[发明专利]基于电流分解和绕组等效的变压器电磁转换方法和装置

说明书

本发明提供一种基于电流分解和绕组等效的变压器电磁转换方法和装置，先构建变压器的电流方程和电动势方程，然后根据变压器的电流方程和电动势方程确定变压器的等值电路，最终实现变压器从磁路模型到等值电路的转换。本发明提供的技术方案结合了UMEC法和对偶原理法两者的优点，能够得到的与磁路模型中各磁路分支相对应的单相两绕组变压器/三相三柱式变压器的等值电路，能够直观的表达等值电路的具体拓扑结构，具有很强的可观性；且本发明提供的技术方案中单相两绕组变压器相关的磁导、磁导率等计算，特别是三相三柱式变压器相关的磁导、磁导率的计算比较简单，计算量较小，易于操作。

技术领域

本发明涉及变压器电磁仿真技术领域，具体涉及一种基于电流分解和绕组等效的变压器电磁转换方法和装置。

背景技术

由于变压器的铁芯由导磁材料硅钢片构成，所以其具有磁滞性和饱和性。在分析变压器运行在磁化曲线饱和段问题时，需要建立计及铁芯饱和的电路模型和磁路模型，并对电路模型和磁路模型进行仿真。在建立电路模型时，铁芯不能单纯的用线性电感等效励磁支路，因为变压器在磁通饱和时，端口电压和励磁电流呈非线性关系，等效得到的励磁支路电感也要呈非线性。此时建立能准确反应磁路结构的电路模型就显得极为重要。

目前关于变压器模型的建模方法有两大类：1)通过解析法构建电路模型，2)采用有限元方法构建变压器模型。有限元方法通过搭建变压器的物理模型进行电磁场各量的计算，所以在精确模拟变压器的结构和磁化特性的同时，有限元方法的计算量很大，且计算时间很长，占用的内存很大。在只进行电磁场的计算时，解析法明显比有限元法有优势，因为解析法跟物理结构无关，只需进行各个电磁量关系的计算，所涉及的变量更少，所以用解析法建立电磁模型进行仿真更优。

建立基于解析法的电磁模型的主要关键点在于磁路到电路的转换，现有技术中关于磁路到电路的转换有UMEC(Unified Magnetic Equivalent Circuit)法和和对偶原理法。其中UMEC法由磁路模型通过磁路关系进行代数计算得到最终的自感系数和互感系数，最终的自感系数和互感系数构成的电路模型没有与磁路模型中各磁路分支相对应的具体电路结构，所以UMEC法不能直观的表达电路内部结构，且在多相多芯柱变压器的计算中代数式比较复杂，计算量大。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于电流分解和绕组等效的变压器电磁转换方法和装置，先确定单相两绕组变压器/三相三柱式变压器的电流方程和电动势方程，然后根据单相两绕组变压器/三相三柱式变压器的电流方程和电动势方程确定单相两绕组变压器/三相三柱式变压器的等值电路，最终实现单相两绕组变压器/三相三柱式变压器从磁路模型到等值电路的转换。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种基于电流分解和绕组等效的变压器电磁转换方法，包括：

构建单相两绕组变压器的电流方程和电动势方程；

根据单相两绕组变压器的电流方程和电动势方程确定单相两绕组变压器的等值电路；

所述单相两绕组变压器的等值电路包括电感L₁、电感L₂、电感L₃、电感L₄和电感L₅；所述电感L₂和电感L₅串联形成L₂-L₅支路，所述L₂-L₅支路与电感L₃并联形成(L₂-L₅)//L₃支路，所述(L₂-L₅)//L₃支路与电感L₄串联后再与电感L₁并联。

所述单相两绕组变压器的电流方程如下式：