[发明专利]一种变压器宽频导纳模型及建立方法

说明书

本发明公开一种变压器宽频导纳模型及建立方法，模型包括宽频导纳Y_A、Y_B和Y_C及其等效电路。方法步骤为：1)获取Y_A、Y_B和Y_C及离散频率数据点；2)利用有理函数分式和的表达式逼近宽频导纳的频率响应特性；3)利用中心差分法将连续性频率响应状态方程组变换为表征变压器宽频导纳模型的离散状态方程组；4)在ATP‑EMTP基于Type‑94元件仿真建立宽频导纳Y_A和Y_B的等效模型，宽频导纳Y_C由ATP‑EMTP中建立的Cauer等效电路仿真表示，进而建立变压器宽频导纳模型的等效电路，表征变压器的高频暂态特性。本发明仅需要端口测试就可获取全部参数，不需要变压器内部的详细参数，并且不需要进行无源性修正就可稳定运行。

技术领域

本发明涉及变压器模型建立领域，具体是一种变压器宽频导纳模型及建立方法。

背景技术

变压器作为电力系统中最重要的设备之一，它的电磁暂态特性对于整个电力系统的仿真研究至关重要。变压器的高频暂态特性受其外形和安装拓扑结构的影响，由于绕组、油箱和铁芯等组件的电感效应和电容效应的影响，变压器的传输特性会随频率发生变化，主要的特征是存在多个谐振点。在电力系统的快速电磁暂态分析中，建立精确的变压器高频模型非常重要。固态变压器是智能电网中主动调节电压和电流的关键设备，其瞬态研究和设计策略具有重要意义，其中高频变压器的电容、漏感等参数的配置，在很大程度上决定了固态变压器的动态和稳态性能。而全面掌握固态变压器的运行状态，对可再生能源系统的设计和控制策略具有重要意义。

变压器宽频电磁暂态模型从建模方法上可分为三种模型白盒模型、黑盒模型和灰盒模型。白盒模型多基于有限元计算，通过求解复杂的电磁场问题计算得到一个可以准确描述变压器宽频特性的集总参数网络，但参数难以获取。黑盒模型是将变压器视为一个黑盒，其参数可以通过扫频测量变压器的端口特性获得。灰盒模型是一种改进的白盒模型，它的电路结构是与白盒模型一样的集总参数网络，但它的模型参数通过扫频测量变压器的端口特性获得。

现有技术中存在很多变压器高频模型，但变压器高频模型仍然存在着一些的缺陷和限制，如模型的参数难以确定以及模型难以在电磁暂态仿真软件中实现等问题。这使得这些高频变压器模型难以应用于精确的快速电磁暂态分析中，包括变压器与系统的相互作用以及变压器绕组间过电压的传递等仿真研究。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种变压器宽频导纳模型的建立方法，主要包括以下步骤：

1)搭建由宽频导纳Y_A、宽频导纳Y_B和宽频导纳Y_C构成的π型宽频导纳电路模型；

2)确定π型宽频导纳等效模型中宽频导纳Y_A、宽频导纳Y_B和宽频导纳Y_C的离散频率数据点，主要步骤如下：

2.1)测量变压器端口S参数矩阵，S参数矩阵的表达式为：

式中，S参数矩阵用于描述变压器输入信号和输出信号的关系。a、b分别表示入射散射变量和反射散射变量。V_j表示电压。I_j为电流。j＝1表示变压器一次侧。j＝2表示变压器二次侧。Z_j表示参考阻抗。

2.2)对S参数矩阵进行变换，得到Y参数矩阵，即：