基于变压器动态非线性模型励磁涌流的研究

基于变压器铁芯拓扑结构建立了电路方程和磁路方程并进行了深入分析,然后将电路方程和磁路方程结合起来,利用Jiles-Atherton铁磁磁滞原理模拟变压器铁芯磁滞特性曲线,建立了计及剩磁的变压器非线性模型。基于所建立的变压器模型研究了在不同剩磁不同合闸角情况下变压器空载合闸的励磁涌流,结果显示了剩磁和合闸角对磁滞曲线和励磁涌流都有很大的影响,磁滞曲线的畸变程度则决定了励磁涌流的大小。     

变压器空载合闸励磁涌流试验和仿真分析

变压器在空载合闸时,由于铁心饱和,引起励磁涌流,可能导致继电保护装置误动作、引起过电压而损坏设备的绝缘。针对此问题,采用EMTP/ATP软件对单相和三相变压器空载合闸进行仿真,研究饱和变压器模型、BCTRAN模型和Hybrid模型在变压器空载合闸仿真中的适用性和准确性,并且对一单相变压器进行空载合闸试验,研究其在不同合闸角和剩磁下的励磁涌流波形,对照分析仿真结果的准确性。结果表明,饱和变压器模型无法考虑磁滞和剩磁,其计算结果和实际结果偏差较大;BCTRAN模型通过添加外部非线性元件仿真铁心磁滞特性,计算结果较为接近试验值,但计算波形和试验波形有偏差;Hybrid是基于对偶性原理的磁路模型,更好的体现了磁通在铁心柱、铁轭以及气隙的流通路径,能更为准确的仿真励磁涌流大小和波形,所以在在变压器空载合闸仿真中推荐采用Hybrid模型。     

基于EMTP／ATP的变压器建模及励磁涌流的仿真研究

阐述了应用EMTP／ATP程序建立变压器励磁涌流仿真计算模型,该模型考虑了变压器的磁滞饱和特性及铁芯和绕组的结构形式。在所建立的模型上对变压器空载合闸时励磁涌流进行仿真研究,并利用离散傅立叶算法（DFT）对涌流中的谐波成分进行分析。仿真计算结果表明,该模型能较准确地仿真变压器的各种故障情况,为变压器差动保护的设计提供依据。     

变压器空载合闸励磁涌流的仿真分析研究

变压器在轻载或者空载的情况下合闸通电的时候,可能变压器的一次侧绕组中流过励磁涌流。励磁涌流出现的原因是在变压器铁芯被拖入饱和区甚至是深度饱和区,励磁涌流对变压器自身和对电网中的电能质量都有不利影响。基于Matlab对单相变压器和三相变压器的合闸涌流进行了仿真研究,同时对变压器空载合闸涌流的特性进行了深入的分析,对变压器差动保护的精确整定,以及对变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法提供了突破口。     

大容量变压器消磁必要性及措施探讨

大容量变压器空载合闸产生的励磁涌流是引起保护动作、损坏变压器内部结构的主要问题之一。文章通过分析铁磁材料的磁滞特性,阐明了变压器剩磁的产生机理。以双绕组变压器空载合闸模型为例,推导合空变后暂态磁感应强度和励磁涌流的计算式,找到了合闸角为0°且与剩磁同向时励磁涌流最大,并搭建了500 kV变压器仿真计算模型对比合闸角0°和90°的情况,证明了剩磁存在情况下,励磁涌流会使得合空变有概率失败,并使保护动作及危害设备,因此有必要对停运后的大容量变压器进行消磁。仿真结果表明,经过直流退磁后,变压器内剩磁含量非常小,变压器可保证合闸成功。     

考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型EI北大核心CSCD

三相三柱变压器广泛运用于电力系统中,需建立精准的三相三柱变压器模型支撑电力系统电磁暂态分析与防护研究。经典的变压器BCTRAN模型被广泛运用在电磁暂态仿真研究中,然而经典BCTRAN模型难以准确模拟铁芯在深度饱和状态下变压器不同端口的饱和特性。该文利用序分量参数建立三相三柱变压器BCTRAN模型,精准表征变压器各相绕组间的耦合关系;利用交直流混合源对变压器进行端口试验获取励磁支路深度饱和电感从而构建完整励磁支路;在经典BCTRAN模型的基础上,通过在变压器端口添加表征铁芯空间励磁特性差异的励磁支路,进而建立考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型。对300VA三相三柱变压器及22kVA三相三柱变压器有限元模型分别进行励磁涌流试验,与传统模型相比,改进模型不同端口励磁涌流首峰值更接近实测值。试验证明,提出的三相三柱变压器改进BCTRAN模型能够较为准确地表征变压器端口的饱和特性,可为电力系统电磁暂态仿真研究提供基础模型。     

