[发明专利]一种考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN仿真结构及方法

说明书

本发明公开一种考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN仿真结构及方法，方法步骤为：1)建立三相三柱变压器BCTRAN矩阵；2)计算变压器激励侧电流基频分量I_k及激励侧端口电压基频分量U_k；3)计算输入电流I_bctk；4)计算变压器端口励磁支路深度饱和电感L_satk；5)计算变压器所有端口深度饱和电感，得到端口完整励磁支路。结构包括BCTRAN参数模块、励磁支路、理想变压器和绕组电阻；本发明利通过将表征铁芯空间励磁特性差异的励磁支路添加在BCTRAN模型端口上，建立考虑铁芯深度饱和特性的改进BCTRAN模型，实现对变压器不同端口饱和特性的精准表征。

技术领域

本发明涉及变压器类设备电磁暂态研究领域，具体是一种考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN仿真结构及方法。

背景技术

三相三柱变压器是电力系统输变电环节中最重要的设备之一，其运行状态直接影响着电力系统的安全稳定运行，建立一个相对精确的三相三柱变压器电磁暂态模型对于分析变压器上产生的电磁暂态现象以及保障电力系统的安全运行意义重大。

现有电磁暂态仿真软件(EMTP)中三相变压器模型主要有变压器饱和模型、电磁对偶模型、混合模型、BCTRAN模型。变压器饱和模型要求绕组个数不多于三个，当绕组个数过多时可能会出现数值振荡等问题。电磁对偶模型利用电磁对偶原理建立模型，能够反应变压器磁路结构与电路元件的对应关系，模型各元件具有实际物理意义，但是精确的电磁对偶模型需要获取变压器内部详细的结构信息且建模复杂。混合模型利用导纳矩阵表征绕组间耦合关系并通过在模型外设置虚拟绕组用于连接表征铁芯拓扑结构的非线性励磁支路，与电磁对偶模型相同，精准的混合模型需要知道变压器内部结构及尺寸信息，限制了其应用范围。BCTRAN模型采用矩阵形式表征各绕组之间漏感的耦合关系，虽然该模型缺乏物理意义，但模型通用性强，在1kHz以下具有较高的工程仿真精度，对于多绕组变压器具有优异的扩展性。然而BCTRAN模型为线性模型，当用于涉及铁芯饱和的暂态分析时，可在变压器靠近铁芯的一侧绕组增加非线性励磁支路；该模型在铁芯轻微饱和时仿真误差不大，当变压器铁芯进入深度饱和时，铁芯相对磁导率降低，励磁电感值急剧减少，流入气隙的磁通量增加，变压器铁芯空间上的饱和程度出现显著差异。研究指出当铁芯深度饱和时在变压器高压绕组侧进行试验励磁涌流仿真值较为准确，在第三绕组侧进行试验励磁涌流仿真值则会出现较大误差。因此，为精准表征变压器端口饱和特性需准确获取变压器各端口对应励磁支路在深度饱和状态下的励磁特性。

电力变压器的额定工作点常设计在膝点附近，国家标准规定空载试验应在1.1倍额定电压下进行。当试验电压进一步增加，铁芯逐渐进入深度饱和状态，励磁电流将迅速增大，甚至与额定电流相当，导致硅钢片产生较大的磁致伸缩应力，造成变压器器身振动发热严重噪音增大，另外试验过程中对电源的容量也提出极为苛刻的要求，针对变压器深度饱和电感测量方法的研究也一直是电磁暂态建模领域的重点和难点。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN仿真方法，包括以下步骤：

1)获取待模拟三相三柱变压器正序短路电感、零序短路电感、零序励磁电感，并建立三相三柱变压器BCTRAN矩阵，即：

式中，三相三柱变压器BCTRAN矩阵A中的元素包括正序短路电感、零序短路电感、零序励磁电感。

2)计算变压器激励侧电流基频分量I_k及激励侧端口电压基频分量U_k，即：

U_k＝N_r(U_Tk-I_TkR_k)/N_k (2)