[发明专利]一种基于EIC原理的三相三柱变压器建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及变压器建模方法技术领域，尤其涉及一种基于EIC原理的三相三柱变压器建模方法。

背景技术

目前，电磁暂态仿真软件中关于变压器的建模还不太成熟，在建立三相三柱变压器模型的过程中，通常会遇到一些比较复杂的问题，例如铁芯结构的多样性、参数的非线性和频变特性，以及许多需要准确表示的物理量，如绕组间的自感和互感、漏磁通、集肤效应、绕组临近效应、铁心饱和、铁芯磁滞和涡流损耗、电容效应等。为了研究电力系统的低频暂态和电能质量问题，需要建立合适准确的电力系统元件模型。就变压器而言，提出的各种各样的时域模型可以被分为以下几类：(1) EMTP/ATP软件中提供的变压器模型。这些模型不能灵活考虑所有可能的铁心拓扑结构和铁心非线性，而且可能出现数值不稳定性；(2) 基于电路和磁路对偶原理的变压器模型。铁心的磁路被转化为等效电路，可以考虑绕组连接形式。只使用一个电路即可表示整个变压器的电磁行为是这种模型的优势，但由于对偶性理论只适用于具有平面磁拓扑结构的变压器，故存在较大局限性；(3) 用一组微分方程和代数方程组合来表示。此模型可以考虑绕组连接形式，铁心拓扑和铁心非线性。这种方法之间的不同主要是磁方程推导方式的不同；(4) 基于三维分析的变压器模型。这种模型适用于变压器设计，但是非常费时，不适合电力系统低频暂态分析。

当前，特高压交直流输电在我国正获得大规模规划建设，高压直流输电在远距离、大容量输电和电力系统联网方面具有明显技术经济优势，正发挥着越来越重要的作用。然而，当高压直流输电采用单极大地回路运行方式时，强大的入地直流会引起变压器直流偏磁，严重威胁交直流混联电网的安全稳定运行。建立能够准确模拟直流偏磁时变压器电磁特性的模型是究的重要方向，这关系到能否准确研究直流电流对变压器运行特性带来的影响，也关系到能否合理评估直流偏磁对电网安全运行的影响，以及能否正确选择合理的直流偏磁抑制措施。

申请号为201310725265.3 的发明涉及一种直流偏磁试验用变压器模型，属于变压器技术领域。技术方案是：为单相双绕组无励磁调压变压器，铁心为三柱式，包含铁心（22）、高压绕组（23）、低压绕组（24）和油箱（25），高压绕组与低压绕组同心套装于铁心上；变压器油箱中设有一个单相三柱式变压器器身，其铁轭为方形，器身从铁心柱起从内向外的绕组排列顺序为低压绕组、高压绕组，高压侧无励磁调压；高压绕组设有调压绕组，调压绕组位于高压绕组内，且调压方式为粗调细调相结合。本发明的有益效果是：利用该模型可以在工厂内模拟大容量单相双绕组变压器在空载和负载运行状态下，完成直流偏磁对变压器的影响实验。

申请号为201310219233.6的发明公开了一种220KV变压器的三维模型系统，涉及220KV变压器三维仿真技术领域。该系统利用建模软件，以零件级为单位，根据设备的装配关系添加几何约束进行装配，最终生成一套220KV变压器三维虚拟模型；模型建设好后，将其导入到仿真平台中，仿真平台包含模型引擎、数据引擎、声音引擎、脚本引擎以及逻辑引擎；模型引擎将在建模软件中建好的模型导入进来，之后使用逻辑引擎给模型添加数学逻辑关系和几何约束条件，按照标准的变压器拆装步骤和检修流程，对变压器模型进行交互动画制作，同时，程序员也能够使用声音引擎和脚本引擎给仿真系统添加语音和演示动画。优点：大大提高教学质量，同时也减少对实物设备的损耗。然而，上述模型对于三相三柱变压器而言，适用性不强，且建模过程比较复杂，精度不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种三相三柱变压器模型，基于等效微分磁路原理，用以解决现有模型过于复杂或精度不高的问题，为准确计算变压器低频暂态、研究电能质量问题、可靠评估变压器耐受直流偏磁能力，进而确定有效合理的治理措施提供依据。

为实现上述目的，本发明的方案是：一种基于EIC原理的三相三柱变压器建模方法，包括如下步骤：

1）根据三相三柱变压器铁芯拓扑结构及变压器参数，建立对应的电路模型；

2）根据变压器微分磁路原理，确定微分参数关系，建立变压器微分磁路模型；

3）根据微分磁路模型，推导出铁芯微分磁通与回路微分磁通关系式、微分磁链与回路微分磁通关系式；

4）根据电路模型与磁路模型，推导出微分电感矩阵；

5）根据三相三柱变压器绕组联接形式，建立三相三柱变压器组电路模型；

6）根据数值算法，求解变压器微分电路方程组，求取目标变量；

7）通过计算并仿真三相三柱式变压器模型投切时的励磁涌流，验证所推导模型的可信性和有效性。