[發明專利]等效微分電（磁）路原理計算直流偏磁單相變壓器模型

在審

• 申請號: 201510051275.2
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN104657599A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 白宏坤;劉永民;李文峰
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網河南省電力公司經濟技術研究院
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 季發軍

技術領域

本發明屬于變壓器建模技術領域，具體涉及一種等效微分電(磁)路原理計算直流偏磁單相變壓器模型。

背景技術

我國地域遼闊，發電能源和用電負荷的分布極不均衡，一次能源基地和用電負荷中心呈“逆向分布”，這一客觀現實決定了我國電力流跨區域和大規模流動的必然性。高壓直流輸電由于在遠距離、大容量輸電和電力系統聯網方面具有明顯技術經濟優勢，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過程中發揮著重要作用，因此在我國獲得了大規模規劃建設。

然而，高壓直流輸電單極大地回路運行時，強大的入地直流電流有可能造成直流接地極附近中性點接地變壓器發生直流偏磁，致使鐵芯飽和程度大大增加。直流偏磁對變壓器的影響主要表現在：一方面，由于變壓器勵磁特性的非線性，勵磁電流高度畸變，變壓器無功損耗增加；另一方面，鐵芯飽和使漏磁增加，相關部件損耗增加，溫升增大，嚴重威脅交直流混聯電網的安全穩定運行。

針對變壓器直流偏磁，國內外已開展了多方面研究，其中直流偏磁對變壓器本體的影響與發生直流偏磁的變壓器對電網運行的影響是研究的焦點。研究上述問題的關鍵是建立合適的變壓器模型，這關系到能否準確研究直流電流對變壓器運行特性帶來的影響，也關系到能否合理評估直流偏磁對電網安全運行的影響，以及能否正確選擇合理的直流偏磁抑制措施。

針對于此，有學者建立變壓器電路磁耦合模型，以經驗公式描述變壓器鐵芯的磁化曲線，提出鐵芯的頻率相關非線性磁阻計算公式，在頻域內建立模型；有學者以對偶原理建立了變壓器綜合電路模型，只使用一個電路即可表示整個變壓器的電磁行為，但由于對偶性理論只適用于具有平面磁拓撲結構的變壓器，這限制了該模型的應用；有學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。

現有模型存在的問題可歸納為兩點：針對有復雜磁路結構的變壓器，不能保證精度或者計算繁瑣；保證了精度，卻只能應用到結構簡單的變壓器上。

發明內容

本發明的目的是提供一種單相變壓器模型，用以評估變壓器耐受直流偏磁能力，解決現有模型過于復雜或精度不高以及只能應用范圍窄的缺點。

為了解決上述問題所采用的技術方案是：一種等效微分電(磁)路原理計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撲結構及變壓器參數，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，推導鐵芯微分磁通、微分磁動勢、磁鏈與回路微分磁通關系式；

d.基于前三步驟結論，推導微分電感矩陣；

e.基于單相變壓器繞組聯接形式與微分電桿矩陣，建立單相變壓器組電路模型；

f.基于數值算法，求解變壓器微分電路方程組，求取目標變量；

g.模型可信性驗證。

進一步的優選方案：步驟a中，借助非線性電阻表征變壓器鐵芯渦流損耗。

進一步的優選方案：步驟b中，基于單相變壓器參數，建立變壓器微分磁路模型。

進一步的優選方案：步驟f中，運用Matlab軟件實現數值算法，求出變壓器在正常工作狀態及直流偏磁時的勵磁電流、磁密、磁場強度。

本發明的優點：在對單相變壓器建模時，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、鐵芯拓撲結構等關鍵要素，利用等效微分電(磁)路(Equivalent?Incremental?Circuit，EIC)構建變壓器電路、磁路耦合方程，有效解決了變壓器模型精度和復雜度不能兼得的矛盾，為變壓器直流偏磁研究提供了一種精確實用的物理模型。

根據本發明提出的單相變壓器模型，可準確得到不同直流電流量入侵時變壓器勵磁電流及一、二次繞組電流畸變程度，為可靠評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，確保交直流混聯電網的安全運行，能夠有效保證設備選型的經濟合理性，對設備選型的合理性和經濟性有重要意義。

附圖說明

圖1為單相心式變壓器模型構建流程圖

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構示意圖

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等效磁支路

圖9為變壓器鐵芯微分等效磁支路