阻抗匹配平衡变压器的仿真分析

于MATLAB_Simulink的变压器建模与仿真基于MATLAB/Simulink的牵引变压器建模与仿真徐（西安铁路局安康供电段新陕西汉中 723000）摘要：针对多种牵引变压器接线方式，建立数学模型，基于Matlab/Simulink仿真软件，建立牵引变压器的仿真模型，并验证数学模型和仿真模型的一致性。

利用所建立仿真模型对不同接线形式牵引变压器在不同条件下对公用电网产生的谐波和负序影响进行仿真试验，对研究各种类型的牵引变压器特性在我国电气化铁路的应用提供条件。

关键词：牵引变压器；数学模型；仿真模型；Matlab/Simulink 中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0610061－03 牵引变压器按其特性可分为平衡接线和不平衡接线。

其中不平衡接线有单相接线、Vv接线和YNd11接线；平衡接线是试图实现三相两相对称变换而提出的，主要代表方式有Scott，Leblanc、Kubler、Wood-bridge、阻抗匹配接线等。

本次主要总结了常用牵引变压器的特点并建立数学模型，包括每种牵引变压器的原理结构、原次边电气量关系等，基于Matlab/Simulink软件建立牵引变压器仿真模型，并对牵引变压器在不同条件下的负序、谐波特性的进行了研究. 1 牵引变压器数学模型研究 1.1 YNd11接线 YNd11变压器接线原理如下图所示，如果忽略激磁电流及其漏阻抗压降，二次侧绕组ac相与一次侧绕组A相同相，cb相与C相同相。

由于变压器一次侧绕组A，B，C相与电力系统的相序一致，A相滞后C相，对应的二次侧ac也滞后cb相[2]。

其中Z为牵引端口对应变压器漏抗，和β相的端口电压。

1.2 Vv接线 Vv接线牵引变压器接线原理如图2所示。

为二次侧空载相即α相图2 Vv接线牵引变压器设Vv接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为可得电流输入输出关系[3]：和，电压输入输出关系如下：图1 YNd11接线牵引变压器设YNd11接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为和假设变压器原边中性点接地，可以得出一次侧三相电流。

于MATLAB_Simulink的变压器建模与仿真基于MATLAB/Simulink的牵引变压器建模与仿真徐（西安铁路局安康供电段新陕西汉中 723000）摘要：针对多种牵引变压器接线方式，建立数学模型，基于Matlab/Simulink仿真软件，建立牵引变压器的仿真模型，并验证数学模型和仿真模型的一致性。

利用所建立仿真模型对不同接线形式牵引变压器在不同条件下对公用电网产生的谐波和负序影响进行仿真试验，对研究各种类型的牵引变压器特性在我国电气化铁路的应用提供条件。

关键词：牵引变压器；数学模型；仿真模型；Matlab/Simulink 中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0610061－03 牵引变压器按其特性可分为平衡接线和不平衡接线。

其中不平衡接线有单相接线、Vv接线和YNd11接线；平衡接线是试图实现三相两相对称变换而提出的，主要代表方式有Scott，Leblanc、Kubler、Wood-bridge、阻抗匹配接线等。

本次主要总结了常用牵引变压器的特点并建立数学模型，包括每种牵引变压器的原理结构、原次边电气量关系等，基于Matlab/Simulink软件建立牵引变压器仿真模型，并对牵引变压器在不同条件下的负序、谐波特性的进行了研究. 1 牵引变压器数学模型研究 1.1 YNd11接线 YNd11变压器接线原理如下图所示，如果忽略激磁电流及其漏阻抗压降，二次侧绕组ac相与一次侧绕组A相同相，cb相与C相同相。

由于变压器一次侧绕组A，B，C相与电力系统的相序一致，A相滞后C相，对应的二次侧ac也滞后cb相[2]。

其中Z为牵引端口对应变压器漏抗，和β相的端口电压。

1.2 Vv接线 Vv接线牵引变压器接线原理如图2所示。

为二次侧空载相即α相图2 Vv接线牵引变压器设Vv接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为可得电流输入输出关系[3]：和，电压输入输出关系如下：图1 YNd11接线牵引变压器设YNd11接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为和假设变压器原边中性点接地，可以得出一次侧三相电流。

