J-A模型在变压器继电保护中的应用研究

摘要

电力变压器作为电力系统中的重要电气设备，在配电和输电的各个环节都被大量使用，因此变压器能否可靠的运行，将对整个电力系统的电力安全稳定起到重要的影响。随着特高压电网和智能电网的建设，为了提高系统的暂态稳定性，对变压器保护提出了更高的要求。但是同线路保护相比，变压器保护的正确动作率还有待提高，因此有必要对变压器保护作出研究与分析。
　　首先本文针对课题的研究背景，介绍了当前的变压器保护方法。对各保护算法进行了分析，并各自的特点和可能遇到的问题进行了介绍。文章将变压器保护方法概括为三类:基于电流波形特征的变压器保护方案，基于电压波形特征的变压器保护方案，以及同时利用电流电压的变压器保护方案。并说明了单纯基于电流或电压一种电气量的变压器保护存在局限性，因此研究变压器内部磁化过程来分析变压器保护具有十分重要意义。
　　接着在Matlab中对变压器励磁涌流进行了建模仿真，分析了当变压器饱和严重的情况下，励磁涌流中的二次谐波含量将会降低，影响二次谐波制动的判断，可能会造成变压器保护的误判;对于合闸于小匝数故障的励磁涌流，由于故障电流中包含大量的二次谐波含量，并且衰减得很慢，将会影响故障的切除时间。通过与一次三相变压器二次谐波制动误动作的案例相结合，分析了对于Y-△接线的三相变压器，在计算差流的转角变换过程中，由于环流的影响，使得每相差流发生变化，正常无故障合闸情况下可能会出现二次谐波含量较低的差流，这时依靠二次谐波制动原理可能会造成误判，导致保护误动。所以本文通过研究变压器内部的磁化特征，找到变压器内部涌流与故障的本质特征，避开励磁涌流的影响。
　　本文采用Jiles-Atherton(J-A)磁滞模型来研究磁滞特性。介绍了J-A磁滞模型的基本原理和其磁滞数学模型以及目前的研究现状，推导出J-A模型的微分方程。根据微分方程，在Matlab中对J-A磁化曲线进行了建模仿真，通过模型分析了各参数对磁滞回线的影响。最终利用遗传算法和差分进化算法实现了模型参数的识别，为利用J-A模型研究变压器保护提供了前提条件。
　　文章通过磁滞回线特征分析说明了变压器纵联支接导纳保护方法，利用磁滞回线解释了支接导纳等效模型的意义，并依据磁滞回线面积即磁滞损耗对保护算法进行了整定。该保护避开了励磁涌流的影响，直接根据直接导纳的电导来对保护进行判定，不受涌流等谐波的影响。因为变压器是否存在励磁涌流只影响支接导纳的电纳，支接导纳的电导部分反应了变压器内部的能量损耗，对匝间短路故障十分敏感，而发生涌流与否对电导影响较小。该保护算法能够有效的识别出变压器内部小匝数的匝间短路故障、变压器投于轻微匝间短路故障等情况，具有较高的灵敏性与可靠性。此外，由于支接导纳在导纳平面上的轨迹简单，所以保护算法整定方法简单，利于进行保护计算。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景以及意义

1．2 电力变压器保护技术的研究现状

1．2．1 基于电流量波形特征的变压器保护方法

1．2．2 基于电压波形特征的变压器保护方法

1．2．3 同时利用电流和电压量的变压器保护方法

1．3 铁磁材料磁滞模型的研究现状

1．4 本论文的主要工作及章节安排

第2章 变压器励磁涌流二次谐波分析

2．1 变压器励磁涌流的产生原因及特点

2．2 单相变压器二次谐波含量分析

2．3 三相变压器励磁涌流二次谐波含量分析

2．4 本章小结

第3章 J-A模型及其参数识别

3．1．1 模型的基本原理

3．1．2 模型的建立

3．2 由J-A数学模型算法求解磁滞曲线

3．3 J-A模型参数分析

3．4 基于智能算法的J—A磁滞模型参数识别

3．4．1 优化算法的选取

3．4．2 参数的识别

3．5 本章小结

第4章 对变压器支接导纳保护通过J-A模型的研究

4．1 基于变压器差流的等效磁滞回线

4．2 支接导纳的概念

4．3 支接导纳参数的计算

4．4 保护算法的提出

4．4．1 判据的提出

4．4．2 门槛值的确定

4．4．3 算法验证

4．5 本章小结

第5章 总结和展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果