下载文档原格式
变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究随着海洋石油越来越多的依托海底电缆电力组网进行边际油田开发，对电力组网的供电可靠性要求越来越高。
通常电力变压器空载合闸时会产生较大的励磁涌流，容易造成变压器差动保护装置和敏感电力电子元器件的误动作，影响电力系统的安全稳定运行等。
针对这一问题，本文运用MATLAB软件对相控开关模型进行仿真和對串并联电阻数学模型进行分析，得出加装相控开关能够明显的抑制投切大容量变压器时产生的涌流。
通过串并联电阻能够加快冲击电流的衰减速度，使得变压器保护装置可以躲过涌流引起的误动作时间。
标签：变压器;空载合闸;励磁涌流;MATLAB一、项目概述中国海洋石油某油田由一艘浮式储油轮和两个井口平台组成。
储油轮作为油田的供电中心，共设置三台透平发电机组，单台机组的额定容量为4632kW，额定功率因数0.8;两个井口平台只设置有应急发电机，正常生产用电由储油轮通过两台4000kV A，6.3/10.5kV的升压变压器升压，然后通过两根海缆（3x50mm2）分别向井口平台供电，至井口海缆长度分别为3km和4.8km，井口平台再通过两台并列运行的4000kV A，10.5kV/0.4kV的降压变压器为平台上用电设施供电。
平台电力系统黑启动时，储油轮上仅有一台透平发电机为井口平台供电，空载投入6.3/10.5kV升压变压器产生励磁涌流导致单台机组关停脱网，必须开启两台透平发电机组才能承受励磁涌流冲击，因此严重影响了油田供电恢复的效率，必须对变压器采取励磁涌流抑制措施，降低对电网的冲击。
二、变压器励磁涌流解决方案1.变压器励磁涌流变压器原边绕组接在交流电源上而副绕组开路时的运行方式叫做空载运行。
变压器二次侧空载时，副绕组流过的电流为0;一次侧流过的电流称为励磁电流，该励磁电流流过一次绕组产生主磁通。
当变压器空载关合上口断路器时，由于合闸相位的随机性以及变压器剩磁的影响，使得铁芯磁通迅速趋于饱和，从而产生幅值很大、频率很高的励磁涌流。
电子测量变压器低压侧并联电容器的励磁涌流抑制方法研究杜力民，曾耀吾(国网湖南省电力公司怀化供电分公司，湖南怀化，418000 )摘要：变压器空载合闸时，由于线圈绕组剩磁及铁芯非线性特性作用，导致变压器产生很大的励磁涌流。
励磁涌流会经常导致差动保护误 动作，从而影响电力系统的运行可靠性及运行质量。
建立并分析变压器低压侧并联电容器数学模型，在MATLAB/SIMUUNK中建立变压器 空载合闸的仿真模型，分析仿真结果与理论分析相符。
为深入研究抑制变压器励磁涌流提供了一定的依据。
关键词：变压器；空载合闸；励磁涌流；MATLAB/SIMUUNK;电容器0前言变压器空载投入运行或切除外部故障后重新恢复运行 过程时，绕组线圈中的剩磁所产生的磁场与流过线圈电流产 生的磁场会相互作用，两者将导致铁芯中的磁通量瞬间增 大，变压器铁芯将迅速达到饱和状态，变压器铁芯一旦达到 饱和状态，励磁电抗值将急剧减小，因而产生很大的励磁电 流，此过程称为励磁涌流。
当变压器不带负荷合闸时，在低压侧并联接入一个电容 器可以抑制变压器铁芯的饱和，阻止励磁电抗迅速变小。
变 压器铁芯未能达到饱和状态，则励磁阻抗不会急剧减小，此 过程中产生的励磁电流不会急剧增大。
1变压器低压侧并联电容器的数学模型通过对变压器数学模型分析可得出其高压绕组与低压 绕组电阻的T型等效电路图[1]，如图1 (a)所示。
图中Lla 为一次侧高压漏电感，L2a为二次侧低压绕组折算到一次侧 高压侧的漏电感，LM为励磁电感，r i为一次侧绕组电阻，4为二次侧绕组折算到_次侧的电阻。
Lla、L2a与LM相比，可以忽略不计。
因此，为了便于计算分析，忽略Lla、L2a，同时铁心损耗比较小，不在数学模型中提现。
在以上假设条 件下，可以得到简化后的等效电路图如图1 (b)所示。
如果在变压器二次侧并联一个电容器，如图2所示，当电容器大小为某一值时，励磁电感与其在工频下发生并联 谐振，此时励磁阻抗相对于无穷大，以达到抑制励磁电流急 剧增大的目的。
基于MATLAB的三相变压器励磁涌流仿真分析崔芳芳【摘要】利用MATLAB中的电力系统模块库PSB,建立三相变压器空载模型及短路模型.在此模型基础上对变压器空载合闸和短路故障切除后电压恢复时的励磁涌流进行了仿真,并对此仿真结果进行了分析.仿真结果与理论分析相吻合,表明利用MATLAB/PSB能够有效地实现对变压器励磁涌流的仿真,为变压器保护的算法研究提供基础.【期刊名称】《安徽电气工程职业技术学院学报》【年(卷),期】2010(015)001【总页数】5页(P60-64)【关键词】变压器;电力系统模块库;仿真;励磁涌流;FFT分析【作者】崔芳芳【作者单位】浙江舟山电力局,浙江,舟山,316000【正文语种】中文【中图分类】TM7430 引言当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时,由于铁芯饱和会产生很大的励磁涌流,在最不利的情形下,可达到正常励磁电流的上百倍,或者说可达到变压器额定电流的 5～7倍。
