專利名稱：一種直流偏磁時勵磁電流仿真計算方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸變電領(lǐng)域，具體講涉及一種直流偏磁時勵磁電流仿真計算方法及其裝置。
背景技術(shù)：
當直流偏置干擾混入變壓器繞組端部的正弦工頻激勵時，變壓器的運行工況稱為直流偏磁工況或直流偏置工況。變壓器直流偏磁原理見附圖1。變壓器交流過勵磁情況下， 鐵心磁通密度增加，勵磁電流產(chǎn)生畸變。變壓器工作在磁化曲線非線性的區(qū)域，勵磁電流波形為尖頂波，且正負半波對稱，見附圖1勵磁電流曲線所示。變壓器在直流偏磁下，直流與交流磁通相疊加，與直流偏磁方向一致的半個周波的鐵心飽和程度增加，另外半個周波的飽和程度減小，對應的勵磁電流波形呈現(xiàn)正負半波不對稱的形狀。變壓器在直流偏磁工況運行不僅對其所在電網(wǎng)產(chǎn)生危害，嚴重時甚至可對變壓器本體造成永久性損壞。因此，深入快速地理解變壓器在直流偏磁工況下的勵磁電流波形和幅值，不僅對電網(wǎng)的安全運行，而且對變壓器的本體設(shè)計都有積極的作用?？紤]到便于實驗和數(shù)值仿真的實現(xiàn)，很多學者采用兩種仿真方法計算直流偏磁下勵磁電流1、將正弦電壓勵磁與直流源串聯(lián)施加在模型的勵磁線圈(串聯(lián)方式)，這種方式與直流輸電線路但極運行造成的變壓器直流偏磁情況更為一致，實現(xiàn)線路簡單，但是勵磁回路中的直流源需要經(jīng)受交流電流的作用，實驗不易進行。2、將正弦電壓勵磁和直流源分別獨立施加在模型的兩個勵磁線圈中(并聯(lián)方式)，這種方式易于實驗的進行，但是與變壓器發(fā)生直流偏磁時的工作狀況有所不同。無論串并聯(lián)方式，都需要在電網(wǎng)模型中建立交、直流混接模型，實現(xiàn)技術(shù)復雜。一些專業(yè)的數(shù)學仿真軟件甚至沒有磁場模型，即使建立交、直流混接的電網(wǎng)模型，也無法準確對直流偏磁下的變壓器磁通特性進行仿真。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有缺陷，本發(fā)明提供了一種直流偏磁時勵磁電流仿真計算方法及其裝置，快速計算給定直流偏磁下變壓器勵磁電流諧波特征，分析空投時直流偏磁對變壓器保護涌流閉鎖的影響，以及空投于故障變壓器時對變壓器保護動作的影響，防止保護元件的拒動或誤動，給輸變電系統(tǒng)帶來有利的影響。本發(fā)明提供的一種直流偏磁時勵磁電流仿真計算方法，其改進之處在于，所述計算方法包括以下步驟(1).參照目標電網(wǎng)搭建電網(wǎng)模型。其中變壓器各側(cè)直接接入正常交流電網(wǎng)，無須額外串聯(lián)或并聯(lián)直流源。(2).依據(jù)變壓器空載勵磁特性曲線，建立變壓器磁化電流曲線；所述變壓器空載勵磁特性曲線由廠家提供。(3).給定直流偏磁激勵電流Itl,修正變壓器磁化電流曲線；
(4).設(shè)定電網(wǎng)其他節(jié)點、支路參數(shù)，進行仿真計算；(5).根據(jù)仿真計算數(shù)據(jù)得到穩(wěn)態(tài)勵磁電流，計算其直流分量I'…利用〗'。返回步驟⑶再次修正變壓器磁化電流曲線，直到Γ ^ =レ。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選方案的計算方法，其改進之處在干，當Γ ^ = Ici吋，判斷 I2與KbI1大小，若I2 > IcxbXlI11，則進行涌流閉鎖動作，否則涌流閉鎖退出。本發(fā)明提供的第二優(yōu)選方案的計算方法，其改進之處在于，步驟C3)所述直流偏磁激勵電流Itl由用戶設(shè)定；根據(jù)直流偏磁電流Itl的極性選擇沿縱軸平移變壓器磁化電流曲線的方向，當Itl為正極性吋，沿縱軸向下平移變壓器磁化電流曲線，當Ici為負極性吋，沿縱軸向上平移變壓器磁化電流曲線；根據(jù)直流偏磁電流Itl的大小按比例選擇平移變壓器磁化電流曲線的步長。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選方案的計算方法，其改進之處在于，步驟(4)所述電網(wǎng)其他節(jié)點和支路參數(shù)設(shè)定是將變壓器模型放置目標電網(wǎng)模型中，根據(jù)目標電網(wǎng)正常運行時的參數(shù)設(shè)定。