[發明專利]一種高頻變壓器熱點溫度的解析計算方法

在審

• 申請號: 202210004533.1
• 申請日: 2022-01-04
• 公開（公告）號: CN114444409A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 張建文;陳婷;馬曉華;劉康凱;王路伽
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F17/13;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京中仟知識產權代理事務所(普通合伙) 11825
• 代理人: 劉文騫

本發明公布了一種根據高頻變壓器熱等效模型求解熱點溫度的解析計算方法，該方法包含獲取高頻變壓器的結構和電氣參數、獲取額定工況下熱點與環境溫差、一次/二次繞組的初始溫度，然后根據實際工況負載系數就可以得到高頻變壓器熱點溫度的動態值。采用本發明的計算方法，一方面是計算模型精確，計算方法考慮了對流熱阻隨溫度變化的非線性特性，使得計算模型適用于不同溫度條件、不同負載系數的運行工況；另一方面，計算方法簡潔、計算量小，高頻變壓器的熱路等效模型一般比較復雜，微分方程階數高、計算節點多、計算量大，采用本發明的計算方法既能降低微分方程的個數，而且可以不用實時計算高頻變壓器的磁芯損耗，為在微處理器上計算高頻變壓器的熱點溫度提供了可能性。

技術領域

本發明涉及了高頻變壓器領域，特別涉及到一種如何確定高頻變壓器動態熱等效模型中隨溫度變化的熱阻的計算方法以及對求解熱點溫度的簡化計算方法。

背景技術

高頻變壓器是構建以新能源為主體的新型電力系統不可或缺的一部分，其壽命管理和優化設計得到了廣泛的關注。熱點溫升是制約變壓器運行的主要因素，也是評估高頻變壓器絕緣壽命損失的主要參數，因此研究高頻變壓器熱點溫度十分重要。

高頻變壓器的熱點溫度計算方法大致可以分為三類，根據經驗公式、有限元仿真法、熱網絡模型法。其中，采用經驗公式法僅能算得變壓器的整體溫升，不能夠得到變壓器的熱點溫升。然而，影響變壓器絕緣壽命的主要因素是熱點溫升，因此該方法僅適用于工程上溫升估算。有限元仿真法在特定負載情況下，獲得一次最終解所需要的計算時間也較長。因此，利用數值法預測熱點溫度，無法滿足電力系統實際運行過程中對于熱點溫度參數監控實時性的要求。目前關于采用熱等效模型的方案解析計算模型較為復雜，且模型中所涉及的重要過程參數確定方法不夠明晰，導致實際應用存在一定困難，而且，且熱阻等參數是溫度的非線性函數，目前已提出的熱路模型解析計算方法一般將熱阻參數視為常數，并未考慮其隨溫度變化的非線性特性。因此，需要找到一種較為簡潔實用，且能表征非線性參數的解析計算模型來計算高頻變壓器的熱點溫度。

發明內容

本發明的目的是提出一種高頻變壓器熱點溫度的解析計算方法，該方法基于高頻變壓器的熱路等效模型，考慮對流熱阻隨溫度變化的非線性特性，使熱阻參數更加貼近實際，同時簡化了計算過程，只需要提取負載系數和環境溫度就可以實時計算熱點溫度的動態數值。

實現本發明的技術方案如下：

基于一種高頻變壓器熱點模型的溫度解析計算方法，所述熱點模型包括磁芯熱容C_core，初級繞組熱容C_pri，次級繞組熱容C_sec；初級繞組熱點溫度T_p，次級繞組熱點溫度T_s，磁芯熱點溫度T_c和環境溫度T_a；磁芯損耗P_core，初級繞組損耗P_pri，次級繞組損耗P_sec；磁芯與初級繞組間熱阻R_cp，磁芯與次級繞組之間熱阻R_cs，磁芯與環境之間熱阻R_ca，初級繞組與環境之間熱阻R_pa，次級繞組與環境之間熱阻R_sa。

熱點溫度解析算法包含以下步驟：

S1：獲取已知的高頻變壓器相關結構和物理參數；

S2：根據高頻變壓器的熱點等效模型計算熱路等效參數；

S3：考慮溫度對對流換熱系數的的影響，改進對流換熱熱阻參數確定方法；

S4：根據熱路模型列寫關于熱點溫度的求解方程；

S5：簡化熱點溫度動態求解方程并獲得解析表達式，在保證高精確率的情況下降低計算量。