这一大大超过正常励磁电流的空载合闸电流称为励磁涌流。
励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路的阻抗、变压器容量的大小和铁芯饱和程度、铁芯的剩磁以及合闸时的相角等因素有关[1]。
同时,在变压器空载合闸这一瞬变过程中,电流、电压的波形也会发生畸变,产生谐波;在一定的条件下,还可能会引起电力系统谐振,产生过电压。
本文利用 MATLAB软件,在变压器各种运行情况下进行计算机仿真,并对所产生励磁涌流的特点进行分析。
1 MATLAB/PSB简介MATLAB是 Mathwork公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件,适用于多种学科的大型仿真与计算。
它集数值分析、矩阵计算、信号处理和图形显示于一体,构成了一个方便的、界面友好的用户环境,对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集成工具箱。
其中提供了专用电力系统模块 PSB(Power System Block),它是一种针对电气系统的可视化建模与仿真工具。
基于Matlab/Simulink的变压器运行仿真分析作者：田震来源：《科技创新与应用》2019年第26期摘; 要：文章简单介绍了变压器运行原理，在理论基础上，运用Matlab/Simulink中电气系统模块库中的仿真模型，对常见的双绕组三相变压器在空载合闸过程中产生励磁涌流的工况进行仿真建模，并通过模型获得了空载合闸时电流电压变化曲线及其变化规律，研究结果对提高变压器运行的可靠性、减少事故发生率具有一定的指导意义。
关键词：变压器;Matlab;仿真;励磁涌流中图分类号：TM407; ; ; ; 文献标志码：A; ; ; ; ;文章编号：2095-2945（2019）26-0009-03Abstract： In this paper， the principle and mechanism of transformer operation are briefly introduced. On the basis of theory， the simulation model of electrical system module library in Matlab/Simulink is used. In this paper， the simulation modeling of the excitation inrush current produced by the common double-winding three-phase transformer in the process of no-load closing is carried out， and the current and voltage variation curve and its variation law during no-load closing are obtained through the model. The research results have certain guiding significance to improve the reliability of transformer operation and reduce the incidence of accidents.Keywords： transformer; Matlab; simulation; excitation inrush current引言在電力系统运行中，变压器是重要设备之一，能够保证整个系统连续的、可靠的稳定运行，但它也是容易发生电力系统各种事故最多的设备之一，为了更好地研究变压器的结构特点和保护运行方式，对变压器进行仿真显得十分必要。
基于MATLAB的励磁控制系统仿真分析摘要：近些年来,电力系统发展迅速,基本形成了高电压、大机组、超远距离输送的模式。
因此,保证电力系统的安全、稳定、高效运行成为了研究的热点与难点。
同步发电机励磁控制系统是同步发电机控制系统的核心。
经过长年的研究证明,实现对同步发电机励磁的合理有效控制,是实现电力系统稳定运行要求的最快捷、最有效、最廉价的方法。
同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。
本文从同步发电机励磁控制系统原理入手，在深入学习PID控制与模糊控制理论之后，将两者结合起来，提出了基于模糊PID同步发电机励磁控制策略，并对其进行了基于MATLAB的励磁控制系统仿真分析。
