[发明专利]基于JA模型与对偶原理的单相四柱式变压器的建模方法

说明书

本发明提供了一种基于JA模型与对偶原理的单相四柱式变压器的建模方法，本发明分析了单相四柱式铁芯的励磁方式与磁通分布，使用基于JA模型建立非线性电感代表变压器励磁支路，使用普通不可变电感代表变压器漏感，不可变电阻代表相应的损耗，建立磁路等值模型，根据电磁对偶定律将磁路模型转换为电路模型；使用优化算法对JA模型的5个参数进行辨识，获取的参数输入JA非线性电感，使用理想变压器代表变比；对所建模型进行直流偏磁下的仿真，得到直流偏磁下准确的励磁电流。本发明能够充分考虑变压器铁芯的饱和与磁滞特性，采用的电磁对偶原理能较好的反应变压器各部分之间的电磁关系，所建模型能够根据拓扑关系针对不同使用场景进行简化。

技术领域

本发明属于变压器直流偏磁及低频电磁暂态建模技术领域，尤其涉及一种基于JA模型与对偶原理的单相四柱式变压器的建模方法。

背景技术

变压器作为电力系统中的重要设备，承担着电能的汇聚、分配和传递的作用，在高压直流输电系统中，换流变压器作为高压直流输电系统实现功率传递、电压变换的器件，其容量大、且其可靠性对整个系统的稳定运行有着重要的意义，为方便运输、减小体积，换流变常采用多柱并联结构，其中由单相四柱式变压器组成的换流变是常见的结构。

低频电磁暂态是指频率发生在1Hz-3kHz之间的电场和磁场以及对应的电压和电流变化过程，常见的变压器低频暂态过程包括直流偏磁、铁磁谐振、励磁涌流和地磁感应电流等，换流变压器作为交直流的汇聚节点，其直流偏磁现象频频发生，已经引起广泛的关注与重视。

变压器正常运行时，铁心中只有交流磁通，直流偏磁时，绕组电流中会出现入侵的直流分量，产生直流磁通，两种磁通同时作用会使铁心中的有效工作磁通不再对称，而是向直流磁通的方向进行偏移，导致变压器铁心在一侧饱和程度增加、另一侧饱和程度减小。变压器直流偏磁时各种外部特性变化的首要表现是励磁电流的畸变。变压器在设计时，其铁心工作磁通幅值通常选在磁化曲线饱和点附近，这样可以最大程度保证铁心内的磁通量，因此在直流偏磁时，即使只有很小的直流分量也会使铁心进入饱和区，变压器铁心一旦饱和，会对变压器本身以及整个电力系统产生危害。

JA模型是以磁畴理论为基础的描述磁滞现象的数学模型，该模型借用磁畴理论中畴壁位移的相关概念，将磁化强度M用可逆磁化强度M_rev和不可逆磁化强度M_irr之和表示，其对磁滞的描述深入本质，其理论性、灵活性和可拓展性较强。

电磁对偶原理源于麦克斯韦方程组，简言之为两个磁阻并联的拓扑等效为两个电感的串联；两个串联磁阻的磁路拓扑等效为两个电感的并联。目前PSCAD/EMTDC或SIMULINK等仿真软件中均无基于电磁对偶原理的变压器模型，而均为简化的T型等效模型，且尚无针对单相四柱式这一换流变常用结构的电磁对偶模型，并且，基于电磁对偶原理建立的模型相较于T模型在模拟变压器的低频暂态特性上精度更高。因此，需要一种基于JA模型与对偶原理的方法来实现单相四柱式变压器的建模。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的，解决了的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于JA模型与对偶原理的单相四柱式变压器的建模方法，包括以下步骤：

S1、利用JA模型建立模拟变压器励磁支路的非线性电感；

S2、根据单相四柱式变压器的励磁方式与磁通分布的特点，利用不可变磁阻代表变压器漏磁通，非线性磁阻代表励磁支路磁通，建立单相四柱式变压器的磁路等值模型；

S3、考虑绕组-绕组、绕组-心柱之间的漏磁通，使用不可变电感代表变压器漏感，使用不可变电阻代表相应的损耗，使用所述非线性电感代表励磁支路，使用电流源代表励磁磁动势，使用理想变压器代表变比，并在高低压侧增加使用电阻代表的绕组损耗，并根据电磁对偶定律将所述磁路等值模型转换为电路模型；