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
技術領域：
本發明屬于輸變電領域，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：
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，勵磁電流產生畸變。變壓器工作在磁化曲線非線性的區域，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產生危害，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，不僅對電網的安全運行，而且對變壓器的本體設計都有積極的作用?？紤]到便于實驗和數值仿真的實現，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施加在模型的勵磁線圈(串聯方式)，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，實現線路簡單，但是勵磁回路中的直流源需要經受交流電流的作用，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(并聯方式)，這種方式易于實驗的進行，但是與變壓器發生直流偏磁時的工作狀況有所不同。無論串并聯方式，都需要在電網模型中建立交、直流混接模型，實現技術復雜。一些專業的數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。

發明內容
為克服現有缺陷，本發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，給輸變電系統帶來有利的影響。本發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).參照目標電網搭建電網模型。其中變壓器各側直接接入正常交流電網，無須額外串聯或并聯直流源。(2).依據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).設定電網其他節點、支路參數，進行仿真計算；(5).根據仿真計算數據得到穩態勵磁電流，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。本發明提供的第一優選方案的計算方法，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。本發明提供的第二優選方案的計算方法，其改進之處在于，步驟C3)所述直流偏磁激勵電流Itl由用戶設定；根據直流偏磁電流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。本發明提供的第三優選方案的計算方法，其改進之處在于，步驟(4)所述電網其他節點和支路參數設定是將變壓器模型放置目標電網模型中，根據目標電網正常運行時的參數設定。本發明提供的第四優選方案的計算方法，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。本發明基于另一目的提供的根據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模型管理単元、變壓器磁化電流曲線設定単元、 電網仿真運算單元、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。本發明提供的第一優選方案的計算方法，其改進之處在干，所述電網模型管理單元，設定電網各節點、支路基本參數；所述變壓器磁化電流曲線設定単元，給定直流偏磁Itl初步設定變壓器磁化電流曲線；所述電網仿真運算單元，根據給定エ況輸出指定節點支路電壓、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，根據得出的Γ。和Itl之間的幅值關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。本發明提供的較優選方案的計算方法，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本發明提供的另ー優選方案的計算方法，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。其中二次諧波制動系數的范圍為0. 15-0. 2。本發明提供的再一優選方案的計算方法，其改進之處在干，所述電網模型管理單元、變壓器磁化電流曲線設定單元、電網仿真運算單元、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。與現有技術比，本發明的有益效果為本發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， 給輸變電系統帶來有利的影響。本發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，電網模型設計簡單，仿真計算實現快捷。


圖1為本發明提供的現有變壓器磁化電流曲線示意圖。圖2為發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為發明提供的勵磁電流仿真計算流程。圖4為發明提供的涌流閉鎖判別裝置。圖5為發明提供的變壓器磁化電流曲線修正圖。圖6為發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合附圖對本發明的具體實施方式
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值，必須在電網模型中增加直流源、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).參照目標電網搭建電網模型。(2).依據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).正常設定電網其他節點、支路參數后，開始仿真運算；(5).根據仿真數據得到穩態勵磁電流/，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，先設定電網各節點和支路基本參數，并依據給定直流偏磁Itl初步設定變壓器磁化電流曲線；根據給定工況執行仿真運算，輸出指定節點支路電壓、電流信號； 采集并計算勵磁電流/中的直流分量I' 0，若I' ^ # Ιο，繼續調整變壓器磁化電流曲線，直到I' ^ = Itl ；根據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，包括所述電網模型管理単元，設定電網各節點和支路基本參數；所述變壓器磁化電流曲線設定單元，給定直流偏磁Itl初步設定變壓器磁化電流曲線；所述電網仿真運算單元，根據給定エ況輸出指定節點支路電壓、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，根據得出的I'。和Ici之間的幅值關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。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。需要聲明的是，本發明內容及具體實施方式
意在證明本發明所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本發明保護范圍的限定。本領域技術人員在本發明的精神和原理啟發下，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。
權利要求
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).參照目標電網搭建電網模型；(2).依據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).設定電網其他節點、支路參數，進行仿真計算；(5).根據仿真計算數據得到穩態勵磁電流/，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.根據權利要求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.根據權利要求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 由用戶設定；所述沿縱軸平移、修正變壓器磁化電流曲線包括根據所述直流偏磁電流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.根據權利要求1所述的計算方法，其特征在于，步驟(4)所述電網其他節點和支路參數設定是將變壓器模型放置目標電網模型中，根據目標電網正常運行時的參數設定。
5.根據權利要求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.根據權利要求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模型管理單元、變壓器磁化電流曲線設定單元、電網仿真運算單元、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.根據權利要求6所述的識別裝置，其特征在于，所述電網模型管理單元，設定電網各節點、支路基本參數；所述變壓器磁化電流曲線設定單元，給定直流偏磁Itl設定變壓器磁化電流曲線；所述電網仿真運算單元，根據給定工況輸出指定節點支路電壓、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，根據得出的I'。和Itl之間的幅值關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.根據權利要求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.根據權利要求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。
10.根據權利要求6-9所述的識別裝置，其特征在干，所述電網模型管理単元、變壓器磁化電流曲線設定単元、電網仿真運算單元、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。
全文摘要
本發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搭建電網模型；跟據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；設定電網其他節點、支路參數后，進行仿真運算；根據仿真數據得到穩態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 優先權日2012年1月13日
發明者李巖軍, 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