关键字：同步发电机；励磁控制系统；MATLAB建模；PID控制；模糊控制1发电机励磁系统的作用维持发电机或其他控制点(例如发电厂高压侧母线)的电压在给定水平维持电压水平是励磁控制系统的主要的任务，有以下 3 个主要原因：第一，保证电力系统运行设备的安全。
电力系统中的运行设备都有其额定运行电压和高运行电压。
保持发电机端电压在容许水平上，是保证发电机及电力系统设备安全运行的基本条件之一，这就要求发电机励磁系统不但能够在静态下，而且能在大扰动后的稳态下保证发电机电压在给定的容许水平上。
发电机运行规程规定，大型同步发电机运行电压不得高于额定值的 110％。
第二，保证发电机运行的经济性。
发电机在额定值附近运行是经济的。
如果发电机电压下降，则输出相同的功率所需的定子电流将增加，从而使损耗增加。
规程规定大型发电机运行电压不得低于额定值的 90％；当发电机电压低于 95％时，发电机应限负荷运行。
其他电力设备也有此问题。
第三，提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是一致的。
励磁控制系统对静态稳定、动态稳定和暂态稳定的改善，都有显著的作用，而且是为简单、经济而有效的措施。
2同步发电机励磁系统建模2.1 发电机模型和励磁系统同步发电机是电力系统中物理过程最复杂的的元件，既有机械运动过程又有电磁暂态过程，并且包含变量众多。
变压器励磁涌流识别及抑制的仿真研究设计变压器励磁涌流识别及抑制的仿真研究摘要本文对变压器励磁涌流问题进行了深入的研究，从最基本的变压器磁路和电路结构出发，详细阐述变压器励磁涌流产生的基本原理，它的存在对常用的变压器保护性能的影响，以及如何在变压器保护中减弱和消除它的影响。
文章在综述了励磁涌流的产生机理后，分析了励磁涌流的产生过程和波形特点，探讨利用电流作判据和现代数字信号处理技术与智能理论作涌流分析等识别励磁涌流进行了比较，并指出各种方法的优缺点。
并对一些新的判别技术进行简单介绍和展望。
此外，本文还介绍了目前使用得较为广泛、有效的几种抑制变压器励磁涌流的方法，并详细介绍了其中的选相投切技术的基本原理，分析了变压器空载投切的暂态过程，同时分析了快速合闸策略、延迟合闸策略、同步合闸策略以及相控投切策略这四种控制策略。
最后在仿真软件中搭建变压器模型，对单相变压器励磁涌流和三相变压器励磁涌流进行了PSCAD和MatLab仿真，同时还对带合闸电阻的单相变压器励磁涌流和中性点串电阻的三相变压器励磁涌流进行了对比仿真试验。
通过对比分析，证明这两种方法的正确性和可行性。
关键词：励磁涌流选相投切技术PSCAD MatLab 仿真31Research for Identification and Inhibition ofTransformer Inrush Current Via SimulationABSTRACTIn this paper, issues of transformer inrush current is studied in some depth, The research will be begin from the analyzing basic structure of the magnetic circuit and circuit structure of transformer, and the more detailed principle of inrush current generated is stated, Further, the negative affection on differential protection of transformer by inrush current, and how to weaken and even eliminate its impact is also described in the paper.This paper reviews the inrush current after the formation mechanism, analysis of inrush current and waveform characteristics of the production process, Explore the use of current as the criterion for identification inrush current and the use of modern digital signal processing technology and intelligent theory of the inrush current surge of