低压端采用阻抗变换器的电力电子变压器的仿真分析

电力变压器保护系统研究及仿真摘要：目前，我国的电力工程建设的发展迅速，随着电力系统设备的完善，中国的“西电东送、南北互供、全国互联”的发展非常的成功，电能的传送距离增加、电网所覆盖的区域越来越宽、电网的储存容量也在增大，对电网安全、可靠以及稳定的运行有了很高的要求。

电力变压器对整个电力系统中发电、输电以及配电有着不可替代的作用。

依据《继电保护和自动装置设计技术规程》，给电力变压器应该配备下面的几种保护装置，比如在油箱内部要增加油位过低或者是短路的保护装置，以及绕组和引出线多相发生短路等等的纵联差动保护；大电流方式的接地系统中的变压器外围的接地故障而设置的零序电流保护；变压器对称方向的过负荷所设定的过负荷保护等。

关键词：电力变压器；保护系统；研究及仿真引言电力变压器本身的特性以及在电力系统中的特殊作用，使得变压器运行稳定性成为影响电力系统供给稳定性的关键因素。

随着整体工业水平的提高，虽然电力变压器制造工艺有了长足进步，但21世纪以来，电力系统自动化程度进一步提高，使得电力系统更加智能化，复杂化。

电力变压器作为电力系统中举足轻重的调压设备，对其进行定期、及时的运行分析，并对已发现的隐患进行跟踪、处理和预判，是保证电力变压器运行稳定性的重要手段之一。

而电力变压器的预防性试验是发现其内部隐患，评估其性能的最重要方法，也是对其运行分析最重要的参考指标。

1故障出现的原因1.1绝缘老化绝缘老化故障的出现多是因为变压器使用运行时间较长，这使绝缘性能受到影响。

如果想要使变压器设备运行更稳定，就要使绝缘性能得以保障，否则会因为较差的绝缘效果使各种问题得以出现。

通常来说要掌握其设备运载量的承受程度，以使其运行处于正常的状态，避免在超负荷的情况下持续工作，以保持绝缘材料性能，维持变压器使用寿命。

1.2遭受雷击因为变压器功能的特殊性，很多情况下其安装使用是在室外进行的，也就是在露天环境运行，周围环境很容易对其性能产生影响，这其中就包括雷击影响，所以要对防雷设备进行科学合理的布控，避免雷雨天气使变压器发生故障。

1 引言1.1 变压器的概述变压器是一种电能转换装置，它将相同的频率，不同的电压和电流实现能量传递。

它由一个软铁片制成的铁芯和围绕着铁芯的绝缘铜线或铝线绕组所成，变压器的应用非常广泛。

电力系统中在向远方传输电力时，为了减少线路上的电能损失和增加输送容量，需要升高电压；为了满足用户用电的要求，又需要降低电压，这就需要电力变压器。

变压器设计过程中，为了更好的优化其参数、性能指标，对其进行初期的仿真研究很有意义[1]。

变压器虽然种类繁多、品种庞杂，但其最主要品种则为电力变压器。

变压器的用途也比较广泛，随着新一轮的电力投资热潮来临，输变电设备制造企业在未来几年都将处于满负荷状态，呈现产销两旺、十分景气的局面。

而作为输配电行业一个重要分支的变压器制造业更是一路高歌。

由于中国西电东送，南北互供，全国联网的实施，变压器需求仍将保持平稳增长的态势[2]。

国内变压器行业通过引进国外先进技术，使变压器产品品种、水平及高电压变压器容量都有了大幅提高。

国内企业生产的变压器品种包括超高压变压器、换流变压器、全密封式变压器、环氧树脂干式变压器、卷铁心变压器、组合式变压器。

此外随着新材料、新工艺的不断应用，国内各变压器制造企业还不断研制和开发出各种结构形式的变压器[3]。

1.2 电力电子技术的概述20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产，交通运输，楼宇、办公、家庭自化提供了现代化的高新技术，提高了生产效率和人们的生活质量，使人类社会生产、生活发生了巨大变化。

