基于pscad/emtdc软件的变压器电磁暂态仿真建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变压器电磁暂态仿真建模的技术领域，尤其是指一种基于PSCAD/ EMTDC软件的变压器电磁暂态仿真建模方法。
【背景技术】
[0002] 我国能源资源分布主要分布在西部，而负荷中心主要集中在东部，这种不平衡增 加了远距离输电和电网互联的需求，需要在大范围内进行能源资源优化分配。特高压直流 输电具有远距离、大容量、低损耗、节约土地资源、控制灵活及调度方便等优点，其具有交流 输电所不能比拟的优越性，因而得到普遍应用，成为解决我国能源资源配置不均衡的最有 效途径之一。
[0003] 换流站作为交直流系统的连接枢纽，集中了换流所需的各种设备，而换流变压器 作为换流站中的核心设备，其可靠性及可用率对于整个系统来说是至关重要的，换流变为 结构复杂、制造技术含量高并以大量贵重金属为原材料的大型设备，设备费用昂贵，占换流 站设备总投资60%以上，若其损坏，直接经济损失是比较严重的，由于其修复或更换周期较 长，势必造成直流系统停运时间较长，间接损失更加不容低估。
[0004] 换流变的合闸操作是换流站调试及生产运行阶段基础性操作，也是考核其制造质 量和绝缘性能的重要手段。换流变在投入系统运行时，在系统电压的励磁下，由于其内部非 线性铁芯因不同的初始电压而达到不同的饱和程度，往往会产生数十倍于额定电流的励磁 涌流，因而会对变压器内部结构产生强烈的冲击，同时对变压器内部绕组之间的绝缘性提 出了严峻的考验，随着社会经济的发展，变压器的容量也越来越大来满足社会供输电需求， 随之以上问题也愈显严峻。
[0005] 此外，励磁涌流的存在，因其含有大量的非周期分量和高次谐波分量，会降低电力 系统供电电能质量，同时导致电流互感器铁心严重饱和，产生不平衡暂态电流，容易引起换 流变差动保护误动。
[0006] 从经济性和安全性两方面考虑，极力对变压器空载合闸时复杂性涌流特性的研究 以及对换流变投入系统时产生的励磁涌流的抑制策略研究是很有必要的，精确而又实用换 流变模型的建立也就成为研究中的重中之重。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于弥补PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件中没有考虑铁芯铁磁材 料磁滞特性的变压器模型的空白，为换流变复杂性励磁涌流特性及抑制措施等方面研究， 提供一种基于PSCAD/EMTDC软件的变压器电磁暂态仿真建模方法，所建立的基于PSCAD/ EMTDC的考虑铁芯铁磁材料磁滞特性的变压器电磁暂态仿真模型能准确的实现磁滞效应， 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，可以运用 于换流变第一次合闸复杂性涌流特性和抑制措施等相关研究。
[0008] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：基于PSCAD/EMTDC软件的变压器 电磁暂态仿真建模方法，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：
[0009] 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；
[0010] 2)在PSCAD/EMTDC软件的Parameters窗口中创建一个用户参数输入界面；
[0011] 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；
[0012] 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；
[0013] 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。
[0014] 在步骤3)中，包括以下步骤：
[0015] 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；
[0016] 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；
[0017] 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；
[0018] 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；
[0019] 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；
[0020] 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；
[0021] 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PIN移动过程中dx随0线性减小，即从P1点处的dpi线性减小到N点处的dN =0,利用线性插值得出如下关系式：
[0022] 上支路：
[0023]
[0024]
[0030] 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；
[0031] 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，因此可通过磁通巾与电流I的差分来求解出电感值L值，如下：
[0032]
/at.
[0033] 在模型代码编写过程，采用以下处理措施：
[0034] ①通过非线性电感元件的电流变化方向的判断
[0035] 采集流过非线性电感元件的电流Iall、Ibll、Iell，每一相通过延时模块DELT分别延 时一个、两个步长，获得I(t_2St)、I(t-St)、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；
[0036] 如果{I(t-St)-I(t-2St)} < 0 且{I(t)-I(t-St)} < 0,则工作点运行在 P-V-N段；
[0037] 如果{I(t-St)-I(t-2St)} < 0 且{I(t)-I(t-St)} > 0,则工作点运行在N点 处；
[0038] 如果{I(t- 5t)-I(t-2 5t)}〉0且{I(t)-I(t- 5t)}〉0，则工作点运行