identification methods are analyzed and compared with the advantages and disadvantages of each method, and a number of The new identification technology brief and outlook.In addition, this article also describes the current use was more extensive and effective inhibition of transformer inrush current of several methods and gave details of the election in which controlled switching technology the basic principle, analysis of transformer no-load switching transient process, while discussed rapid closing strategy discussed, delayed closing strategy, simultaneous closing strategy, and switching control strategy with the four control strategies.Last build transformer model, single-phase transformer inrush current and three-phase transformer inrush current simulation with PSCAD,while also closing resistor with a single-phase transformer inrush current and neutral series resistor to simulate three-phase transformer inrush current compared test. By comparison, the two methods from which to prove the correctness and feasibility.31KEYWORDS：Inrush Current Controlled Switching PSCAD MatLab simulation31目录第一章绪论 (1)1.1课题的研究背景与意义 (1)1.2变压器励磁涌流研究的现状 (2)1.3本文的主要工作 (2)第二章变压器励磁涌流分析 (4)2.1变压器励磁涌流的产生及特点 (4)2.1.1单相变压器的励磁涌流 (4)2.1.2三相变压器的励磁涌流 (7)2.2励磁涌流的危害 (8)2.3空载合闸时变压器磁通的变化 (9)2.3.1合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化 (9)2.3.2合闸瞬间电压为零时的磁通变化 (10)2.4本章小结 (11)第三章变压器励磁涌流的识别 (12)3.1短路故障电流及其特征 (12)3.2利用电流波形特征识别励磁涌流的方法 (13)3.2.1二次谐波制动原理 (13)3.2.2间断角闭锁原理 (14)3.2.3波形对称原理 (15)3.2.4采样值差动 (15)3.2.5波形比较法 (16)3.2.6波形上下对称系数法 (16)3.2.714周波面积法 (16)3.2.8波形正弦度特征法 (18)3.3数字信号原理的识别方法 (19)3.3.1波形相关性分析法 (19)3.3.2数学形态法 (20)3.3.3误差估计法 (20)313.4磁通特性识别法 (21)3.5等值电路法 (22)3.6功率差动法 (22)3.7变压器回路方程法 (23)3.8励磁涌流识别中现代信号处理技术与智能技术的应用 (23)3.8.1模糊逻辑的多判据法 (23)3.8.2神经网路法 (23)3.8.3联合时频分析法 (24)3.9本章小结 (25)第四章几种常用的抑制励磁涌流的方法 (27)4.1空载变压器选相投切 (27)4.2内插接地电阻 (27)4.3改变变压器绕组的分布 (28)4.4在变压器低压侧并联电容器 (28)4.5本章小结 (29)第五章选相分合闸的基本原理与控制策略 (30)5.1选相分合闸投切技术的基本原理 (30)5.2选相分合闸投切三相变压器 (30)5.2.1快速合闸策略 (31)5.2.2延迟合闸策略 (32)5.2.3同时合闸策略 (33)5.2.4相控投切策略 (33)5.3本章小结 (33)第六章系统仿真 (34)6.1PSCAD/EMTDC在电力系统仿真中的应用 (34)6.2单相变压器励磁涌流仿真分析 (34)6.2.1无合闸电阻的单相变压器励磁涌流仿真 (35)6.2.2带合闸电阻的单相变压器励磁涌流仿真 (37)6.3三相变压器励磁涌流仿真 (38)6.3.1中性点直接接地的三相变压器励磁涌流仿真 (40)316.3.2中性点串电阻三相变压器的励磁涌流仿真 (41)6.3.3 选相分合闸三相变压器的励磁涌流仿真 (43)6.4本章小结 (43)总结 (45)参考文献 (46)致谢 (48)附录 (49)31第一章绪论1.1课题的研究背景与意义随着我国经济近些年来的迅速发展，人们对电力的需求日益增长。