随着新型电力电子器件的研究和开发以及先进控制技术的发展，电力电子的性能也不断优化和提高，这种变化的影响将越来越大[4]。

电力电子技术综合了电子电路、电机拖动、自动控制理论、微机原理和应用等多学科的知识，并且是两门实践性和应用性很强的课程。

由于电力电子器件自身的开关非线性，给电力电子电路和系统的分析带来了一定的复杂性和困难，一般常用波形分析和分段线性化处理的方法来研究电力电子电路。

2003年10月重庆大学学报Oct.2003 第26卷第10期Journal of Chongqing University Vol.26 No.10文章编号:1000-582X(2003)10-0063-04一种考虑饱和的变压器仿真模型的分析张 诚,廖 勇,刘 刃,黄 嵩(重庆大学电气工程学院,重庆 400044)摘 要:正确建立变压器的数学模型和仿真模型是电力系统稳态、暂态分析的基础,由于变压器主磁路的非线性,为变压器及其系统的准确分析带来困难。

在对国内外的一些变压器模型及其理论进行研究和分析比较的基础上,分析了变压器主磁路非线性对电动势、电流的影响,通过空载特性曲线建立了一种考虑饱和、铁耗的变压器稳态、暂态仿真模型,同时分析了该模型与其他模型相比的优劣,提出了该模型的适用范围及其改进方向,并通过仿真结果和实验结果的比较验证了模型的可行性和准确性。

关键词:变压器;模型;磁路饱和;铁耗中图分类号:TM401.1文献标识码:A随着工程技术人员和研究人员对变压器内部结构理解的深入,变压器研究理论的成熟和完善以及计算机技术和仿真技术的发展,变压器模型的研究有从简单到复杂、从线性模型到非线性模型的发展趋势,模型的通用性也逐渐增强,适用范围变广。

在20世纪80年代末期,国外有学者提出两种方案建立变压器的非线性谐波模型[1]:1)引入磁化曲线和各次谐波频率下的等效激磁并联电导建立了频域模型,这一模型在非线性条件下对谐波的影响采用了叠加的方式,存在一定的误差,在理论上也不完善,而且等效激磁并联电导参数的推导和获得较为复杂;2)引入磁滞回线建立了时域模型,这一模型比较准确地反映了谐波和铁心饱和对变压器的影响,但是要对磁滞回线进行精确的模拟和采取较好的曲线形式来拟合困难很大,难以普遍推广。

进入90年代,国外有人提出引入磁化曲线和铁耗电流曲线来建立非线性模型[2-3]:采用变压器并联等效模型,将激磁电流分为有功电流和无功电流,铁耗电流(有功电流)曲线实际上反映了激磁电阻的非线性,即激磁电阻随铁心饱和程度变化的情况,但在实际情况下铁耗电流不能直接测得,只能通过其他方式间接获得,也会带来较大的误差。

500kV变压器低压侧电容器组过电压保护动作的仿真分析发布时间：2021-06-25T14:51:16.997Z 来源：《当代电力文化》2021年6期作者：俞瑞茂[导读] 某500kV变电站新扩建主变启动试运行时，低压侧电容器组投入后发生过电压保护动作跳闸，经现场检查，初步推测该主变可能存在器件连接错误问题俞瑞茂济南经纬电力工程咨询有限公司山东省济南市250022摘要：某500kV变电站新扩建主变启动试运行时，低压侧电容器组投入后发生过电压保护动作跳闸，经现场检查，初步推测该主变可能存在器件连接错误问题。

为了验证该推测的正确性，采用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建系统各相关元件的模型，对投入电容器组后的系统运行电压情况进行数值计算与仿真分析。

最后，为了防止此类故障再次发生，提出了应对措施。

关键词：三相变压器；低压电容器组；过电压保护动作；PSCAD/EMTDC变压器是电力系统最为关键的设备。

变压器在运行过程中，可能会出现内部过电压而引发故障[1-2]，威胁人员设备安全，严重时甚至会导致大范围停电。

变压器的安全稳定运行直接关系到供电的正常进行[3-4]。

本文针对某500kV变压器电容器组过电压跳闸故障，提出了主变高-低压侧与中-低压侧线路接反的猜测，最后通过PSCAD/EMTDC软件建立系统过电压故障模型进行数值计算及仿真分析，验证了故障猜测并提出相应的建议。