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選方案的計算方法，其改進之處在干，所述電流/是變壓器勵磁支路電流；所述電流I‘ ^是變壓器勵磁支路電流的直流分量；所述電流I2是變壓器勵磁支路電流的二次諧波含量；所述I1是變壓器勵磁支路電流的基波含量。本發(fā)明基于另一目的提供的根據(jù)上述計算方法的涌流閉鎖識別裝置，其改進之處在干，所述識別裝置包括依次連接的電網(wǎng)模型管理単元、變壓器磁化電流曲線設(shè)定単元、 電網(wǎng)仿真運算單元、電流采集計算單元、變壓器磁化電流曲線修正判別單元和諧波閉鎖判別單元。本發(fā)明提供的第一優(yōu)選方案的計算方法，其改進之處在干，所述電網(wǎng)模型管理單元，設(shè)定電網(wǎng)各節(jié)點、支路基本參數(shù)；所述變壓器磁化電流曲線設(shè)定単元，給定直流偏磁Itl初步設(shè)定變壓器磁化電流曲線；所述電網(wǎng)仿真運算單元，根據(jù)給定エ況輸出指定節(jié)點支路電壓、電流信號；所述電流采集計算單元，計算勵磁電流/中的直流分量Γ ^ ；所述變壓器磁化電流曲線修正判別單元，根據(jù)得出的Γ。和Itl之間的幅值關(guān)系做出是否再次修正勵磁電流曲線仿真計算的判斷；所述諧波閉鎖判別單元根據(jù)最終輸出的勵磁電流，計算是否滿足變壓器保護涌流閉鎖條件。本發(fā)明提供的較優(yōu)選方案的計算方法，其改進之處在于，所述電流采集計算單元包括獨立的電流采集模塊和電流計算模塊；所述電流采集模塊，用于采集勵磁電流ブ；所述電流計算模塊，用于計算勵磁電流ブ 的直流分量Γ 0Ο本發(fā)明提供的另ー優(yōu)選方案的計算方法，其改進之處在干，在所述諧波閉鎖判別単元中，若Ii2 >kxbx|ij，判斷為滿足涌流閉鎖條件；若Ii2 <kxbx|ij，判斷為不滿足涌流閉鎖條件。其中I2為勵磁電流二次諧波含量，I1為勵磁電流基波含量，kxb為二次諧波制動系數(shù)。其中二次諧波制動系數(shù)的范圍為0. 15-0. 2。本發(fā)明提供的再一優(yōu)選方案的計算方法，其改進之處在干，所述電網(wǎng)模型管理單元、變壓器磁化電流曲線設(shè)定單元、電網(wǎng)仿真運算單元、電流采集計算單元、變壓器磁化電流曲線修正判別單元和諧波閉鎖判別單元用計算機實現(xiàn)。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提供的一種直流偏磁時勵磁電流仿真計算方法和涌流閉鎖識別裝置，可以快速對給定直流偏磁下變壓器勵磁電流進行仿真計算，可以有效識別變壓器勵磁電流諧波特征，并據(jù)此分析直流偏磁下勵磁電流對變壓器保護的影響，防止保護元件的拒動或誤動， 給輸變電系統(tǒng)帶來有利的影響。本發(fā)明采用坐標軸相對平移方法并不改變B-H曲線傳變特性，據(jù)此可通過平移變壓器磁化電流B-H曲線來獲得期望的勵磁電流仿真計算。仿真中無需增加額外的直流源， 無需建立復雜的磁場模型，電網(wǎng)模型設(shè)計簡單，仿真計算實現(xiàn)快捷。


圖1為本發(fā)明提供的現(xiàn)有變壓器磁化電流曲線示意圖。圖2為發(fā)明提供的直流偏磁曲線和磁化電流曲線平移示意圖。虛線為原有曲線， 實線為平移后的曲線。圖3為發(fā)明提供的勵磁電流仿真計算流程。圖4為發(fā)明提供的涌流閉鎖判別裝置。圖5為發(fā)明提供的變壓器磁化電流曲線修正圖。圖6為發(fā)明提供的仿真計算得到的勵磁電流曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。圖1是直流偏磁下變壓器磁化電流曲線示意圖，為獲得直流偏磁下準確的勵磁電流數(shù)值，必須在電網(wǎng)模型中增加直流源、建立直流磁通模型。圖2時平移后的變壓器磁化電流曲線(實線)，正半軸易磁飽和，負半軸不易磁飽和?？梢娫诓辉黾又绷髟吹那闆r下，正常交流電源作用在修正后的變壓器磁化電流曲線上可以獲得相應帶直流偏移的勵磁電流，其幅值和相位與原有直流偏磁下的勵磁電流一致。