阻抗匹配的研究在高速的设计中，阻抗的匹配与否关系到信号的质量优劣。

阻抗匹配的技术可以说是丰富多样，但是在具体的系统中怎样才能比较合理的应用，需要衡量多个方面的因素。

例如我们在系统中设计中，很多采用的都是源段的串连匹配。

对于什么情况下需要匹配，采用什么方式的匹配，为什么采用这种方式。

例如：差分的匹配多数采用终端的匹配；时钟采用源段匹配；1、串联终端匹配串联终端匹配的理论出发点是在信号源端阻抗低于传输线特征阻抗的条件下，在信号的源端和传输线之间串接一个电阻R，使源端的输出阻抗与传输线的特征阻抗相匹配，抑制从负载端反射回来的信号发生再次反射.串联终端匹配后的信号传输具有以下特点：A 由于串联匹配电阻的作用，驱动信号传播时以其幅度的50％向负载端传播；B 信号在负载端的反射系数接近＋1，因此反射信号的幅度接近原始信号幅度的50％。

C 反射信号与源端传播的信号叠加，使负载端接受到的信号与原始信号的幅度近似相同；D 负载端反射信号向源端传播，到达源端后被匹配电阻吸收；E 反射信号到达源端后，源端驱动电流降为0，直到下一次信号传输。

相对并联匹配来说，串联匹配不要求信号驱动器具有很大的电流驱动能力。

选择串联终端匹配电阻值的原则很简单，就是要求匹配电阻值与驱动器的输出阻抗之和与传输线的特征阻抗相等。

理想的信号驱动器的输出阻抗为零，实际的驱动器总是有比较小的输出阻抗，而且在信号的电平发生变化时，输出阻抗可能不同。

比方电源电压为＋4.5V的CMOS驱动器，在低电平时典型的输出阻抗为37Ω，在高电平时典型的输出阻抗为45Ω[4]；TTL驱动器和CMOS驱动一样，其输出阻抗会随信号的电平大小变化而变化。

因此，对TTL或CMOS电路来说，不可能有十分正确的匹配电阻，只能折中考虑。

链状拓扑结构的信号网路不适合使用串联终端匹配，所有的负载必须接到传输线的末端。

否则，接到传输线中间的负载接受到的波形就会象图 3.2.5中C 点的电压波形一样。

阻抗匹配仿真传输线仿真笔记 2By 前面已经利用 hyperlynx 工具进行源端阻抗匹配的仿真若华RS 表示芯片 CGS74CT2524M 引脚内部阻抗，当此阻抗为 0 时经过一段特征阻抗是 50 欧姆的传输线时发生较大的振铃现象。

输入源电压为 5V. 通过软件自带的终端优化工具进行匹配。

此图显示了驱动芯片阻抗 15.2 欧姆，特征阻抗为 50 欧姆（有效阻抗 43.3 欧姆）。

这也是为什么系统推荐源端串联28.1 欧姆电阻。

且靠近源端放置。

匹配之后的振铃明显减小。

这是前面已经仿真过的结果。

现在对传输线进行计算和说明。

在hyperlynx 软件里面自动对传输线的各种参数进行计算。

假设我们选择simple 类型的传输线，系统得出其等效电感和等效电容为25nH\10PF.特征阻抗为 50 欧姆，延时为 0.5ns,阻抗为 17 毫欧。

通过公式 Delay =L * C 可以计算互连线单位长度时延。

计算的结果也是 0.5ns，和软件计算结果相符。

通过公式 Z 0 =LL 1 ，其中LL , C L , υ 分别表示传输线单位长度电感值，单位长= C L C Lυ度电容值，和信号传输速度。

计算结果为 50 欧姆。

此与软件计算的特征阻抗为 50 欧姆想符合。

设置更小的格点时间。

可以发现信号从源端到负载端存在一定的时延。

大小约为 720ps。

下图 transmission line tpye 里未显示传输线的长度。

不知道此处传输线时间、长度等直接的关系如何。

下面我们修改传输线类型，对上述的说法进行验证和推敲。

阻抗平衡变压器名词解释
阻抗匹配平衡变压器是一种新型平衡变压器，通过调整绕组之间的阻抗匹配关系来保持各相应绕组之间的电气关系平衡，实现三相系统的平衡运行。

具体来说，它可以实现将对称三相电力系统变为二相幅值相等、彼此相位差为90°电角度的二相电力系统，或将幅值相等、彼此相位差为90°电角度的二相电力系统变换为对称三相电力系统。

