[发明专利]基于耦合漏感的四绕组变压器电磁暂态模型建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于耦合漏感的四绕组变压器电磁暂态模型建立方法。

背景技术

由于钢铁、化工等工业中整流机组的大量应用，给电网带来了不可避免的谐波污染。在三绕组变压器的基础上，利用安匝平衡原理引入一个消谐绕组形成四绕组变压器，通过该绕组上滤波器对铁芯谐波磁通进行感应滤波，可达到消除并网谐波、改善电能质量的目的。当补偿电流的谐波和直流分量通过消谐绕组注入后，四绕组变压器的电磁暂态过程将变得更加复杂。特别是，附加的消谐绕组会改变短路计算时四绕组变压器的正、负和零序等值电路。因此，需研究更精细的四绕组变压器暂态模型及其等值电路，为电力设备选型和继电保护整定提供理论依据。

变压器模型的精确度直接影响电力系统暂态仿真及计算的有效性。用于表征变压器电磁暂态过程的模型主要有，矩阵模型(BCTRAN)、饱和特性模型(STC)、统一磁路模型(UMEC)、基于对偶性原理的模型。其中，BCTRAN模型用回路阻抗矩阵或导纳矩阵表征变压器端口的耦合特性；STC模型采用饱和电感的方式考虑铁芯的饱和及磁滞特性；UMEC模型则通过多端口诺顿等效电路，将变压器统一磁路方程引入其端口的节点导纳矩阵中，但是前述模型均忽略了变压器铁芯结构差异，无法充分表现变压器励磁特征。基于对偶性原理的模型采用电路与磁路对偶的方法，考虑铁芯几何结构建立变压器的综合电路模型，能刻画磁通在铁芯和绕组的分布特性，有利于精细化地模拟变压器的电磁暂态行为。但是，还没有文献对四绕组变压器的电路-磁路模型进行研究，现有的模型均无法精细地模拟四绕组变压器的低频暂态行为。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于耦合漏感的四绕组变压器电磁暂态模型建立方法。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：提供一种基于耦合漏感的四绕组变压器电磁暂态模型建立方法，包括以下步骤：

S1、建立三相三柱式三绕组变压器的耦合漏电感模型；

S3、根据三相三柱式四绕组变压器的拓扑结构以及建立的三相三柱式三绕组变压器的耦合漏电感模型建立三相三柱式四绕组变压器电磁暂态模型。

进一步的，在所述步骤S1中，根据三相三柱式三绕组变压器绕组间的漏磁路分布建立三相三柱式三绕组变压器的耦合漏电感模型，包括以下子步骤：

S101、建立三相三柱式三绕组变压器第一绕组和第二绕组间的漏感子模型L₁₂、第二绕组和第三绕组间的漏感子模型L₂₃；

S102、根据所述漏感子模型L₁₂、漏感子模型L₂₃建立三相三柱式三绕组变压器第一绕组和第三绕组间的漏感子模型L₁₃；

S103、根据漏感子模型L₂₃、漏感子模型L₂₃、漏感子模型L₁₃建立与短路测试相匹配的L_s13。

进一步的，在S101步骤中，所述漏感子模型L₁₂、漏感子模型L₂₃的建立方法如下：当在第一绕组上施加电压，第二绕组和第三绕组分别短路和开路时，可测得漏磁路φ₁₂对应的漏感L_s12，当在第二绕组上施加电压，第三绕组和第一绕组分别短路和开路时，可测得漏磁路φ₂₃对应的漏感L_s23，设磁场强度近似梯形分布，绕组间的漏感也可根据变压器的几何尺寸进行计算通过以下公式得到：

式(1)中，μ₀为真空磁导率，N为绕组匝数，l为两绕组的平均周长，h为相应两绕组的平均高度。由对偶性原理将变压器绕组与铁芯间的励磁磁通采用非线性电感L_m、L_m1和L_m2表征，而绕组间的漏磁通用两个线性电感L₁₂＝L_s12、L₂₃＝L_s23表征。

进一步的，在S102步骤中，所述漏感子模型L₁₃根据常规的等值电路，可以通过以下公式得到：