10kV电力变压器严格无源暂态电路模型建立方法研究

摘要

研究电力系统电磁兼容和电力系统过电压等，需要建立变压器类设备（包括电力变压器、电流互感器、电压互感器，电抗器等）的电磁暂态计算模型。这类模型的建立方法分为两大类:一是根据设备的具体结构建立它们的内部等值电路模型;二是基于黑盒原理建立它们的黑盒模型，即宏模型(Macromodel)。而基于宏模型建模方法的无源电路实现问题是研究的重点和难点之一。本文作为国家自然科学基金项目“变压器类设备无源宽频宏模型建立方法研究”（项目编号:50977031）和河北省自然科学基金项目“变压器类设备高频无源电路模型建立方法研究”（项目编号:E2008001243）研究内容的一部分，重点研究了宏模型的无源电路实现问题，研究了一套系统的变压器类设备高频无源电路模型的建立方法。该方法将测量计算得到的导纳参数用改进的矢量匹配法进行数值逼近;然后，根据电路综合推得其电路宽松无源条件及严格无源条件，应用内点法对其导纳参数有理函数表达式中的留数进行优化，并应用福斯特电路综合方法对导纳参数的有理函数进行电路综合得到其π型等值电路;最后，应用模拟退火法与模式搜索法相结合的混合算法对电路的元件进行无源性修正，最终实现电路模型的严格无源性（即最终形成的电路模型仅由正值电路元件组成）。应用该方法对10kV/0.2kV单相变压器进行了建模，实测和仿真计算的对比验证了该高频无源暂态模型建立方法的有效性。
　　 该方法简单、有效、有较强的通用性。只要获得变压器类设备的多端口网络参数，就能用该方法建立其高频无源暂态电路模型，适合雷电过电压和特快速暂态过电压等高频过电压作用下的电磁暂态计算。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究意义

1．2 研究现状

1．2．1 变压器宏模型建立方法

1．2．2 电路模型的无源实现

1．3 本文研究工作

第2章 变压器宏模型的建立方法

2．1 变压器宽频网络参数的测量

2．1．1 变压器网络参数的常用测量方法

2．1．2 变压器导纳参数测量的基本原理

2．1．3 变压器导纳参数的实验室测量

2．2 导纳参数的有理函数逼近

2．2．1 导纳参数的转化

2．2．2 导纳参数的有理函数拟合方法

2．3 电路综合方法

2．3．1 π型等值电路支路导纳参数表达式

2．3．2 集中参数元件的电路综合

2．4 小结

第3章 变压器宏模型的无源性优化

3．1 网络的稳定性与无源性

3．2 网络模型的端口无源性判别和优化

3．2．1 网络模型端口无源的判别条件

3．2．2 网络模型端口无源的优化方法

3．3 网络模型严格无源性的判别和优化

3．3．1 网络模型严格无源的判别条件

3．3．2 网络模型严格无源优化方法

3．4 小结

第4章 电路元件的无源性优化

4．1 全局优化算法

4．1．1 模拟退火法

4．1．2 模式搜索法

4．2 混合算法的实现

4．2．1 混合算法介绍

4．2．2 混合算法的MATLAB实现

4．3 小结

第5章 10kV单相变压器的建模与仿真

5．1 导纳参数的拟合与端口无源实现

5．2 导纳参数的严格无源实现

5．3 元件的优化实现

5．4 模型的仿真验证

5．5 降阶建模

5．6 小结

第6章 结论与展望

参考文献

在学期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