电磁暂态数值仿真中变压器饱和模型的研究

摘要

“电力是经济发展的先行官”，强大的电力工业是我国市场经济高速发展的重要保障。随着全国联网的实现，对电网的安全稳定运行要求也越来越高。电网运行的变电环节主要由电力变压器来完成。因此变压器的运行状态直接影响着电网的可靠性。所以变压器暂态仿真研究有着重要的意义。电力系统数值仿真作为一种重要的电力系统分析和研究手段，一直在系统的发展和实际运行中发挥着至关重要的作用。开发出仿真精度高、计算速度快的系统仿真软件，日益成为广大电力行业工作人员面临的重大课题之一。
　　 本文围绕变压器电磁暂态仿真问题展开了研究，主要工作如下：
　　 首先深入地研究和总结变压器的工作原理和相关特性。在此基础上，整理和推导了变压器经典模型和统一磁路模型。经典模型分为两种：理想变压器模型和基于受控源原理的变压器模型；统一磁路模型也分为两种：基于电路原理的统一磁路模型和UMEC模型(Unified Magnetic Equivalent Circuit)。其次在上述模型基础上，对变压器饱和特性进行了研究。当变压器遇到空载合闸、短路故障等暂态工况时，可能会发生饱和。本文提出了一种基于UMEC的变压器饱和模型。其思想是将变压器空载实验曲线的分段线性化与UMEC模型相结合。该模型采用UMEC模型表示变压器各个部分的电磁关系及相互作用，采用空载实验曲线近似表示磁路的饱和。该模型充分利用了UMEC模型无需绕组匝数、铁芯横截面积和长度、铁芯磁导和铁轭磁导之间的比例关系等优点；同时克服了基于空载实验曲线分段线性化方法只考虑励磁支路磁导非线性的缺点，因此该模型具有更高的精度。最后运用面向对象的软件设计方法，以Visual C++6.0作为开发工具，开发出了一个变压器饱和模型仿真系统。将变压器置于一个系统中，对变压器电磁暂态仿真软件的实现进行了分析和设计。该系统把电力网络中的元件按照各自的特性抽象设计成不同的类，而各个元件作为相应类的具体实例，包括：变压器类、电源类、负荷类等。该软件系统结构清晰简洁，维护、扩展方便，当需要添加新类型的元件时，只需编写相关的元件模型类，加入到程序即可。算例分析证明了本文开发程序的正确性。本文的工作为进一步研究变压器暂态仿真打下了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 变压器暂态仿真计算模型的研究现状

1.2.1 利用现有软件搭建仿真电路的方法

1.2.2 仿真建模方法

1.3 本文工作

第二章 电磁暂态仿真方法

2.1 引言

2.2 电磁暂态分析的数值积分方法

2.2.1 隐式梯形积分法

2.2.2 后退欧拉法

2.2.3 阻尼梯形法

2.2.4 四阶龙格.库塔法

2.3 电磁暂态仿真的初始化问题

2.4 电力系统电磁暂态仿真步长的选择

2.5 本章小结

第三章 变压器电磁暂态计算模型

3.1 暂态等值计算电路

3.2 经典变压器模型

3.2.1 想变压器模型

3.2.2 变压器的受控源等效暂态模型

3.3 统一磁路等值电路模型

3.3.1 基于电路原理的统一磁路模型

3.3.2 UMEC模型

3.4 变压器饱和仿真计算模型

3.4.1 非线性电阻Rm的u-iR曲线分段线性化

3.4.2 非线性电感Lm的u-iL曲线分段线性化

第四章 电磁暂态仿真模型的实现

4.1 开发工具的选择

4.2 电磁暂态仿真程序元件模型结构设计

4.2.1 各元件模型类结构中变量的设计

4.2.2 各元件模型类结构中函数的设计

4.2.3 元件模型类的扩展

4.3 变压器电磁暂态仿真系统程序整体设计

第五章 算例分析

5.1 电力系统电磁暂态变压器仿真正确性的验证

5.1.1 三相变压器组仿真波形

5.1.2 三相三柱变压器仿真波形

5.2 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