高压断路器选相合闸方法研究

针对电气设备分相投切时产生暂态过电压、过电流,尤其是换流变压器等电磁耦合类设备单相合闸时引起励磁涌流的问题,提出了计及电磁耦合影响的高压断路器三相合闸方法。该方法考虑电磁耦合效应对单相合闸的影响,以换流变压器断路器投切为例建立选相合闸的计算模型,对于换流变压器不同接线方式,分别计算逐相合闸过程中各相电压幅值和相位的变化,按电磁耦合影响最小的原则确定选相合闸控制方法。利用高压直流工程仿真和现场运维实例验证,结果表明:相比现行的单相合闸策略,采用计及电磁耦合影响的三相合闸方法,换流变压器空载合闸时暂态过电流减少明显,充电励磁电流波形较为平滑,抑制了励磁涌流的产生。     

采用选相位关合技术消除变压器空载合闸的励磁涌流

空载变压器合闸过程中,当铁芯磁通趋于饱和时,会产生幅值相当大的励磁涌流.这将造成很多不利影响,容易引起继电保护装置误动、绕组机械应力增大及电能质量降低等.如果利用相关的运算法则对铁芯通量和剩磁进行计算,选择关合相位角进行合闸可以消除这些暂态影响.通过MATLAB仿真分析,证明利用选相位角关合技术,可以消除投空载变压器时的励磁涌流.     

基于合闸电阻的变压器励磁涌流相控技术研究

分析了励磁涌流产生机理,借助数学手段推导出励磁涌流与磁链、合闸相角和合闸电阻的关系,得到了最佳合闸相位的计算公式,阐述了合闸电阻抑制励磁涌流的原理。提出合闸电阻与相控技术相结合的方法,使励磁涌流抑制效果达到最佳。采用ATP暂态仿真软件,搭建了三相变压器系统仿真模型,对合闸电阻接入阻值、接入时间、相控合闸进行了仿真与分析,得出了抑制励磁涌流的最佳方案。最后,通过三相变压器空载合闸实验来验证最佳合闸相位的合理性,对减小空载变压器合闸励磁涌流有指导意义。     

变压器励磁涌流导致零序分量产生的仿真分析

根据空载变压器等效电路建立数学模型,分析单相变压器励磁涌流的产生机理;利用Matlab仿真软件建立空载合闸的三相变压器(Yn/D)仿真模型,仿真分析变压器各相励磁涌流波形以及各相励磁涌流中谐波电流成分的特点;建立变压器中性点直接接地且空载合闸暂态过程的系统三相不对称等效电路,结合励磁涌流及其谐波成分的特点,深入分析产生零序电流和零序电压的机理.     

Simulation of hysteresis and eddy current effects in a power transformer

This paper presents a simulation algorithm to simulate the hysteresis characteristics in the core of a power transformer. The algorithm is based on the Jiles–Atherton phenomenological model of a ferromagnetic material. The new transformer model is capable of producing a close representation of the transformer magnetizing current. Comparisons are made between recorded and simulated waveforms using a single phase distribution transformer. A good agreement is achieved between recorded and simulated data.     

基于极性变化直流电压源的铁磁元件铁心剩磁通测量方法

剩磁通可能给变压器带来较大的励磁涌流,影响测量互感器的测量精度。然而目前对于变压器的铁心剩磁通测量还没有规范的方法。为了便捷地测量铁心剩磁通,提出一种采用极性变化的直流电压源来测量铁磁元件铁心剩磁通和剩磁系数的方法。该方法采用半桥电路获得极性变化的直流电压,并施加在绕组两端,使铁心分别达到正、负饱和点。绘制整个过程中的磁通与电流关系曲线,即可得到铁心的部分饱和磁滞回线,根据获得的饱和磁滞回线来计算铁心剩磁通和剩磁系数。并且在电流互感器上开展实验,测得在正、负饱和剩磁点和退磁后的磁通零点的剩磁通平均值分别为4.001m Wb、-3.844m Wb和0.048m Wb。结果表明,该方法具有较高的准确性和稳定性,而且需要的退磁电源功率小,方便携带。     

动态磁化特性模拟

介绍了变压器铁心材料动态磁特性的模拟拟合方法,用此方法,只要做一次磁滞回线测定,就能比较准确地模拟出铁磁材料在各种不同工作点的磁化特性。     

单相变压器直流偏磁励磁电流仿真分析

通过铁心的非线性磁化曲线JilesAtherton理论,在MATLAB软件环境里建立了变压器铁心的仿真模型并利用该模型分析了直流偏磁大型单相变压器开路时励磁电流的波形特征。结果表明,随流入变压器的直流电流I0增加,励磁电流畸变愈重,并在I0增大到一定程度后严重半周饱和,其谐波分量越来越大且出现I0增加快速增长的偶次(主要是2次)谐波。     