如圖3所示，一種直流偏磁時勵磁電流仿真計算方法，包括以下步驟(1).參照目標電網(wǎng)搭建電網(wǎng)模型。(2).依據(jù)變壓器廠家提供的空載勵磁特性曲線，建立變壓器磁化電流曲線；見圖 5虛線；(3).給定直流偏磁激勵電流Itl,修正變壓器磁化電流曲線；見圖5實線；(4).正常設(shè)定電網(wǎng)其他節(jié)點、支路參數(shù)后，開始仿真運算；(5).根據(jù)仿真數(shù)據(jù)得到穩(wěn)態(tài)勵磁電流/，如圖6，并計算其直流分量I' ^，利用 I'。再次修正變壓器磁化電流曲線，直到Γ ^ = I。。本實施例中，先設(shè)定電網(wǎng)各節(jié)點和支路基本參數(shù)，并依據(jù)給定直流偏磁Itl初步設(shè)定變壓器磁化電流曲線；根據(jù)給定工況執(zhí)行仿真運算，輸出指定節(jié)點支路電壓、電流信號； 采集并計算勵磁電流/中的直流分量I' 0，若I' ^ # Ιο，繼續(xù)調(diào)整變壓器磁化電流曲線，直到I' ^ = Itl ；根據(jù)最終輸出的勵磁電流，計算是否滿足變壓器保護涌流閉鎖條件若II2>kxbX II1I,判斷為滿足涌流閉鎖條件；若I2 <kxbX|lJ，判斷為不滿足涌流閉鎖條件。 勵磁電流仿真計算及涌流閉鎖識別流程如附圖3所示。所述電流/是勵磁支路電流。ー種直流偏磁時勵磁電流仿真計算的涌流閉鎖識別裝置，如圖4所示，包括所述電網(wǎng)模型管理単元，設(shè)定電網(wǎng)各節(jié)點和支路基本參數(shù)；所述變壓器磁化電流曲線設(shè)定單元，給定直流偏磁Itl初步設(shè)定變壓器磁化電流曲線；所述電網(wǎng)仿真運算單元，根據(jù)給定エ況輸出指定節(jié)點支路電壓、電流信號；所述電流采集計算單元，計算勵磁電流/中的直流分量 I' O ；所述變壓器磁化電流曲線修正判別單元，根據(jù)得出的I'。和Ici之間的幅值關(guān)系做出是否再次修正勵磁電流曲線仿真計算的判斷；所述諧波閉鎖判別單元根據(jù)最終輸出的勵磁電流，計算是否滿足變壓器保護涌流閉鎖條件。若Ii2I > IcxbXlI1I,判斷為滿足涌流閉鎖條件，進行涌流閉鎖動作；若Ii2I <kxbx II1I,判斷為不滿足涌流閉鎖條件，涌流閉鎖退出。 其中I2為勵磁電流二次諧波含量，I1為勵磁電流基波含量，kxb為二次諧波制動系數(shù)。所述直流偏磁時勵磁電流仿真計算和涌流閉鎖識別裝置可利用計算機實現(xiàn)。需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實際應用，不應解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種直流偏磁時勵磁電流仿真計算方法，其特征在于，所述計算方法包括以下步驟(1).參照目標電網(wǎng)搭建電網(wǎng)模型；(2).依據(jù)變壓器空載勵磁特性曲線，建立變壓器磁化電流曲線；(3).給定直流偏磁激勵電流Itl，沿縱軸平移、修正變壓器磁化電流曲線；(4).設(shè)定電網(wǎng)其他節(jié)點、支路參數(shù)，進行仿真計算；(5).根據(jù)仿真計算數(shù)據(jù)得到穩(wěn)態(tài)勵磁電流/，計算其直流分量Γ。，利用Γ。返回步驟⑶再次修正變壓器磁化電流曲線，直到Γ ^ = I。。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，當Γ^ = Itl時，判斷I2與IixbI1大小，若II2I SkxbXlI1I,則進行涌流閉鎖動作，否則涌流閉鎖退出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，步驟C3)所述直流偏磁激勵電流Itl 由用戶設(shè)定；所述沿縱軸平移、修正變壓器磁化電流曲線包括根據(jù)所述直流偏磁電流Itl的極性選擇沿縱軸平移變壓器磁化電流曲線的方向，若Itl為正極性，沿縱軸向下平移變壓器磁化電流曲線，若Itl為負極性，沿縱軸向上平移變壓器磁化電流曲線；根據(jù)直流偏磁電流Itl的大小按比例選擇平移變壓器磁化電流曲線的步長。