1故障原因分析2014年1月13日（阴天），某500kV变电站新扩建的3号主变启动试运行。

在1号、2号主变处于运行状态且1号主变低压侧N311、N312电容器组及2号主变低压侧N324、N325电容器组已投入的情况下，区控值班员投入N331电容器组，投入后500kV母线电压为533.3kV（电压曲线范围为532~538kV），连接3号主变的35kV母线电压达到38.5kV，之后继续投入N332电容器组，此时N331、N332电容器组过电压保护动作，N331、N332断路器同时跳闸。

电力变压器仿真模型设计的研究赵奇;陈永杰;崔艳珉【摘要】国民经济在不断地发展，为了保障经济的发展，能源的供应也在不断地进步。

电力是一种清洁高效的能源，在国民生产中得到了广泛的应用。

随着电能供应规模的不断扩大，对于电能的技术要求也越来越高。

最明显的特征是电力网络的规模越来越庞大，输电电压的等级越来越高。

为了能够利用这些来自高压电网的电能，需要有一系列的电力变压器来调节用户的电压。

为了能让电力变压器的设计更加合理，电力变压器的保护更加全面到位，利用目前功能比较强大的软件对电力变压器进行仿真，得出一些数据是具有非常重要的实际意义的。

目前在电力变压器仿真的时候应用比较广泛的是Matlab软件。

结合工作中积累的经验，运用Matlab 软件分析了饱和和不饱和励磁状态。

对于应用比较广泛的三相电力变压器，以分段拟合加曲线压缩法为基础，又加入了两条反正切函数曲线以及反正切函数曲线和两段模拟饱和情况的直线。

运用这种方法最终建立了Yd11、Ynd11、Yy0以及Yny0这四种常用的电力变压器仿真模型。

通过这几种模型的分析，总结出影响变压器励磁涌流的主要因素。

【期刊名称】《电气技术与经济》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】4页(P9-12)【关键词】电力变压器;仿真;模型设计;研究【作者】赵奇;陈永杰;崔艳珉【作者单位】[1]许继变压器有限公司;[1]许继变压器有限公司;[2]许继电气保护自动化系统公司【正文语种】中文【中图分类】TM411.20 引言（1）研究的主要内容目前电力网络的电压等级变换主要是通过变压器来实现的，在电力变压器的使用中，三相电力变压器又占主要部分。

本文的主要工作就是研究三相电力变压器。

根据电机学的基本原理，对三相变压器进行相关的理论分析和仿真计算，最终建立比较合理的电力变压器模型，这是本次研究的主要工作内容。

在具体的仿真研究过程中，主要包括以下的工作内容：1）研究相关的资料，总结目前仿真使用的理论方法，通过分析和简单的实验总结各种仿真方法的优缺点。

电力变压器保护的仿真研究摘要:电力变压器是电力系统不可或缺的一部分。

电力变压器是传输电能的重要设备，它可以将电压升高或是降低，在输电过程中将电压升高，可以减少电能损失；还可以降低电压为各级使用电压等级，以方便用户使用。

我们国家的电力事业一直在前进，发电装机容量也随之增大，随之电力变压器的容量也越来越大。

因此大容量的变压器的价格不可能便宜，一旦遇到故障而使变压器损坏，因为损坏的变压器不易修理，因此我们要保护好变压器。

关键词：变压器差动保护电力变压器是电力系统重要的电气设备,整个电力系统的稳定安全运行都和它有关。

随着社会的发展，时代的进步，电力变压器的容量、性能、标准等必然逐渐也要随之提高，否则无法保障人们的生活质量，满足不了人们的需求。

时代的发展，技术的创新，新材料新工艺的出现，电力变压器的快速性和可靠性标准也在提高。

对励磁涌流及内部故障进行暂态仿真，对分析变压器的运行状况很有帮助，也可以改进现有变压器保护性能及发展新型变压器保护方案。

一、变压器励磁涌流1.励磁涌流形成的原因当合上断路器给变压器充电时，有时会看到变压器电流表的指针摆动很大，之后很快回到正常的空载电流值，这个冲击电流我们叫做励磁涌流。

