practical measurements. The experimental results presented in this paper were obtained via a laboratory setup and a data acquisition system based on the dSPACE board 1104. Moreover, a control switching to mitigate the transient inrush current in a transformer was developed and applied experimentally in the laboratory and also in the simulations. This control strategy was performed by taking into account the residual flux at the opening instant of the related circuit breaker. A comparative study was carried out showing the validity of the proposed model and the mitigation technique.     

基于MODWT的变压器绕组轻微故障检测及分类研究

本文基于变压器在不同运行工况下的等效瞬时励磁电感的差异,利用最大重叠离散小波变换 (MODWT) 提取有效故障特征参数,实现对变压器绕组轻微匝间故障以及匝间电弧放电故障的检测。首先提取变压器在各种工况下的电气量,求取等效瞬时励磁电感,选取基于db4小波函数的最大重叠离散小波变换进行分析,提取特征量。将故障特征量作为决策树的训练集和测试集,从而实现变压器绕组轻微故障的识别以及分类。最后通过仿真证明,所提出的算法能够准确检测以及区分励磁涌流、轻微匝间短路故障以及匝间电弧放电故障。     

Magnetizing inrush model of transformers based on structure parameters

This paper proposes a circuit model for the transient period of inrush current in a transformer. The magnetizing inrush model is developed from the structural parameters of the transformer. In the analysis of the magnetization curve, the relationship between the magnetic flux density and magnetic field intensity differs from the ordinary B-H curve; this paper interchanges the B and the H and characterizes the B-H of the magnetic core as a simple tangent function in the H-B planes. Furthermore, the concept of inrush equivalent inductance is also used in the magnetizing inrush model. Using the magnetizing inrush model, an inrush current value can be estimated before the transformer is manufactured. Moreover, in the future, this model can provide the power system with a more thorough transient analysis. During this research, the inrush currents are simulated using the circuit model from ICAP/4. Fourteen actual transformers, each with a different winding structure, are used for demonstration. Experiments and simulations are carried out to examine the proposed method.     

基于等效次级的直线感应电机的电磁分析与参数辨识

提出一种基于等效次级的直线感应电机空载试验的方法:采用软磁铁氧体材料模拟次级背铁,达到电机次级电流为零、但励磁电感保持不变的空载试验要求。建立电磁场二维模型,解析计算次级材料相对磁导率对励磁电感的影响;在励磁电感不变的前提下,根据次级背板相对磁导率和励磁电感的解析式,设计等效次级的几何参数,通过有限元计算与试验测量进行验证。该文在数学上对励磁电感的表达式做了适当化简,使其能够适用于直线感应电机的控制。     

电力变压器铁芯磁场和损耗分布的三维数值方法与实施 第一部分:三相三柱变压器

基于用等效拼接间隙考虑搭迭效应的新构想,本文建立了三柱变压器铁芯磁场的三维标量位各向异性非线性时变分析模型,提出了由瞬时磁密幅值和磁化角计算铁耗的新方法,并通过对实际模型的有限元模拟证实了分析模型及计算方法的合理性和可靠性。     

一种新的三绕组自耦变压器的非线性建模

自耦变压器的精确建模在分析变压器运行于磁饱和区域的特性时至关重要。从单相三绕组自耦变压器的电磁关系入手,推导出折算到高压侧的三绕组自耦变压器的等效电路。给出模型中的线性绕组漏阻抗参数和非线性激磁阻抗参数的计算方法,并详细介绍了利用磁等值回路图得到激磁电抗非线性电感的方法。然后给出了利用JA磁滞模型编程实现非线性电感的方法。最后通过FORTRAN语言在PSCAD中搭建三绕组自耦变压器模型。仿真结果验证了所建模型能够准确地反映自耦变压器的非线性特性。     

漏电感参数辨识技术在线监测变压器绕组变形

电力变压器运行过程中发生绕组变形将会导致绕组漏感参数发生变化,为了实现变压器绕组的在线监测和预知性维修,以变压器回路方程作为参数辨识模型,提出了一种利用最小二乘算法进行绕组漏电感参数实时辨识从而实现绕组变形在线监测方法,推导了用于变压器漏电感参数辨识的方程,分析了辨识结果产生误差的原因,并对忽略励磁电流带来的误差进行了补偿。动模试验数据及仿真数据验证了参数辨识结果具有较高的精度,且不受负荷变化及功率因数变化的影响,同时利用绕组模拟变形数据验证了绕组变形在线监测实现的可行性。