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，步驟(4)所述電網(wǎng)其他節(jié)點和支路參數(shù)設(shè)定是將變壓器模型放置目標電網(wǎng)模型中，根據(jù)目標電網(wǎng)正常運行時的參數(shù)設(shè)定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其特征在于，所述電流/是變壓器勵磁支路電流； 所述電流Γ ^是變壓器勵磁支路電流的直流分量；所述電流I2是變壓器勵磁支路電流的二次諧波含量；所述I1是變壓器勵磁支路電流的基波含量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述計算方法的涌流閉鎖識別裝置，其特征在于，所述識別裝置包括依次連接的電網(wǎng)模型管理單元、變壓器磁化電流曲線設(shè)定單元、電網(wǎng)仿真運算單元、電流采集計算單元、變壓器磁化電流曲線修正判別單元和諧波閉鎖判別單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的識別裝置，其特征在于，所述電網(wǎng)模型管理單元，設(shè)定電網(wǎng)各節(jié)點、支路基本參數(shù)；所述變壓器磁化電流曲線設(shè)定單元，給定直流偏磁Itl設(shè)定變壓器磁化電流曲線；所述電網(wǎng)仿真運算單元，根據(jù)給定工況輸出指定節(jié)點支路電壓、電流信號；所述電流采集計算單元，計算勵磁電流/中的直流分量Γ Q ；所述變壓器磁化電流曲線修正判別單元，根據(jù)得出的I'。和Itl之間的幅值關(guān)系做出是否再次修正勵磁電流曲線仿真計算的判斷；所述諧波閉鎖判別單元根據(jù)最終輸出的勵磁電流，計算是否滿足變壓器保護涌流閉鎖條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6、7任一所述的識別裝置，其特征在于，所述電流采集計算單元包括獨立的電流采集模塊和電流計算模塊；所述電流采集模塊，用于采集勵磁電流/ ;所述電流計算模塊，用于計算勵磁電流/的直流分量Γ。。
9.根據(jù)權(quán)利要求6、7任一所述的識別裝置，其特征在于，在所述諧波閉鎖判別單元中， 若I2 >kxbx II1I,判斷為滿足涌流閉鎖條件；若I2 < IixbXlI11，判斷為不滿足涌流閉鎖條件。其中I2為勵磁電流二次諧波含量，I1為勵磁電流基波含量，kxb為二次諧波制動系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9所述的識別裝置，其特征在干，所述電網(wǎng)模型管理単元、變壓器磁化電流曲線設(shè)定単元、電網(wǎng)仿真運算單元、電流采集計算單元、變壓器磁化電流曲線修正判別單元和諧波閉鎖判別単元用計算機實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種計及直流偏磁時勵磁電流仿真計算方法，所述計算方法包括參照目標電網(wǎng)搭建電網(wǎng)模型；跟據(jù)變壓器空載勵磁特性曲線，建立變壓器磁化電流曲線；給定直流偏磁激勵電流I0，修正變壓器磁化電流曲線；設(shè)定電網(wǎng)其他節(jié)點、支路參數(shù)后，進行仿真運算；根據(jù)仿真數(shù)據(jù)得到穩(wěn)態(tài)勵磁電流并計算其直流分量I′0，利用I′0再次修正變壓器磁化電流曲線，直到I′0＝I0。當I′0＝I0時，判斷I2與kxbI1大小，若|I2|＞kxb×|I1|，則進行涌流閉鎖動作。本發(fā)明可以快速對給定直流偏磁下變壓器勵磁電流進行仿真計算，可以有效識別變壓器勵磁電流諧波特征，并據(jù)此分析直流偏磁下勵磁電流對變壓器保護的影響，防止保護元件的拒動或誤動，給輸變電系統(tǒng)帶來有利的影響。
文檔編號H02H7/04GK102545156SQ20121000956
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月13日
發(fā)明者李巖軍, 杜丁香, 王興國, 班連庚, 鄭彬, 項祖濤 申請人:中國電力科學研究院