电力变压器暂态模型的建立和仿真

电力变压器仿真模型的设计目录绪论................................... - 6 -一．本课题意义....................................... - 6 -二．本文主要工作..................................... - 7 -三．使用工具介绍..................................... - 7 -第一章变压器的基本原理................. - 8 -§1.1 变压器的工作原理................................. - 8 -§1.2 单相变压器的等效电路........................... - 10 -§1.3 三相变压器的等效电路及连接组问题............... - 11 -第二章变压器仿真的方法简介............ - 13 -§2.1 基于基本励磁曲线的静态模型..................... - 13 -§2.2 基于暂态磁化特性曲线的动态模型................. - 14 -§2.3非线性时域等效电路模型......................... - 15 -§2.4 基于ANN 的变斜率BP 算法 .................... - 16 -第三章单相变压器的仿真................ - 17 -§3. 1 单相变压器仿真的数学模型...................... - 18 -§3.1.1 单相变压器的等效电路分析........................ - 18 -§3.1.2 龙格－库塔法则的介绍............................ - 19 -§3.2 单相变压器仿真的程序流程及功能介绍.............. - 20 -§3.3 单相变压器仿真的实例计算及结果分析.............. - 21 -§3.3.1单相变压器仿真的波形分析........................ - 21 -§3.3.2单相变压器的励磁涌流的分析...................... - 23 -§3.3.3单相变压器励磁涌流的特征........................ - 26 -第四章三相变压器的仿真................ - 26 -§4. 1 三相变压器仿真的数学模型...................... - 27 -§4.1.1仿真的数学依据................................. - 27 -§4・1・1・1三相变压器Yd11连接组模式............. -27 -§4・1・1・2三相变压器Ynd11连接组模式 .......... -29 -§4・1・1・3三相变压器YnyO连接组模式............. -29 -§4・1・1・4三相变压器Yy0连接组模式.............. -30 -§4.1.2 电源电压的描述................................. - 31 -§4.1.3铁心动态磁化过程简述........................... - 31 -§4.1.3.1 极限磁滞回环的数学描述...................... - 31 -§4.1.3.2暂态局部磁滞回环的描述...................... - 32 -§4.1.3.3剩磁的处理.................................. - 34 -§4.2 三相变压器仿真的程序流程及功能介绍.............. - 34 -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）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34 -直线）................................................ -. 36 -4.3 三相变压器仿真的计算实例及结果分析 ............. - 37 -§4.3.1励磁涌流的仿真.................................. - 37 -§4.3.1.1方法一：用两段修正的反正切函数拟和压缩..... - 37 -§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38 -§4.3.1.3两种方法的比较分析......................... - 39 -§4.3.2影响变压器励磁涌流的主要因素及结果分析.......... - 40 -§4.3.2.1剩磁对变压器励磁涌流的影响................. - 40 -§4.3.2.2合闸初相角对变压器励磁涌流的影响........... - 41 -§4.3.3三相变压器励磁涌流的特征....................... - 42 -第五章结论与展望...................... - 44 -参考文献............................... - 45 -附录Matlab 程序....................... - 46 -§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............................................................................................... - 46 -§2.在Ynd11 接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序............................................................................................... - 49 -§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 ............................................................................................... - 51 -§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52 -§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............................................. - 53 -§6.在Ynd11 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................................................. - 56 -§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............................................. - 57 -§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............................................. - 58 -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。

中国科技期刊技术库 工业C2015年56期 75电力变压器电磁暂态仿真模型与算法研究苏丽亚山东泰开变压器有限公司，山东 泰安 271000摘要：电力系统的继电保护是用来保护电网及其设备的一门综合性的学科，可是电力系统的快速发展对电力系统继电保护不断的提出新的要求，这就会使电力系统的继电保护总是充满活力与生机，而是一直处于蓬勃的发展中。

随着我国人民群众物质文化生活的不断提高以及国民经济的快速发展，电力的用户对供电质量的要求越来越高，对电能的需求也就越来越大。

怎样保证供电的质量，进而保证电力系统运行的可靠性与安全性是电力部门的核心问题。

存在。

关键词：电力变压器；电磁暂态；仿真模型；算法研究 中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)56-0074-011 立变压器线圈的详细内部模型的基本思路随着实际工程问题的需要，变压器的内部暂态仿真模型也变得愈来愈细，这摘要表现在电路模型的采用集的分布参数和总参数混合的形式，除此之外，还对变压器线圈的剖分更加的细致，与此同时，还要考虑电路的参数以及频率的影响，与非线性的因素，考虑各种的损耗等等。

