电力变压器电磁暂态仿真模型与算法研究

摘要

近年来，我国的经济高速发展，电力系统也随之发展的越来越庞大和复杂。电力系统的安全稳定运行是经济发展的重要保障。电力变压器是电力系统中输电和变电的重要设备，因此对变压器电磁暂态过程的研究是十分必要的。而电力系统数字仿真是研究电力系统暂态过程的一种重要手段。随着对系统运行要求的不断提高，对电力系统仿真的计算速度和仿真精度也提出了更高的要求。
　　 本文首先深入研究了电力系统电磁暂态分析的基本原理，以及数字仿真的主要方法。在分析和总结已有的变压器仿真模型的基础之上，综合基于受控源原理的变压器模型和阻尼梯形积分方法，建立了一种含有非线性励磁支路的变压器电磁暂态仿真模型。基于该模型研究了变压器铁芯的饱和非线性特性。变压器在进行空载合闸或者外部故障切除时，会发生励磁涌流现象，对励磁涌流现象的仿真要能够很好的反映变压器的饱和特性。传统的分段线性化方法在处理变压励磁支路的非线性问题时，原理简单并且计算量小，但是在仿真计算中会产生“过冲”失真问题。通常采用的减小仿真步长可以有效的抑制过冲，但是仿真时间明显增加，使其失去分段线性化方法本身的优势。本文根据变压器的物理特性，在分段线性化方法的基础上进行改进，提出了预测校正算法。首先对励磁电流退饱和情况进行预测，在预测退饱和点越过时用校正公式替代原有计算励磁电流的伴随公式，得到联立的节点电压方程，进行该步的全网电磁仿真。这样在不改变仿真步长的情况下，解决了过冲问题，加快了计算速度，使仿真效率得到很大的提高。本文的后一阶段，在基本模型的基础上，通过分析变压器内部故障原理，建立了变压器匝间短路的故障模型。与采用搭建外部电路实现变压器内部故障仿真的方式不同，该模型能够直接仿真内部故障，应用简便，同时有利于进一步分析研究。
　　 本文分析建立的变压器模型均通过自行设计的电磁暂态仿真程序进行了仿真验证。通过算例的分析和对比证明了模型和仿真程序的正确性和有效性。本文提出的仿真模型和算法对电磁暂态的理论分析和仿真研究有一定的参考价值。