[发明专利]基于PSCAD/EMTDC软件的变压器电磁暂态仿真建模方法

摘要

本发明公开了一种基于PSCAD/EMTDC软件的变压器电磁暂态仿真建模方法，包括步骤：1)在PSCAD/EMTDC的Graphic窗口中创建一个可变电感元件控制模型；2)在Parameters窗口中创建一个用户参数输入界面；3)在Script窗口的Computer和DSDYN段中分别编写数据预处理代码、磁滞主环和次环族拟合代码，并输出控制可变电感元件的电感值；4)在主窗口建立描述铁磁材料磁滞特性的非线性电感元件测试模型，并在ATP‑EMTP软件中建立系统参数与其相同的模型，仿真并进行结果比较；5)在主窗口将非线性电感元件并联到UMEC变压器模型的高压侧，形成考虑磁滞特性的变压器电磁暂态仿真模型，同步骤4)一样进行仿真结果比较。本发明弥补了PSCAD/EMTDC中变压器仅仅只考虑饱和特性的没有考虑磁滞特性的不足。

主权项

1.基于PSCAD/EMTDC软件的变压器电磁暂态仿真建模方法，其特征在于：考虑到ATP‑EMTP电磁暂态仿真软件中是采用描述铁芯铁磁材料磁滞特性的非线性电感元件Type96型以及BCTRAN模型共同建立考虑磁滞特性的变压器模型，基于这个思想，在PSCAD/EMTDC中单独建立考虑磁滞特性的非线性电感元件，再与其中的变压器模型两者结合起来以此来建立考虑磁滞特性的PSCAD/EMTDC变压器仿真模型；其包括以下步骤：1)在PSCAD/EMTDC软件的Graphic窗口中创建一个可变电感元件控制模型；2)在PSCAD/EMTDC软件的Parameters窗口中创建一个用户参数输入界面；3)在PSCAD/EMTDC软件的Script窗口的Computer和DSDYN段中分别编写数据预处理代码、磁滞主环和次环族拟合代码，并输出控制可变电感元件的电感值，包括以下步骤：3.1)通过将流过可变电感的三相电流分别进行延时来获得三个时刻的电流，前后两时刻电流做比较，两者的符号来判断工作点在子环的上半支、下半支还是两支路的转折点处；3.2)根据实测的次磁滞回环的路径图，发现当电流减小时，工作点运行在上半支，其运行轨迹的延长线与主环的左下转折点相交，当电流增大时，工作点运行在下半支，其运行轨迹的延长线与主环的右上转折点相交；考虑到这一点，采用线性插值的方法，由初始点求取下一时刻的工作点；3.3)将获得各个时刻的磁通通过中心差商公式求解出电感值L，输出赋给可变电感元件，因此可变电感便具备描述磁滞特性的能力；根据磁滞回线轨迹的变化特征，将磁滞回线轨迹看成由一个主回环和位于主回环内部的次磁滞回线族组成，相应的，在电磁暂态计算时需要分别对主回环和次回环进行模拟；对于主环的模拟，需实测变压器最大磁滞回环的数据点，在PSCAD/EMTDC软件中通过用户输入数据点，通过内部编写的分段线性插值法代码获取曲线；对于次环的模拟，需要从试验中获得变压器铁芯磁滞特性次环轨迹图；通过对上述次环试验轨迹分析，在确定子环时，采用线性插值的方法，以下降分支为例，dx为子环下降分支与主环下降分支PVN对应于同一电流的磁通差的绝对值；设当工作点从P1沿P1N移动过程中dx随线性减小，即从P1点处的dp1线性减小到N点处的dN＝0，利用线性插值得出如下关系式：上支路：下支路：以剩磁数据点作为磁滞回线起始点，通过起始点位置与上述关系式求解出各个采样时刻电流对应的磁链，以此实现对次回环的模拟，由此方法获得次环曲线图，将其与主环对比可知，次环曲线位于主环之中，也证明此方法的合理性与准确性；仅仅获得次环曲线是不够的，仍需将其转化为电感值，通过变化的电感值来表现磁滞特性，由于在一个步长中，电感值是不变的，故有以下公式，也就是所求出的次环曲线的斜率就是电感值，因此可通过磁通φ与电流I的差分来求解出电感值L值，如下：在模型代码编写过程，采用以下处理措施：①通过非线性电感元件的电流变化方向的判断采集流过非线性电感元件的电流Ia11、Ib11、Ic11，每一相通过延时模块DELT分别延时一个、两个步长，获得I(t‑2δt)、I(t‑δt)、I(t)，通过判断不同时刻的电流差值的符号，以此来获得工作点的运行情况；如果{I(t‑δt)‑I(t‑2δt)}＜0且{I(t)‑I(t‑δt)}＜0，则工作点运行在P→V→N段；如果{I(t‑δt)‑I(t‑2δt)}＜0且{I(t)‑I(t‑δt)}＞0，则工作点运行在N点处；如果{I(t‑δt)‑I(t‑2δt)}＞0且{I(t)‑I(t‑δt)}＞0，则工作点运行在N→U→P段；如果{I(t‑δt)‑I(t‑2δt)}＞0且{I(t)‑I(t‑δt)}＜0，则工作点运行在P点处；②工作点运行到主环外部由于次磁滞回线族是位于主环的内部，工作点不可能出现在主环的外部，因此当工作点运行到主环外部时，过运行点做一条电流为常数的直线，其与主环的上下两部分曲线相交于两点，取这两点的中点作为新的起始点，以此保证工作点运行的合理性；③变压器铁芯剩磁当变压器铁芯的剩磁不为0时，工作点根据电流增加、减小的方向，如果电流增大则按上述次环处理中的下支路方法处理，否则按上支路的方法处理；当变压器铁芯的剩磁为0时，工作点从原点出发，沿着磁滞中线运行，直至有电流的变化，按相同的办法处理；④模型调试与准确性验证PSCAD/EMTDC软件在程序调试方面，只能对代码一行一行进行调试，并将代码中的变量通过接口输出在波形显示器中显示，通过波形来判断程序的正确性，而验证方面则是采用与ATP‑EMTP中非线性电感元件Type96型以及BCTRAN模型组成的考虑磁滞特性的变压器模型仿真结果对比来实现；4)在PSCAD/EMTDC软件的主窗口建立描述铁磁材料磁滞特性的非线性电感元件测试模型，并在ATP‑EMTP软件中建立系统参数与其相同的模型，仿真并进行结果比较；5)在PSCAD/EMTDC软件的主窗口将非线性电感元件并联到UMEC变压器模型的高压侧，形成考虑磁滞特性的变压器电磁暂态仿真模型，并在ATP‑EMTP软件中建立系统参数与其相同的模型，仿真并进行结果比较。