随着计算机技术飞速的发展，也为进行变压器的快速暂态仿真，提供了许多的可能性。

在电路模型上则是一个混合得电路，以线匝为单元剖分的部分采用分布参数的模型，其他的部分采用集总电路模型。

就是把无载调压分接区与变压器高压绕组首端等电压梯度大或很容易发生局部电磁振荡的地方，用一个线匝为一个单元进行剖分，而其他的地方就可以若干个线饼为一个单元进行仔细的剖分。

这个等值电路的模型能反映变压器宽频带的响应，还可以用来分析高频的局部电磁振荡与特快速暂态。

2 力变压器内部故障仿真研究的现状变压器匝间的故障数字仿真研究实际上已成为研究变压器内部故障主要保护的判据、指导保护整定的计算与校验保护动作特性的主要的问题。

变压器绕组内部的故障对变压器的危害非常的大，所以，一定要充分的认识电力变压器内部故障的规律，因为灵敏的变压器与研制的快速主保护方案是非常重要的，可是，因为这类故障经常会发生在变压器线圈的内部，利用物理的试验的方法来观察故障时每一种电气量的变化规律，进而还要探讨各种不同的故障方式的特点与故障的类型。

电力系统电磁暂态仿真流程与算例电力系统的电磁暂态仿真是一种重要的工程分析工具，它可以帮助工程师们预测电力系统在各种故障情况下的电磁暂态响应。

本文将介绍电磁暂态仿真的基本流程，并通过一个算例来展示其在电力系统中的应用。

电磁暂态仿真的流程通常包括以下几个步骤：1. 建立模型，首先需要建立电力系统的数学模型，包括发电机、变压器、线路、负载等元件的参数和连接关系。

这一步通常使用电力系统仿真软件完成，如PSCAD、EMTP等。

2. 定义故障，在仿真中，需要定义不同类型的故障，如短路、接地故障等。

这些故障会导致电力系统的电磁暂态响应发生变化。

3. 运行仿真，在建立模型和定义故障后，可以运行电磁暂态仿真，观察电力系统在不同故障情况下的电压、电流、功率等参数的变化。

4. 分析结果，最后，需要对仿真结果进行分析，评估电力系统在不同故障情况下的电磁暂态响应，找出潜在的问题并提出改进方案。

下面我们通过一个算例来展示电磁暂态仿真的应用。

假设有一个简单的电力系统，包括一个发电机、一条输电线路和一个负载。

我们将在负载端引入一个短路故障，并通过电磁暂态仿真来分析系统的响应。

首先，我们建立电力系统的数学模型，并定义负载端的短路故障。

然后，我们运行电磁暂态仿真，并观察系统在故障发生后的电压、电流波形。

最后，我们对仿真结果进行分析，评估系统的稳定性和保护措施的有效性。

通过这个算例，我们可以看到电磁暂态仿真在电力系统中的重要作用，它可以帮助工程师们更好地理解系统的电磁暂态特性，预测系统在故障情况下的响应，并提出相应的改进方案，从而确保电力系统的安全稳定运行。

基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析电力系统暂态稳定仿真分析是电力系统运行与控制中的重要内容之一、它通过模拟电力系统的暂态运行过程，分析系统在不同故障条件下的动态响应，评估系统的稳定性，并提供相应的控制与保护策略。