阻抗匹配平衡变压器具有较好的抑制负序电流对电力系统影响、容量利用率较高等优点，已经成为我国电气化铁路牵引变压器的主要接线型式。

此外，这种变压器还可以用于三相变四相与三相变两相的不等相转换，通过调整绕组间的阻抗匹配关系，实现相应绕组电磁关系的平衡，以使三相电源系统保持平衡。

如需更多与阻抗匹配平衡变压器相关的信息，建议咨询电气专业人士或查阅相关文献资料。

阻抗匹配平衡牵引变压器微机差动保护的研究 时间： 2006- 10-23 高压开关网摘要：简单阐述了阻抗匹配平衡牵引变压器的一般原理，提出了利用计算机技术实现阻抗匹配平衡牵引变压器差动保护的方案。

关键词：阻抗匹配平衡牵引变压器; 差动保护；微型计算机中图分类号：TM 922.3； TM 772 文献标识码： B 文章编号：1006-6047(1999)06-0042-03Study on Computer-Based Differential Protection for ImpedanceMatching Balance Traction TransformerSONG Yong-ming,YUAN De-zhu,YANG Shun-yi,LI Hua(Acheng Relay co.，Ltd.,Acheng 150302,China)Abstract：It simple presents general principles of protection for impedance matching balance traction transformer and discusses a computer-based differential protection scheme for it.Keywords：impedance matching balance traction transformer; differential protection; microcomputer阻抗匹配平衡变压器(简称平衡变压器)是湖南大学最近研究成功的电气化铁道供电变压器，由云南变压器厂生产，在我国电气化铁道牵引供电中已开始集中采用。

该变压器低压侧接电气化铁道上行线和下行线两相负载，两相负荷的电流随列车的运行情况变化而变化；高压侧接三相电力系统。

其最大优点是：在低压侧两相不对称负荷的各种运行方式下，变压器高压侧三相电流具有较好的对称性，减小了负序电流以及负序电流对电力系统的影响，提高了系统的电能质量。

变压器综合仿真设计一一、设计目的：1.掌握SIMULINK仿真环境常用模块库和电力系统模块库；2.对变压器运行进行仿真设计。

二、设计内容：1.单相变压器空载运行，观察空载电流的大小和励磁电流的畸变情况；2.单相变压器空载合闸，观察原边电流和铁芯内主磁通的变化规律；3.单相变压器副边突然短路，观察原副边电流的变化规律。

问题分析：1.单相变压器空载运行时，原边电流主要用来产生主磁场，而电路损耗和铁芯损耗很小，因此即使外加电压很大，空载电流仍然很小。

由于铁磁材料的非线性，在外加电压为正弦规律变化时，原边电流将畸变为尖顶波。

运用simulink建立仿真模型可以观察到这些现象。

2.变压器空载合闸属于过度过程问题，适合采用simulink进行动态仿真。

只需要按照电路的基本结构构建仿真模型即可。

铁芯内的主磁通Φ可以通过空载时的副边电压U2测量，两者之间的数学关系，即3.变压器副边突然短路时，原副边电流将瞬间大幅度增加。

然后随过渡过程的进行逐渐达到稳态值。

作为一种特殊的过渡运行状态，同样可以运用simulink仿真平台加以仿真。

三、SIMULINK仿真模型：1.单相变压器空载运行SIMULINK仿真模型在新建的simulink仿真窗口中，拖入饱和单相变压器（Saturable Transformer）、交流电压源（AC Voltage Source）、电压测量（Voltage Measurement）、电流测量（Current Measurement）、示波器（Scope）等模块，然后按照下图进行连接，建立仿真模型。

