[發明專利]一種考慮鐵心非線性的變壓器寬頻混合模型及建立方法

在審

• 申請號: 202010105823.6
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111460605A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 楊鳴;司馬文霞;彭代曉;袁濤;孫魄韜
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/30;G06F17/16
• 代理公司: 重慶縉云專利代理事務所(特殊普通合伙) 50237
• 代理人: 王翔

本發明公開一種考慮鐵心非線性的變壓器寬頻混合模型及建立方法，模型包括高通濾波器、低通濾波器、補償支路、寬頻導納模型和電磁對偶π模型；建立方法步驟為：1)搭建寬頻導納模型和電磁對偶π模型的等效電路；2)確定寬頻導納模型參數；利用開路實驗、短路實驗和深度飽和測試確定電磁對偶π模型等效電路的元件數據；3)將高頻電壓信號輸入到寬頻導納模型中，得到表征變壓器高頻暫態特性的輸出數據；4)將低頻電壓信號輸入到電磁對偶π模型中，得到表征變壓器低頻暫態特性的輸出數據。本發明提出的混合模型只需要通過端口測試就可獲取全部參數，不需要變壓器內部的詳細參數。

技術領域

本發明涉及變壓器電磁暫態模型領域，具體是一種考慮鐵心非線性的變壓器寬頻混合模型及建立方法。

背景技術

變壓器作為電力系統中最重要的設備之一，它的電磁暫態特性對于整個電力系統的仿真研究至關重要。固態變壓器是智能電網中主動調節電壓和電流的關鍵設備，其中高頻變壓器的電容、漏感等參數的配置，在很大程度上決定了固態變壓器的動態和穩態性能。在電力系統的快速電磁暫態分析中，建立精確的變壓器寬頻模型非常重要。

變壓器寬頻電磁暫態模型從建模方法上可分為三種模型：白盒模型、黑盒模型和灰盒模型。當關注變壓器的外部傳輸特性及其與其它設備的交互特性，不關注變壓器內部的電磁暫態過程時，采用白盒模型和灰盒模型會提高仿真計算的復雜性和計算時間。而黑盒模型結構簡單，參數容易獲取，計算速度較快。黑盒模型的一個難點是忽略了鐵芯的非線性特性，低頻段時的精度較低。因此黑盒模型不能準確地計算暫態激勵導致鐵心飽和而出現高幅值的暫態電流、畸變的二次電壓和超常鐵心損耗等情況，另一方面，在進行高頻電磁暫態仿真計算時，變壓器模型在工頻下的非精確表征會對高頻電壓或電流的初始條件造成影響，從而對仿真計算造成影響。

有研究提出在變壓器寬頻混合模型的內部節點上加入非線性鐵芯支路，但該模型的工頻部分是用T型等效模型表示的，而T模型在結構上與變壓器的物理幾何結構不一致，并且T模型是不可逆的。因此現有的變壓器寬頻電磁暫態模型不能準確地、可逆地描述變壓器鐵芯的非線性特性，特別是深度飽和情況下的電磁暫態特性。

發明內容

本發明的目的是解決現有技術中存在的問題。

為實現本發明目的而采用的技術方案是這樣的，一種考慮鐵心非線性的變壓器寬頻混合模型的建立方法，主要包括以下步驟：

1)對變壓器一次側施加激勵，實時獲取變壓器二次側輸出的電壓數據，并分別輸入到高通濾波器和低通濾波器中，得到高頻電壓信號和低頻電壓信號。

高通濾波器為由串聯電容和并聯電阻構成的一階高通無源濾波器。

低通濾波器為由串聯電阻和并聯電容構成的一階低通無源濾波器。

高通濾波器和低通濾波器的前端并聯有用于補償分流電流的補償支路。所述補償支路為受控電壓源。受控電壓源的一端接地，另一端連接高通濾波器和低通濾波器。受控電壓源的輸出電流值為低通濾波器和高通濾波器的分流電流之和。

2)搭建寬頻導納模型和電磁對偶π模型的等效電路；寬頻導納模型用于表征變壓器高頻暫態特性。所述電磁對偶π模型用于表征變壓器低頻暫態特性和/或深度飽和特性。所述電磁對偶π模型可逆。

所述寬頻導納模型等效電路包括以π型電路連接在一起的寬頻導納Y_A、寬頻導納Y_B和寬頻導納Y_C。

所述電磁對偶π模型等效電路包括繞組電阻R_s1、繞組電阻R_s2、漏感L_S、非線性一次側勵磁電感L_m1、非線性二次側勵磁電感L_m2、變壓器一次側鐵心損耗等效的并聯電阻R_m1、變壓器二次側鐵心損耗等效的并聯電阻R_m2和變壓器。