一种交直流叠加激励下变压器零序电磁参数提取方法

本发明属于电力，涉及一种交直流叠加激励下变压器零序电磁参数提取方法。

背景技术：

1、交直流混联电网是电网发展的新形态，其规模的迅速扩大致使直流单极大地回线或双极不平衡运行工况激增，变压器中性点遭受直流入侵日趋严峻，导致其振动和过热加剧，甚至造成电网大面积停电。解决变压器中性点交直流叠加激励下油箱和油隙电磁特性精准表征的难题，需要建立适配交直流混联电网的完整变压器电磁暂态模型，而揭示交直流激励下油隙和油箱零序磁通时空分布规律以及零序动态漏电感参数解析分析是以上工作的前提。

2、关于变压器油箱等结构件的电磁暂态建模，早期传统变压器电磁暂态建模常大幅线性化油箱和油隙，其电感参数由标准零序测试获取，本质上仅能表征非线性电感在线性段的特性，无法表征油箱饱和非线性特征。为了赋予变压器电磁暂态模型对非线性零序特性的表征能力，基于cauer电路的集总模型和计及油箱等结构件的分布模型被提出，前者假设三相零序磁通全部流入箱壁，将箱壁中涡流简化为沿箱壁周界流动的环流，整个箱壁采用25阶的γ型单值非线性拓扑电路模拟，后者则以结构件和油隙漏磁通分布为依据，建立非线性电感和电阻串、并联的等值拓扑电路模型，对于漏磁空间分布具有一定的表征能力。

3、但是上述模型都存在相应的缺点：1、交直流叠加激励下，对于零序磁通的表征，集总模型仅对油箱箱壁模拟程度较高，简化了对箱盖、箱底、油隙以及拉板等结构件零序磁通的表征，未考虑油箱局部动态环流特性，造成对零序磁通表征结果不精确。2、交直流叠加激励下，对于零序磁通的表征，分布模型亦仅考虑其轴向非均匀分布，忽略辐向非均匀分布及边缘效应，而当变压器容量较大时辐向分布不可忽略。3、集总模型和分布模型均以工频零序测试数据提取模型参数，难以准确刻画油箱时变局部饱和与杂散损耗动态时变特性。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种交直流叠加激励下变压器零序电磁参数提取方法，提取油隙和油箱的零序磁通，补充传统集总模型和分布模型简化或忽略的零序参数，从而降低三相变压器零序磁通仿真计算误差，为交直流混联电网大规模全电磁暂态仿真提供基础模型。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种交直流叠加激励下变压器零序电磁参数提取方法，该方法通过建立三相变压器电磁场模型，依据该模型模拟不同工况下三相变压器的场路耦合模型，同时应用时域场路耦合方法，基于能量扰动原理计算零序接线下三相变压器的漏磁通以得到油隙和油箱零序磁通的时空分布三维可视化仿真图，从而进行动态漏电感参数解析分析。

4、优选地，以双绕组三相三柱变压器的拓扑结构、材料属性和尺寸参数为依据，利用ansys软件建立三相变压器的电磁场模型。三相三柱变压器包括a、b和c三相铁心柱，上、下铁轭，以及三相绕组；其中上、下铁轭分别设置在三相铁心柱上、下两侧；三相绕组设置为高压绕组在外，低压绕组在内。

5、优选地，三相三柱变压器设置在一油箱模型中。

6、优选地，在三相变压器正常三相交流激励的基础上，通过在中性点上串接直流电压源，模拟中性点直流入侵的情况，得到不同工况下三相变压器的场路耦合模型。工况类型包括正常三相交流激励、零序接线、三相交直流叠加激励、三相交直流叠加激励时零序接线。

7、优选地，计算变压器动态漏电感的方法为：首先建立直流偏磁时三相变压器的电路模型，基于该模型构建时域微分方程：

8、

9、然后建立t型等效电路，忽略不同相高压绕组间的互感以及不同相低压绕组间的互感，同时将二次侧参数归算到一次侧，得到等效电路矩阵方程：

10、

11、通过动态漏电感矩阵[l0]和励磁矩阵[le]计算出零序接线下三相变压器的漏磁通。。

12、本发明的有益效果在于：本发明采用有限元方法，以时间和空间两个维度建立三相变压器的电磁场模型，通过仿真建立零序磁通的传输路径，利用能量平衡方法结合t型等效电路分离动态漏电感，从而补充传统集总模型和分布模型简化或忽略的零序参数，降低三相变压器零序磁通仿真计算误差，为交直流混联电网大规模全电磁暂态仿真提供基础模型。

13、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.一种交直流叠加激励下变压器零序电磁参数提取方法，其特征在于：该方法通过建立三相变压器电磁场模型，依据该模型模拟不同工况下三相变压器的场路耦合模型，同时应用时域场路耦合方法，基于能量扰动原理计算零序接线下三相变压器的漏磁通以得到油隙和油箱零序磁通的时空分布三维可视化仿真图，从而进行动态漏电感参数解析分析。

2.根据权利要求1所述的变压器零序电磁参数提取方法，其特征在于：所述三相变压器电磁场模型以双绕组三相三柱变压器的拓扑结构、材料属性和尺寸参数为依据，利用ansys软件建立得到，具体为：三相三柱变压器包括a、b和c三相铁心柱，上、下铁轭，以及三相绕组；其中上、下铁轭分别设置在三相铁心柱上、下两侧；三相绕组设置为高压绕组在外，低压绕组在内。

3.根据权利要求2所述的变压器零序电磁参数提取方法，其特征在于：所述三相三柱变压器设置在一油箱模型中。

4.根据权利要求1所述的变压器零序电磁参数提取方法，其特征在于：在三相变压器正常三相交流激励的基础上，通过在中性点上串接直流电压源，模拟中性点直流入侵的情况，得到不同工况下三相变压器的场路耦合模型。

5.根据权利要求4所述的变压器零序电磁参数提取方法，其特征在于：所述工况包括正常三相交流激励、零序接线、三相交直流叠加激励和三相交直流叠加激励时零序接线。

6.根据权利要求1所述的变压器零序电磁参数提取方法，其特征在于：计算零序接线下三相变压器漏磁通的方法为：首先建立直流偏磁时三相变压器的电路模型，基于该模型构建时域微分方程：

技术总结
本发明涉及一种交直流叠加激励下变压器零序电磁参数提取方法，属于电力技术领域。该方法通过建立三相变压器电磁场模型，依据该模型模拟不同工况下三相变压器的场路耦合模型，同时应用时域场路耦合方法，基于能量扰动原理计算零序接线下三相变压器的漏磁通以得到油隙和油箱零序磁通的时空分布三维可视化仿真图，从而进行动态漏电感参数解析分析。本发明能够补充传统集总模型和分布模型简化或忽略的零序参数，从而降低三相变压器零序磁通仿真计算误差，为交直流混联电网大规模全电磁暂态仿真提供基础模型。

技术研发人员：邹密,王子涵,唐贤伦,李薇
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13