2.变压器空载空载合闸仿真模型3.变压器短路仿真模型三、设计报告要求1、相关内容理论分析；2、构建仿真结构框图（包括说明语句）；3、图形输出及说明；4、设计总结。

三绕组电力变压器阻抗值匹配优化技术分析1 建立三绕组电力变压器绕组简化模型1.1 目标传递函数变电站无功补偿设备主要包括SVG、SVC、电抗器和电容器组，该文对其单组容量进行优化，建立单组设备容量最大值的目标函数。

对变压器匹配阻抗值的優化，要以满足短路电流限定条件为前提，获得变电站单组无功补偿设备的容量最大值Qc max。

不同的运行方式需要不同的短路电流值和不同的无功补偿设备投切方式，该文将最大、最小两种极限运行方式作为优化边界条件。

2 非线性工程问题的替代数值算法交互式线性和通用优化求解器（LINGO，Linear Interactive and General Optimizer）是目前最佳的工程模型优化软件，可用于线性、非线性方程组求解和非线性规划。

其内置2种非线性求解方法：广义既约梯度算法（GRG，Generalized Reduced Gradient）、顺序线性规划法（SLP，Sequential Linear Programming）。

SLP对非线性规划问题的求解是通过线性规划迭代求解来实现的，GRG算法的迭代初始点是自动选取的，增加了全局最优解的求解率。

GRG算法更适合求解约束条件下的非线性优化问题，可用于大型非线性工程优化问题求解。

该文是对变压器绕组阻抗值进行优化，属于非线性工程问题，适用广义既约梯度（GRG）算法，构造目标函数可行的负梯度下降方向。

3 工程算例效果验证工程算例为某变电站三相三绕组有载调压自耦主变，180 MVA /220 kV，电压等级220 /110 /10 kV。

阻抗值为Uk12% =12、Uk13% = 60、Uk23% = 49；远景规划为Uk12% = 11、Uk13% =35、Uk23% = 21，串联10%的电抗器限制短路电流，单组无功补偿容量6 Mvar。

为保证设备运行安全，220 kV、110 kV短路电流值为50 kA、40 kA；10 kV侧短路电流按照20 kA，计入400 m电缆衰减，短路电流按23 kA计算。

学士学位论文变压器波过程的仿真分析变压器波过程的仿真分析摘要电力变压器是电力系统中的重要设备之一，必须保证其可靠运行。

要保证电力变压器的可靠运行，就要使其具有良好的绝缘能力，因为电力变压器的故障主要是绝缘被破坏造成的。

当电力变压器受到雷电冲击时，其绕组的绝缘很容易被破坏，因此必须对电力变压器绕组的波过程进行研究。

本文首先介绍了变压器的等值电容、等值电感和电阻参数的计算方法，然后给出了变压器绕组的等值电路和绕组波过程的计算方法。

进而计算了SFP-180000/220三相无励磁调压电力变压器的等值电容、等值电感和电阻，在其等效电路的基础上利用Matlab/Simulink分别建立了中性点接地和中性点绝缘的电路模型。