直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗模型及验证

直流偏磁状态下,电力变压器的附加损耗显著增加,试验测量得到的变压器空载损耗不能充分表征铁心实际损耗。为正确评估变压器铁心可能出现的过热问题,有必要建立其准确的数学模型。该文在Jiles-Atherton基本磁滞模型的基础上,从能量平衡原理出发,考虑铁心在交流状态下的涡流损耗和异常损耗,建立了合理可逆磁化系数条件下,以磁通密度作为输入量的铁心动态磁滞损耗模型。利用遗传算法提取试验变压器铁心在正常工作条件下的动态模型参数,并用于对不同幅值直流偏磁电流作用下的铁心损耗进行仿真计算。将计算结果与试验结果进行对比,发现二者吻合较好,说明该动态模型能较好的描述直流偏磁状态下电力变压器铁心动态磁滞损耗,验证了模型的正确性和实用性。     

基于规化求解法的电流互感器仿真

电流互感器饱和问题一直是影响保护正确动作的关键问题,所以需要对电流互感器饱和情况进行深入的研究,分析二次电流波形。选用一种拟合直流磁化曲线的数学函数,运用规化求解的方法建立电流互感器的仿真模型,并据此比较不同性质的二次负荷、剩磁和磁滞效应对电流互感器传变的影响,分析这些传变对继电保护的危害。所提出的规化求解法方便地解决了铁磁非线性仿真问题。     

Pspice电路仿真中变压器模型的使用

详细阐述了Pspice电路仿真中变压器模型的使用方法和注意事项,包括通用线性变压器模型、由线性磁心模型构成的线性变压器模型、具有磁滞现象和饱和特性的非线性磁心构成的非线性变压器模型.还介绍了利用电压控制电压源和电流控制电流源构成的具有交流和直流传输特性的理想变压模型.另外,提出了利用模型编辑器建立非线性磁心模型的两种方法:参数提取法和试错法,并且设计了测试电路对磁心模型进行测试.     

计及铁心损耗和磁滞效应改进的变压器模型

分析电力系统暂态过程或铁磁谐振等问题时,建立变压器精确的等效非线性模型非常关键。基于变压器的空载实验,利用非线性电阻和考虑磁滞效应的非线性电感的并联来等效变压器铁心励磁支路,并给出了变压器的等效电路模型和励磁支路参数特性的计算方法。在工频条件下,分别建立了模型变压器和单相三柱变压器JMB-500的等效模型,计算结果与测量结果吻合很好。最后,建立了模型变压器在不同频率下的等效模型,该文的计算结果与测量结果也同样吻合,证明了该文方法的有效性和准确性。     

基于分形理论的变压器磁滞回环拟合新方法

正确地模拟变压器铁磁材料的动态磁化过程，掌握变压器铁磁材料的动态磁化规律，是提高变压器暂态仿真准确性的关键，作者首次运用分形理论中的基本观点，证明了铁磁材料的磁滞回环族是一种分形图形，从本质上揭示了铁磁材料动态磁化过程中所遵循的规律，从机理上探讨了变压器主、次磁滞回环之间的关系，在此基础上，应用分形学中迭代函数系统的基本理论，对铁磁材料的次磁滞回环拟合提出了一种“变压缩因子”方法，通过对主磁滞回环进行线性迭代压缩计算来生成次磁滞回环，仿真结果验证了这种方法的正确性。     

A systematic method for the development of a three‐phase transformer non‐linear model

In this work, a novel three‐phase transformer non‐linear model is developed. The proposed model takes into account the magnetic core topology and the windings connections. The non‐linear characteristic curve of the core material is introduced by its magnetization curve or by its hysteresis loop using the mathematical hysteresis model proposed by Tellinen or the macroscopic hysteresis model proposed by Jiles–Atherton. The eddy currents effects are included through non‐linear resistors using Bertotti's work. The proposed model presents several advantages. An incremental linear circuit, having the same topology with the magnetic circuit of the core, is used in order to directly write the differential equations of the magnetic part of the transformer. The matrix L _d that describes the coupling between the windings of the transformer is systematically derived. The electrical equations of the transformer can be easily written for any possible connection of the primary and secondary windings using the unconnected windings equations and transformation matrices. The proposed methods for the calculation of the coupling between the windings, the representation of the eddy currents and the inclusion of the core material characteristic curve can be used to develop a transformer model appropriate for the EMTP/ATP‐type programs. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.