[发明专利]单机运行的单相变压器数学模型集成系统的构建方法

说明书

一种单机运行多种负载类型下的单相变压器数学模型集成系统的构建方法，步骤是：未考虑铁心损耗的变压器建模，考虑铁心损耗的变压器建模，不同负载运行情况下的系统模型，包括空载运行、短路、电阻性负载、阻感性负载和阻容性负载系统模型，励磁支路参数数学模型，降压变压器与升压变压器的参数换算、升压变压器参数换算，数学模型集成系统构建。本发明考使得变压器空载实验的空载特性分析及励磁支路参数测定仿真实验成为可能；不仅可以适用于电网电压波动时的运行特性分析，而且大大提高了电压波动情况下的模型精度；做到了升压变压器与降压变压器的统一，在各种负载类型下不产生代数环问题，大大提高了模型的精度与可靠性。

技术领域

本发明涉及单相变压器数学模型构建方法，具体地是关于单相变压器单机运行多种负载类型下数学模型集成系统的构建方法。

背景技术

变压器是是电力系统中重要电气设备之一，起到传递电能的作用，利用电磁感应的原理将某一电压的交流电变换成频率相同的另一电压交流电压的静止电器，基本构成为一次线圈、二次线圈和铁芯。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和变压器)等。按用途可以分为：电力变压器、整流变压器、电炉变压器、仪用变压器等。按照相数不同，变压器可分为单相变压器、三相变压器和多相变压器等。变压器数学模型的建立是进行运行特性分析、系统仿真、状态监测和故障诊断的基础与前提。单相变压器的数学模型通过适当的组合可以得到三相或多相变压器的数学模型。

目前，大部分变压器数学模型存在以下一个或多个问题：1)未考虑铁心损耗，不适用于变压器空载实验的空载特性分析及励磁支路参数测定；2)为考虑励磁支路参数(励磁电阻、励磁电抗)受一次绕组电压的影响问题，不适用于电网电压波动时的运行特性分析；3)数学模型参数一旦设置完毕，该模型仅能适用于作为降压或者升压的一种情况应用，通用性差；4)变压器作为独立的数学模型，未考虑负载特性，当与负载特性模型连接时，容易产生代数环问题，大大降低模型的精度与可靠性。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述问题，提供一种单机运行多种负载类型下的单相变压器数学模型集成系统，使之适用于变压器空载实验的空载特性分析及励磁支路参数测定、电网电压波动时的运行特性分析、升压与降压应用时的运行特性分析，同时，在各种负载类型下不产生代数环问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

1、未考虑铁心损耗的变压器建模

由未考虑铁心损耗的变压器动态T型等效电路，得到变压器电压方程与磁链方程如下：

式中，u₁为一次绕组的电压瞬时值；u₂为二次绕组电压瞬时值；ψ₁为一次绕组的磁链；ψ₂为二次绕组的磁链；L₁为一次侧自感且L₁＝L_1σ+L_m；L₂为二次侧自感且L₂＝L_2σ+L_m；p为微分算子，r₁为一次侧电阻；r₂为二次侧电阻；i₁为一次侧电流；i₂为二次侧电流；L_1σ为一次绕组的漏电感；L_2σ为一次绕组的漏电感；L_m为一次与二次绕组的互感；将式2)带入式1)，得到：

即

未考虑铁心损耗时，单相变压器数学模型的状态方程如下：

2、考虑铁心损耗的变压器建模