变压器励磁涌流和绕组故障的仿真分析随着世界经济不断快速的发展，电已经成为了人类社会正常运转必不可少的商品。
而在电能传输的过程中，变压器是其不可缺少的电力元件。
变压器的研究方面很多，在本篇论文中介绍了电力变压器的国内外研究史以及电力变压器的各种故障，变压器产生的不平衡电流。
重点讲述由变压器铁芯饱和引起的励磁涌流和变压器绕组内部故障.利用MATLAB/Simulink来进行变压器空载合闸时励磁涌流和变压器绕组内部故障的仿真，从得到的波形图和数据来进行分析变压器的励磁涌流和绕组故障。
通过表面现象研究其内在机理，并提出解决问题的方法为以后电力变压器在这些方面的研究奠定一个基础。
目录引言 (2)1关于变压器的励磁涌流和绕组短路 (2)1.1 课题研究的背景与意义 (4)1.2 国内外关于课题的研究现状 (5)1.3 在MATLAB、Simulink平台上建模的步骤 (5)2 变压器空载合闸时励磁涌流的仿真 (7)2.1 变压器励磁涌流仿真分析 (7)2.2双侧电源双绕组变压器 (8)2.2.1 分析影响励磁涌流大小的因素 (8)2.3 建立仿真模型并分析得到的波形图 (13)2.4 故障电流波形图特征分析 (17)2.5 励磁涌流对变压器纵差保护的影响和解决方法 (19)2.5.1 抑制励磁涌流的方法 (20)2.5.2 差动保护的优化方法 (20)3 变压器绕组故障的仿真分析 (22)3.1 变压器绕组故障原因分析 (22)3.2 变压器绕组内部故障模型的建立 (23)3.2.1 变压器保护区内，外故障时的比率制动模型的建立 (23)3.3 设置参数并对波形图进行分析 (25)3.4 变压器绕组故障的防范措施及建议 (28)4 结论 (30)引言在近几年中，随着社会经济的不断提升以及各大工矿企业用电量的不断加大。
大批的容量大，电压高的变压器被制造，与此同时电网的电力系统规模不断扩大。
而与变压器快速发展相形见绌的是变压器继电保护的发展却相对来说是非常靠后的，变压器的继电器保护在需要动作时不发生动作或者是该动作时它又不动作，这就造成了变压器出现故障时，保护的可靠性较低。
基于MATLAB的变压器励磁涌流抑制控制研究随着电力系统的发展，变压器作为电能转换和输送的核心设备，其在电力系统的运行中发挥着重要的作用。
然而，变压器在开关过程中会产生励磁涌流，给电力系统的稳定性和安全性带来了一定的困扰。
因此，研究变压器励磁涌流抑制控制策略显得十分重要。
变压器励磁涌流主要由变压器的励磁电感模式引起，当变压器在连接或断开电源的过程中，变压器绕组上的电流瞬间发生变化，导致变压器励磁电感模式的变化，从而引起励磁涌流。
励磁涌流会引起系统电压的波动，可能导致其他设备的故障甚至损坏。
因此，如何有效地抑制励磁涌流成为了研究的重点。
目前，针对变压器励磁涌流的抑制控制策略主要包括两种：被动式控制和主动式控制。
被动式控制主要是通过在变压器绕组上串联无源电阻或反嵌抗来抵消涌流。
然而，被动式控制注定只能满足固定进制的条件下抑制涌流，对于变压器的励磁涌流应对能力较弱。
相比之下，主动式控制则更具有灵活性和适应性，可以针对不同的工况条件进行精细控制。
首先，需要建立变压器励磁涌流的模型。
根据变压器等效电路模型，可以建立变压器在开关过程中的动态方程，考虑变压器的磁滞特性和饱和特性对励磁电感的影响。
通过对模型的建立，可以研究励磁涌流的起源和变化规律。
其次，需要设计励磁涌流抑制控制策略。
针对变压器励磁涌流问题，可以采用多种控制策略。
例如，可以设计改进的PID控制策略，利用MATLAB的控制系统工具箱进行系统建模和控制器参数调整，以实现对励磁涌流的抑制。
同时，还可以借助模糊控制、神经网络控制等新型控制模式，提高抑制效果并降低系统响应时间。
另外，可以通过MATLAB进行仿真实验，验证所设计的抑制控制策略的有效性和鲁棒性。
使用MATLAB的Simulink工具箱，可以搭建变压器励磁涌流的仿真模型，模拟实际工况条件下的励磁涌流抑制效果。
通过仿真实验，可以评估控制策略的性能，并进行参数优化和调整。
最后，可以通过实际测试验证所提出的变压器励磁涌流抑制控制策略的有效性。