MATLAB作为一种功能强大的数学建模与仿真工具，被广泛应用于电力系统暂态稳定仿真分析中。

下面将分别从模型建立、仿真分析和结果评估三个方面，介绍基于MATLAB的电力系统暂态稳定仿真分析。

一、模型建立电力系统一般包括发电机、变电站、输电线路、负荷等元件。

在MATLAB中，可以通过建立系统的节点、支路和设备等模型，构建电力系统的仿真模型。

1.节点模型：电力系统的节点通常由发电机、负荷和母线组成。

在MATLAB中，可以通过定义节点的功率平衡方程和节点电压方程，建立节点模型。

2.支路模型：电力系统的支路一般包括输电线路、变压器和同步电动机等。

在MATLAB中，可以通过定义支路的电流-电压特性、阻抗和传输参数等，建立支路模型。

3.设备模型：电力系统的设备主要包括发电机、变压器和负荷等。

在MATLAB中，可以通过定义设备的功率-电流特性、阻抗和传输参数等，建立设备模型。

二、仿真分析建立电力系统的仿真模型后，可以使用MATLAB提供的仿真工具，进行仿真分析。

1.静态稳定分析：通过输入节点的电压和负载条件，计算各节点的电压和功率平衡，评估系统的静态稳定性。

2.动态稳定分析：在系统发生故障或负荷变化时，通过输入相应的故障或负荷变化信号，模拟系统的动态响应，并分析系统的中断时间和振荡特性等。

3.频域分析：通过对系统的输入和输出信号进行频谱分析，研究系统的频率特性和谐波性能，并评估系统的抗扰性能。

三、结果评估完成仿真分析后，需要对结果进行评估和优化。

1.稳定性评估：通过对系统的动态响应进行分析，评估系统在不同故障条件下的稳定性，并确定系统的稳定边界和临界条件。

2.控制与保护优化：根据仿真结果，确定适当的控制与保护策略，提高系统的稳定性和可靠性。

电网电力行业的电力系统建模与仿真电力系统是指由发电机组、变电站、输电线路和配电网等组成的能源供应网络。

为了保证电力系统的正常运行，需要进行系统建模与仿真，以进行系统分析、优化调度和故障检测等工作。

本文将介绍电网电力行业中的电力系统建模与仿真的相关内容。

1. 电力系统建模：电力系统建模是指将电力系统抽象为数学模型，以描述系统的结构、参数和运行特性。

电力系统建模可以分为以下几个方面：（1）发电机组建模：将发电机组抽象为数学模型，描述其发电能力、燃料消耗和响应速度等特性。

（2）变电站建模：将变电站抽象为数学模型，描述变压器、电容器、电容器等设备的参数和运行状态。

（3）输电线路建模：将输电线路抽象为数学模型，描述线路的电阻、电抗和电容等参数，以及电流、电压的传输特性等。

（4）配电网建模：将配电网抽象为数学模型，描述各个节点之间的连接关系、电流分配和功率损耗等。

2. 电力系统仿真：电力系统仿真是指利用电力系统的数学模型，通过计算机模拟系统状态的变化和运行特性，以便进行系统分析、优化调度和故障检测等工作。

电力系统仿真可以分为以下几个方面：（1）稳态仿真：通过计算系统的节点电压、线路功率和电流等参数，以模拟系统的稳态运行状态。

稳态仿真可以用于系统的功率分配、损耗计算和负荷预测等工作。

（2）暂态仿真：通过计算系统的节点瞬时电压、电流和功率等参数，以模拟系统的暂态运行过程。

暂态仿真可以用于系统的故障分析、电力质量评估和设备保护等工作。

（3）电磁暂态仿真：通过计算系统的电磁场分布、电磁参数和耦合效应等，以模拟系统的电磁暂态行为。

电磁暂态仿真可以用于系统的雷击分析、电磁干扰评估和设备抗扰性设计等工作。

（4）动态仿真：通过计算系统的节点动态响应、发电机动作和功率变化等，以模拟系统的动态运行过程。

动态仿真可以用于系统的频率响应、电压稳定和系统稳定性评估等工作。

3. 电力系统建模与仿真工具：电力系统建模与仿真工具是指利用计算机软件实现电力系统建模与仿真的工具。

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。

电力系统的建模和仿真方法电力系统是现代社会不可或缺的一部分，它是连接发电、输电、配电等各个环节的集成系统，也是保障能源供应和社会稳定运转的重要基础设施之一。

在不断变革的环境中，电力系统的稳定、安全和可靠性受到了越来越多的挑战，因此需要更加精准、高效和智能的控制和管理方式。

为此，电力系统的建模和仿真方法得到了广泛的关注和引用，本文就电力系统的建模和仿真方法进行描述和分析。

一、电力系统建模方法电力系统建模是利用数学模型将电力系统的各个组成部分进行抽象和描述，它是电力系统的分析和设计的重要基础。

目前，电力系统建模方法主要分为静态建模和动态建模两种。

1、静态建模静态建模是基于电力系统的拓扑结构和参数信息，将电力系统抽象为框架结构和等效电路网络，通过数学方法计算网络中各个节点的电压、电流、功率、损耗和能量传输等参数，以实现对电力系统静态特性的分析和评估。