分别对这两种电路模型进行仿真分析，得到了对应的初始电位分布、振荡电位分布以及最终电位分布等，分析各电位分布的特点，可以为该型号变压器的绝缘结构设计提供参考。

关键词过电压；波过程；电位分布；纵绝缘The simulation analysis on the transient process oftransformerAbstractPower transformer is one of the important equipments in the power grid, we must ensure its reliable operation. To achieve that goal, the insulation property of power transformer must be fine, for its breakdown mainly caused by the insulation damage. When the power transformer suffered from the lightning surges, the windings insulation was damaged easily, so we have to optimize and design on the power transformers windings insulation structure.Firstly, the computational methods of the inductance, capacitance and the resistance parameter were introduced in this paper, then an equivalent circuit of the transformer was established and the computational methods of the windings transient process were given. Furthermore, the inductance, capacitance and the resistance parameters of SFP-180000/220 three-phase no load power transformer were calculated. Based on the equivalent circuit of transformer, the circuit model in the Matlab/Simulink was established and simulated when the neutrals were grounded and isolated respectively. The relevant initial potential distribution, the oscillating potential distribution, and the final potential distribution and so on were gotten by the simulation. Finally, the characteristics of each potential distribution were analyzed, which could provide some references to the insulation structure design of this transformer.Keywords overvoltage；transient process；potential distribution；winding insulation目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 变压器绕组的波过程国内外研究现状 (2)1.3 课题研究内容 (3)第2章变压器的参数计算 (4)2.1 变压器的等值电容的计算 (4)2.1.1 线饼间介质的等值介电常数εde (4)2.1.2 线圈间介质的等值介电常数εwe (6)2.1.3 变压器线圈几何电容的计算 (6)2.1.4 等值纵向电容的计算 (8)2.2 变压器的电感参数的计算 (12)2.3 变压器的电阻参数的计算 (13)2.4 具体变压器的参数计算 (13)2.4.1 电容的计算 (14)2.4.2 电感的计算 (14)2.4.3 电阻的计算 (15)2.5 本章小结 (15)第3章波过程的模拟 (16)3.1 变压器绕组的等值电路与波过程的求解方法 (16)3.2 波过程的仿真分析 (17)3.2.1 电源的选择 (17)3.2.2 中性点接地时绕组的初始电位分布 (17)3.2.3 中性点绝缘时绕组的初始电位分布 (18)3.2.4 中性点接地时绕组的振荡电位分布 (20)3.2.5 中性点绝缘时绕组的振荡电位分布 (21)3.2.6 中性点接地时的最终电位分布 (22)3.2.7 中性点绝缘的最终电位分布 (23)3.3 本章小结 (24)结论 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录 (29)第1章绪论1.1课题背景及意义研究变压器的主要目的就是提高变压器运行时的可靠性并延长它的使用年限，而变压器运行时的可靠性和它的使用年限又主要决定于它的绝缘水平[1, 2]。

变压器阻抗匹配原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊变压器阻抗匹配原理。

这玩意儿啊，就像是一场奇妙的音乐会！你看啊，变压器就好比是这场音乐会的指挥家。

在电路的世界里，它要让电流和电压这些“乐手”和谐共处，演奏出美妙的乐章。

而阻抗匹配呢，就是让不同的“乐器”发出最合适的声音，互相配合，达到最佳效果。

咱可以把变压器的初级线圈和次级线圈想象成两个不同的乐团。

如果它们之间的阻抗不匹配，那就好比是一个乐团全是小提琴，另一个乐团全是大鼓，这能演奏出和谐的音乐吗？肯定不行啊！那声音得乱成啥样啊！但要是阻抗匹配好了，那就像是小提琴和大提琴完美配合，那旋律，多动听啊！比如说，在一些电子设备里，如果变压器的阻抗不匹配，那电流可能就没法顺畅地流动，就像一条被堵住的小溪，水都流不起来，那设备还怎么正常工作呀？这时候就得靠阻抗匹配来打通这条“小溪”，让电流欢快地流淌起来。

再想想，要是家里的电器因为阻抗不匹配出了问题，那多闹心啊！电视看着看着突然没图像了，冰箱制冷不正常了，那生活还不得乱套啊！所以说，变压器阻抗匹配原理可太重要啦！其实这原理在生活中也有很多类似的例子呢。

就好比两个人合作做一件事，如果彼此的风格、能力不匹配，那肯定干不好呀。

但要是能找到那个最合适的搭配，那效率不得蹭蹭往上涨啊！而且哦，这阻抗匹配就像是给电路世界穿上了一双合脚的鞋子。

只有鞋子合脚了，才能走得稳、走得快。

要是鞋子大了或小了，那不是容易摔跤就是走不快呀。

总之呢，变压器阻抗匹配原理虽然听起来有点复杂，但咱只要把它想象成生活中的一些常见的事情，就不难理解啦。

它就像是一个幕后英雄，默默地保障着电路的正常运行，让我们能享受到各种电子设备带来的便利。

所以啊，可别小看了这个原理，它的作用可大着呢！这就是我对变压器阻抗匹配原理的理解，你们觉得是不是这么个理儿呢？原创不易，请尊重原创，谢谢!。