励磁涌流的根本原因是变压器铁芯饱和。

其大小的原因有很多，铁芯饱和程度、铁芯的剩磁、合闸时电压的相角等等。

在变压器空载合闸这短暂时间，电压、电流的波形会畸变，产生谐波。

下面以一台单相变压器空载合闸为例。

为了简便，变压器额定电压幅值u和额定磁通的幅值为。

假设电源内阻抗为零，且不计合闸回路电阻涌流不衰减。

图2变压器铁芯磁化曲线通常是以2π为周期变化，由图3-3可看出，合闸之后半个周期，磁通达到最大值Φ = 2Φm，即瞬时值是稳态值的两倍，此时铁心已极度饱和。

根据图3-2可知，铁芯的饱和程度是有限制的会影响励磁涌流的大小，同时铁心的剩磁和合闸时电压的相角也影响励磁涌流大小。

由此可以得出结论，单相变压器，我们可以在电压最大时合闸，能减小励磁涌流。

毕业设计（论文）题目电力变压器仿真模型的设计姓名与学号郑太英 3991001005 指导教师何奔腾年级专业小班 2000级电气工程及其自动化001班所在学院和系电气工程学院2004 年 06 月 10日摘要随着电力系统的飞速发展，对变压器的保护要求也越来越高。

研究三相变压器地暂态过程，建立一个完善的变压器仿真模型，对变压器保护方案的设计具有非常重要地意义。

本文在Matlab的编程环境下，分析了当前的变压器仿真的方法。

在单相情况下，分析了在饱和和不饱和的励磁涌流现象，和单相励磁涌流的特征。

在三相情况下，在用分段拟和加曲线压缩法的基础上，分别用两条修正的反正切函数，和两条修正的反正切函数加上两段模拟饱和情况的直线两种方法建立了Yd11、Ynd11、Yny0和Yy0四种最常用接线方式下三相变压器的数学仿真模型，并在Matlab下仿真实现。

通过对三相励磁涌流和磁滞回环波形分析，三相励磁涌流的特征分析，总结出影响三相变压器励磁涌流地主要因素。

最后，分析了两种方法的优劣，建立比较完善的变压器仿真模型。

关键词：三相变压器、励磁涌流、仿真、数学模型AbstractAlong with the electric power system’ development, the request of the protection of the transformer is more and more high. It has count for much meaning to the transformer protecting project to study the transient of a three-phase transformer, and found a perfect three-phase transformer’s digital model.This paper is worked with Matlab, analyzes the current methods of transformer’s digital model. In single-phase transformer, it is analyzed that the inrush current in saturate and unsaturated states, and the characters of the single-phase transformer’s inrush current. In three-phase transformer, with the foundation of the method of compressing curves, we use respectively two modified functions, and two modified functions and two straight line to establish four kinds of transformer’s digital model, such as Yd11, Ynd11, Yny0, Yy0, and realize these with Matlab. After analyzing the wave form of the three-phase transformer’s inrush current and hysteresis, and the characters of three-phase transformer’s inrush current, it is concluded that the primary factors which affect three-phase transformer’s inrush current. Finally, after analyzing the advantages and disadvantages of two methods, a good digital model of three-phase transformer is established.Keywords:three-phase transformer, inrush current, simulation, digital model目录绪论............................................................- 8 -一．本课题意义.....................................................................- 8 -二．本论文的主要工作.........................................................- 9 -三．使用工具介绍.................................................................- 9 -第一章变压器的基本原理.....................- 11 -§1.1变压器的工作原理.......................................................- 11 -§1.2 单相变压器的等效电路..............................................- 12 -§1.3 三相变压器的等效电路及连接组问题......................- 13 -第二章变压器仿真的方法简介............- 15 -§2.1 基于基本励磁曲线的静态模型..................................- 15 -§2.2基于暂态磁化特性曲线的动态模型...........................- 16 -§2.3非线性时域等效电路模型...........................................- 17 -§2.4基于ANN的变斜率BP算法.........................................- 18 -第三章单相变压器的仿真....................- 20 -§3. 1 单相变压器仿真的数学模型.....................................- 20 -§3.1.1单相变压器的等效电路分析....................................- 20 -§3.1.2龙格－库塔法则的介绍............................................- 21 -§3.2 单相变压器仿真的程序流程及功能介绍..................- 23 -§3.3 单相变压器仿真的实例计算及结果分析..................- 24 -§3.3.1单相变压器仿真的波形分析.....................................- 24 -§3.3.2单相变压器的励磁涌流的分析.................................- 25 -§3.3.3单相变压器励磁涌流的特征.....................................- 28 -第四章三相变压器的仿真....................- 29 -§4. 1 三相变压器仿真的数学模型.....................................- 29 -§4.1.1仿真的数学依据........................................................- 29 -§4.1.1.1三相变压器Yd11连接组模式..................................- 29 -§4.1.1.2三相变压器Ynd11连接组模式................................- 31 -§4.1.1.3三相变压器Yny0连接组模式..................................- 32 -§4.1.1.4三相变压器Yy0连接组模式....................................- 32 -§4.1.2电源电压的描述........................................................- 33 -§4.1.3铁心动态磁化过程简述.............................................- 33 -§4.1.3.1极限磁滞回环的数学描述........................................- 34 -§4.1.3.2暂态局部磁滞回环的描述........................................- 35 -§4.1.3.3剩磁的处理................................................................- 36 -§4.2 三相变压器仿真的程序流程及功能介绍..................- 36 -§4.2.1分段拟和加曲线压缩法方法一（两段修正的反正切函数）.......................................................................................- 36 -§4.2.2分段拟和加曲线压缩法方法二（两段修正的反正切函数加两段直线）.......................................................................- 38 -§4.3 三相变压器仿真的计算实例及结果分析..................- 39 -接§4.3.1励磁涌流的仿真........................................................- 39 - §4.3.1.1方法一：用两段修正的反正切函数拟和压缩.......- 39 - §4.3.1.2方法二：用两段修正的反正切函数加两段直线拟和压缩..............................................................................................- 41 - §4.3.1.3两种方法的比较分析................................................- 42 - §4.3.2影响变压器励磁涌流的主要因素及结果分析.........- 42 - §4.3.2.1剩磁对变压器励磁涌流的影响...............................- 42 - §4.3.2.2合闸初相角对变压器励磁涌流的影响...................- 43 - §4.3.3三相变压器励磁涌流的特征.....................................- 44 -第五章 结论与展望................................- 46 -参考文献......................................................- 47 -附录 Matlab 程序.....................................- 48 - §1.在Yd11接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序.......................................................................................- 48 - §2.在Ynd11线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序...................................................................................- 52 - §3.在Yny0接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序.......................................................................................- 54 - §4.在Yy0接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序...........................................................................................- 55 -接§5.在Yd11接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序...................................................................- 56 - §6.在Ynd11线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环...........................................................................- 59 - §7.在Yny0接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序...................................................................- 60 - §8.在Yy0接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序.......................................................................- 61 -致 谢..........................................................- 62 -绪论一．本课题意义众所周知，衡量一个国家的发展水平关键是看这个国家的经济实力，而在各个行业各个领域的发展中，都离不开对电力的要求。