静态建模主要包括拓扑建模和参数建模两部分。

拓扑建模是根据电力系统的物理层次，将发电、变电、输电、配电等不同的电力设备和线路连接起来，建立电网拓扑结构图。

参数建模是指针对电力系统的各个部位，结合拓扑信息和实测数据，计算出相应的电路参数，如电阻、电容、电感、导纳、传输损耗等，将电力系统建模为一个等效的电路网络。

2、动态建模动态建模是建立在静态建模的基础之上，对电力系统的时变特性进行描述和分析。

它考虑到了电力系统的动态过程，可以模拟电力系统出现故障或大规模负荷变化等情况下的响应过程，并预测电网的稳定性和可靠性。

动态建模主要包括相量建模和时域建模两种。

相量建模是基于瞬时相量理论，将电力系统抽象为粗略的传输线等效电路模型，通过计算机仿真技术，分析电压和电流的动态行为，预测电网的稳定性和故障分析。

时域建模是基于微分方程组的建模方法，将电力系统的动态过程建模为一个系统方程组，通过求解方程组，得到电网的响应特性。

二、电力系统仿真方法电力系统的仿真技术是模拟电力系统运行过程的一种有效方法，可以预测电力系统各种工况下的性能和响应能力，以便评估电力系统的效能和可靠性。

电气工程中的电力系统动态建模与仿真在当今社会，电力作为支撑现代文明的基石，其稳定、高效的供应对于经济发展和人们的日常生活至关重要。

电气工程中的电力系统动态建模与仿真技术，作为保障电力系统安全、稳定、经济运行的重要手段，正发挥着日益关键的作用。

电力系统是一个极其复杂且庞大的系统，它由发电、输电、变电、配电和用电等多个环节组成。

为了深入理解电力系统的运行特性，预测其在不同工况下的动态行为，以及优化系统的设计和运行策略，我们需要借助电力系统动态建模与仿真技术。

电力系统动态建模，简单来说，就是将电力系统中的各种元件和设备，如发电机、变压器、输电线路等，用数学模型来描述其电气特性和动态行为。

这些数学模型通常基于物理定律和工程经验，通过一系列的方程和参数来表达。

例如，发电机的模型通常包括其电磁特性、机械运动特性以及控制系统的特性等。

而输电线路的模型则需要考虑电阻、电感、电容等参数，以及线路的分布特性。

在建立数学模型时，需要对实际的电力系统进行合理的简化和假设。

这是因为电力系统的复杂性使得完全精确的模型难以建立和求解。

通过适当的简化，可以在保证一定精度的前提下，大大降低模型的复杂度，提高计算效率。

然而，简化也需要谨慎进行，过度的简化可能导致模型无法准确反映电力系统的实际行为，从而影响分析和决策的准确性。

有了数学模型，接下来就是进行仿真。

电力系统仿真就是利用计算机技术，按照一定的算法和步骤，对建立的数学模型进行求解，以得到电力系统在不同条件下的运行状态和动态响应。

通过仿真，我们可以模拟电力系统在正常运行、故障发生、设备投切等各种情况下的电压、电流、功率等参数的变化，从而评估系统的稳定性、可靠性和经济性。

在电力系统仿真中，常用的算法包括时域仿真算法和频域仿真算法。

时域仿真算法直接求解电力系统的微分方程和代数方程，能够较为准确地反映系统的暂态过程，但计算量较大，适用于小规模系统和短时间的仿真。

频域仿真算法则通过将电力系统的方程转换到频域进行求解，计算效率较高，适用于大规模系统的稳态分析和小信号稳定性分析。

变电站电磁暂态过程仿真分析一、背景介绍随着能源的不断发展，电力变电站作为能源传输的重要环节，电能质量的稳定性和安全性问题也日益受到关注。

在电力系统运行的过程中，由于突发故障或其他原因而导致的电磁暂态过程，往往会对变电站设备产生危害，甚至引起电力系统的故障，因此，研究变电站电磁暂态过程是至关重要的。

二、电磁暂态过程概述电磁暂态过程是指电力系统中，由于突发故障或其他原因而导致的瞬间电力波动过程。

这种过程的主要特点是时间短暂、频率高、电压高，容易对系统设备产生危害。

三、变电站电磁暂态过程仿真分析方法为了研究变电站电磁暂态过程，可采用电力系统仿真软件进行分析。

具体来说，应该按照以下步骤进行仿真分析。

1.建立电力系统模型建立模型是进行仿真分析的第一步，需要按照实际的电力系统拓扑结构、设备参数、线路参数等信息，用仿真软件构建电力系统模型，并设置仿真参数。

2.运行仿真设置模型参数后，进行仿真计算。

在仿真计算中，可以模拟电力系统中的各种故障类型和参数变化对系统的影响。

3.分析仿真结果对仿真结果进行分析，了解系统运行状态及各设备在电磁暂态过程中的性能表现。

如变压器的电流互感器饱和、闸刀电弧、绕组内部电位分布等。

4.优化仿真结果对分析结果进行分析比较，找出问题并进行改善。

如更换设备、优化拓扑结构、改进保护方案等。

四、电磁暂态过程仿真分析的应用通过仿真分析，可以帮助工程师更好地了解系统运行状态，发现存在的问题并进行改善，提高设备的运行可靠性。

在电力变电站的设计、改造、运行、维护等方面，仿真分析可以发挥重要作用。

同时，仿真分析还可用于新技术的研究和应用，如充电桩的电磁兼容性分析等。

五、总结随着电力系统的不断发展，电磁暂态过程的研究显得愈加重要。

利用电力系统仿真软件，可以对变电站电磁暂态过程进行全面的分析和评估，及时发现问题并进行改善。

此外，仿真分析还为新技术的研究和应用提供了重要的支持，促进了电力系统的不断发展和创新。