電力變壓器仿真模型的設計

摘  要

隨著電力系統的飛速發展，對變壓器的保護要求也越來越高。研究三相變壓器地暫態過程，建立一個完善的變壓器仿真模型，對變壓器保護方案的設計具有非常重要地意義。

本文在Matlab的編程環境下，分析了當前的變壓器仿真的方法。在單相情況下，分析了在飽和和不飽和的勵磁涌流現象，和單相勵磁涌流的特征。在三相情況下，在用分段擬和加曲線壓縮法的基礎上，分別用兩條修正的反正切函數，和兩條修正的反正切函數加上兩段模擬飽和情況的直線兩種方法建立了Yd11、Ynd11、Yny0和Yy0四種最常用接線方式下三相變壓器的數學仿真模型，并在Matlab下仿真實現。通過對三相勵磁涌流和磁滯回環波形分析，三相勵磁涌流的特征分析，總結出影響三相變壓器勵磁涌流地主要因素。最后，分析了兩種方法的優劣，建立比較完善的變壓器仿真模型。

關鍵詞：三相變壓器、勵磁涌流、仿真、數學模型

目  錄

緒  論- 8 -

一．本課題意義- 8 -

二．本論文的主要工作- 9 -

三．使用工具介紹- 9 -

第一章   變壓器的基本原理- 11 -

§1.1變壓器的工作原理- 11 -

§1.2 單相變壓器的等效電路- 12 -

§1.3 三相變壓器的等效電路及連接組問題- 13 -

第二章   變壓器仿真的方法簡介- 15 -

§2.1 基于基本勵磁曲線的靜態模型- 15 -

§2.2基于暫態磁化特性曲線的動態模型- 16 -

§2.3非線性時域等效電路模型- 17 -

§2.4基于ANN的變斜率BP算法- 18 -

第三章   單相變壓器的仿真- 20 -

§3. 1 單相變壓器仿真的數學模型- 20 -

§3.1.1 單相變壓器的等效電路分析- 20 -

§3.1.2 龍格－庫塔法則的介紹- 21 -

§3.2 單相變壓器仿真的程序流程及功能介紹- 23 -

§3.3 單相變壓器仿真的實例計算及結果分析- 24 -

§3.3.1單相變壓器仿真的波形分析- 24 -

§3.3.2單相變壓器的勵磁涌流的分析- 25 -

§3.3.3單相變壓器勵磁涌流的特征- 28 -

第四章   三相變壓器的仿真- 29 -

§4. 1 三相變壓器仿真的數學模型- 29 -

§4.1.1仿真的數學依據- 29 -

§4.1.1.1三相變壓器Yd11連接組模式- 29 -

§4.1.1.2三相變壓器Ynd11連接組模式- 31 -

§4.1.1.3三相變壓器Yny0連接組模式- 32 -

§4.1.1.4三相變壓器Yy0連接組模式- 32 -

§4.1.2電源電壓的描述- 33 -

§4.1.3鐵心動態磁化過程簡述- 33 -

§4.1.3.1極限磁滯回環的數學描述- 34 -

§4.1.3.2暫態局部磁滯回環的描述- 35 -

§4.1.3.3剩磁的處理- 36 -

§4.2 三相變壓器仿真的程序流程及功能介紹- 36 -

§4.2.1分段擬和加曲線壓縮法方法一（兩段修正的反正切函數）- 36 -

§4.2.2分段擬和加曲線壓縮法方法二（兩段修正的反正切函數加兩段直線）- 38 -

§4.3 三相變壓器仿真的計算實例及結果分析- 39 -

§4.3.1勵磁涌流的仿真- 39 -

§4.3.1.1方法一：用兩段修正的反正切函數擬和壓縮- 39 -

§4.3.1.2方法二：用兩段修正的反正切函數加兩段直線擬和壓縮- 41 -

§4.3.1.3兩種方法的比較分析- 42 -

§4.3.2影響變壓器勵磁涌流的主要因素及結果分析- 42 -

§4.3.2.1剩磁對變壓器勵磁涌流的影響- 42 -

§4.3.2.2合閘初相角對變壓器勵磁涌流的影響- 43 -

§4.3.3三相變壓器勵磁涌流的特征- 44 -

第五章   結論與展望- 46 -

參考文獻- 47 -

附錄  Matlab程序- 48 -

§1.在Yd11接線方式下兩段反正切函數擬和極限磁滯回環的程序- 48 -

§2.在Ynd11接線方式下兩段反正切函數擬和極限磁滯回環的程序- 52 -

§3.在Yny0接線方式下兩段反正切函數擬和極限磁滯回環的程序- 54 -

§4.在Yy0接線方式下兩段反正切函數擬和極限磁滯回環的程序- 55 -

§5.在Yd11接線方式下兩段反正切函數加兩段直線擬和極限磁滯回環的程序- 56 -

§6.在Ynd11接線方式下兩段反正切函數加兩段直線擬和極限磁滯回環- 59 -

§7.在Yny0接線方式下兩段反正切函數加兩段直線擬和極限磁滯回環的程序- 60 -

§8.在Yy0接線方式下兩段反正切函數加兩段直線擬和極限磁滯回環的程序- 61 -

致  謝- 62 -