[发明专利]一种基于EIC原理的三相五柱芯式变压器建模分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及配电网络建模与分析技术领域，尤其涉及一种基于EIC原理的三相五柱变压器建模分析方法。

背景技术

我国地域辽阔，发电能源和用电负荷的分布极不均衡，一次能源基地和用电负荷中心呈“逆向分布”，这一客观现实决定了我国电力流跨区域和大规模流动的必然性。高压直流输电(HVDC)由于在远距离、大容量输电和电力系统联网方面具有明显技术经济优势，在西部丰富的水电、可再生能源和大型煤电高效率送往中东部地区过程中发挥着重要作用，因此在我国获得了大规模规划建设。

然而，当HVDC采用单极大地回路运行方式时，强大的入地直流造成地表电位分布不均匀，一部分直流电流通过接地的变压器中性点进入交流输电系统，引起变压器直流偏磁，铁芯高度饱和，磁化电流严重畸变，造成变压器噪音增大、振动加剧、局部过热、寿命减少等，严重时甚至威胁交直流混联电网的安全稳定运行。

直流偏磁电流I_DC对变压器的影响主要表现在：一方面，由于变压器励磁特性的非线性，励磁电流高度畸变，变压器无功损耗增加；另一方面，铁芯饱和使漏磁增加，相关部件损耗增加，温升增大。其中，直流偏磁对变压器本体的影响与发生直流偏磁的变压器对电网运行的影响是研究的焦点。研究上述问题的关键是建立合适的变压器直流偏磁模型，这关系到能否准确研究直流电流对变压器运行特性带来的影响，也关系到能否合理评估直流偏磁对电网安全运行的影响，以及能否正确选择合理的直流偏磁抑制措施。

针对于此，有学者建立变压器电路磁耦合模型，以经验公式描述变压器铁芯的磁化曲线，提出铁芯的频率相关非线性磁阻计算公式，在频域内建立模型；有学者利用对偶原理建立了变压器综合电路模型，只使用一个电路即可表示整个变压器的电磁行为，但由于对偶性理论只适用于具有平面磁拓扑结构的变压器，这限制了该模型的应用；有学者基于电路和磁路理论，提出了直流偏磁下有、无变压器油箱的三相三柱式变压器模型。但是，现有模型的建立在复杂度与精度之间依然存在着无法化解的矛盾：针对有复杂磁路结构的变压器，不能保证精度或者计算繁琐；保证了精度，却只能应用到结构简单的变压器上。

因此，如何建立一款变压器模型，能够更为优越地兼容精度和复杂度的需求，更加有利于分析变压器性能，是变压器研究学者们亟需解决的课题。

发明内容

本发明主要解决的问题在于提供一种基于EIC原理的三相五柱芯式变压器建模分析方法，采用了更加合理的物理模型，综合考虑了铁芯磁滞曲线、铁芯磁滞和涡轮效应、铁芯拓扑结构等关键要素，利用等效微分电路（Equivalent Incremental Circuit，EIC）构建变压器电路、磁路耦合方程，有效解决了变压器模型精度和复杂度不能兼得的矛盾，为变压器直流偏磁研究提供了一种精确实用的物理模型。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于EIC原理的三相五柱芯式变压器建模分析方法，包括：步骤一，基于三相五柱变压器铁芯拓扑结构及变压器参数，建立电路模型；步骤二，基于微分磁路原理，建立微分磁路模型；步骤三，基于微分磁路模型，推导铁芯微分磁通、微分磁动势、磁链与回路微分磁通关系式；步骤四，基于上述步骤结论，推导微分电感矩阵；步骤五，基于三相五柱变压器绕组联接形式，建立三相五柱变压器组电路模型；步骤六，基于数值运算，求解变压器微分电路方程组，求取目标变量；步骤七，分析直流偏磁对三相五柱变压器励磁电流的影响。

优选的，所述步骤一中，借助非线性电阻来表征变压器铁芯涡流损耗。

优选的，所述步骤六中，运用Matlab软件实现数值算法，求出变压器在正常工作状态及直流偏磁时的励磁电流、磁密、磁场强度。

优选的，所述步骤七中，采用比对分析法，通过将三相五柱变压器励磁电流与三相三柱、三相组式变压器励磁电流做比较，分析出直流偏磁对三相五柱变压器励磁电流的影响。

采用上述技术方案，本发明的有益效果为：

1、有效解决了变压器模型精度和复杂度不能兼得的矛盾，为变压器直流偏磁研究提供了一种精确实用的物理模型；

2、依据本发明建造的三相五柱芯式变压器模型，可准确得到不同直流电流量入侵时变压器励磁电流及一、二次绕组电流畸变程度，为可靠评估变压器耐受直流偏磁能力及确定有效合理的治理措施提供依据，确保交直流混联电网的安全运行，能够有效保证设备选型的经济合理性，对设备选型的合理性和经济性有重要意义。

附图说明

图1为三相五柱芯式变压器建模分析流程图；

图2为变压器铁芯叠片示意图；