五．负阻抗变换器的仿真分析一.实验目的：（1）利用运算放大器实现的负阻抗变换器的仿真分析 （2）使用multisim 仿真电路。

二．实验原理利用回转器还可以制造负阻抗变换器，它也是一个二端口元件，NIC 的端口特性可以用T 参数来描述为。

还有电压反响型，同理称为电流方向型，这种电流经传输后改变方向经传输后变为为常数，式中电流其中NIC NIC NIC I k -I k 001212211∙∙∙∙∙⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡I U k I U在NIC 的输出端口2—2’接上负载Z L ，则有U 2= -I 2Z L 。

对于CNIC ，从输入端口看入的阻抗为L in Z K I K U I U Z 12121111-===对于VNIC ，从输入端口看入的阻抗为Lin Z K I U K I U K I U Z 2222222111-==--==若倒过来，把负载Z L 接在输入端口，则有U 1=-I 1Z L ，从输出端口看入，对于CNIC ，有L in Z K I U K I K U I U Z 11111112221-====NIC 还可用受控源来实现，如图、如下图所示二端口网络中k>0 (1)求其T 参数矩阵，指出其特性。

(2)在2端接入负载RL 后，在1端的输入电阻为何值 根据KVL 和KCL 有电阻。

端的输入电阻是一个负为负值，说明从可见端的输入电阻为后，端接入在）（。

电流方向型为负阻抗变换器，且为参数矩阵可见该二端口由上面导出的得：1R )(1R 1R 22NIC T 100110011u i 2211i 22112121112221LL kR R k i k u i u k T i u k i u i k i u ki R u u i u u -=-===⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=∴⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⇒⎪⎩⎪⎨⎧==⎪⎩⎪⎨⎧+-==三．仿真实验电源输出电压固定，改变负载，读电压、电流，计算负阻抗。