一种提取级联型隔离变压器寄生电容的方法技术

本发明专利技术属于高频变压器建模技术领域，尤其涉及一种提取级联型隔离变压器寄生电容的方法，包括：基于隔离变压器低频磁效应与高频电容效应来构建单个隔离变压器等效电路模型；将n个隔离变压器级联的模型等效为链式电路计算级联隔离变压器端口阻抗函数；根据零极点分析构建级联隔离变压器端口阻抗谐振频率与电路参数的关系式；用阻抗分析仪测试得到级联隔离变压器的端口开路阻抗谐振频率、级联隔离变压器在低频时输出端开路和短路的情况下的输入端阻抗，并分别计算励磁电感和漏磁电感，并计算隔离变压器的寄生电容。本发明专利技术无需内部结构数据即可方便有效地提取出变压器内部的寄生电容，有助于研究级联变压器二端口网络的宽频特性和寄生参数效应。

【技术实现步骤摘要】
一种提取级联型隔离变压器寄生电容的方法
本专利技术属于高频变压器建模
，尤其涉及一种提取级联型隔离变压器寄生电容的方法。
技术介绍
混合式高压直流断路器的供能系统由级联隔离变压器和取能磁环构成。高压直流断路器直接与数百千伏高电位相连，其供能系统面临高对地耐压绝缘的考验，出于高电位隔离的需求，将市电通过多个隔离变压器级联送至高电位的直流断路器，级联隔离变压器经过绝缘浇注和一体化封装后，只有第一个隔离变压器的输入端口和最后一个隔离变压器的输出端口与外部相连。供能回路电缆与断路器主支路和转移支路距离很近，回路之间的互感不能忽略，当断路器动作时，在几个ms之内关断几十千A的电流，根据可知，将在供能回路中感应出巨大的过电压。而且供能系统的负载直接与高压直流架空线路相连，极易在供能回路中引入雷击过电压和各种操作过电压。为了分析供能系统在过电压情况下的可靠性，需建立一个能够准确反映级联隔离变压器宽频特性的模型。目前，针对单个变压器，基于外部测量的寄生电容提取方法较为成熟，但是尚没有关于多个变压器级联的二端口网络外特性分析和寄生电容提取方法研究。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提出了一种提取级联型隔离变压器寄生电容的方法，包括：步骤1、基于隔离变压器低频磁效应与高频电容效应来构建单个隔离变压器等效电路模型；步骤2、将n个隔离变压器级联的模型等效为链式电路，根据链式电路传输矩阵计算级联隔离变压器端口阻抗函数；步骤3、根据级联隔离变压器端口阻抗函数的零极点分析，构建级联隔离变压器端口阻抗谐振频率与单个隔离变压器电路参数的关系式；步骤4、用阻抗分析仪测试得到级联隔离变压器的端口开路阻抗曲线，获取端口开路阻抗谐振频率；步骤5、用阻抗分析仪测试得到级联隔离变压器在低频时输出端开路和短路的情况下的输入端阻抗，并分别计算得到隔离变压器的励磁电感和漏磁电感；步骤6、依据端口开路阻抗谐振频率、励磁电感和漏磁电感计算隔离变压器的寄生电容。所述单个隔离变压器等效电路模型包括：绕组的励磁电感Lm，绕组的漏感Ls，归算到一次侧的绕组电阻Rs，隔离变压器的磁芯损耗等效电阻Rm，绕组匝间的自电容C1，一次侧绕组与二次侧绕组之间的互电容C2。所述级联隔离变压器端口阻抗函数包括：其中，Zoc为级联隔离变压器输出端开路时输入端阻抗，Zc为每个隔离变压器的特性阻抗，Z0为单个隔离变压器的开路阻抗，Zk为单个隔离变压器的短路阻抗，N为级联隔离变压器所包含的单个隔离变压器数量，j为虚数单位，Γ为每个隔离变压器的传播系数。所述级联隔离变压器端口阻抗谐振频率与单个隔离变压器电路参数的关系式包括：ωn＝2πfn其中，ωn+1为第n+1个并联点频率对应的角速度，ωn为第n个串联谐振点频率对应的角速度，中间变量L1＝2Lm，中间变量L2＝Ls，fn为第n个并联或串联谐振点，n为隔离变压器的序号，N为级联隔离变压器所包含的单个隔离变压器数量。所述低频时输出端开路的情况下的输入端阻抗Zo表达式为：所述低频时输出端短路的情况下的输入端阻抗Zs表达式为：Zs＝N(jωLs+Rs)ω为角频率。本专利技术的有益效果在于：本专利技术仅仅通过对n个级联变压器二端口网络的外部测试，无需内部结构数据即可方便有效地提取出单个隔离变压器内部的寄生电容，有助于研究级联变压器二端口网络的宽频特性和寄生参数效应。附图说明图1是单个隔离变压器的等效模型示意图图2是级联型隔离变压器的等效模型示意图图3是5个级联变压器二端口网络的阻抗函数曲线图具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。隔离变压器变比为1：1，原副边绕组均匀地密绕在环形磁芯上，可以将单个变压器模型视为左右、上下均对称的等效电路，如图1所示；在级联隔离变压器内部，变压器与变压器之间的距离足够远，相互之间的互感可以忽略不计，因此n个变压器级联的模型即为n个图1的模型直接相连，形成一个链式电路，如图2所示，提取该模型参数即需要提取其单个隔离变压器的参数。构建如图1所示的隔离变压器电路模型,该模型考虑了隔离变压器低频磁效应与高频电容效应,可以反映隔离变压器的宽频特性,其中各参数含义为：Lm为绕组的励磁电感,Ls为绕组的漏感,Rs为归算到一次侧的绕组电阻。Rm为隔离变压器的磁芯损耗等效电阻,C1为绕组匝间的自电容,C2为一次侧绕组与二次侧绕组之间的互电容。本实施例通过对图2所示的级联型隔离变压器的端口阻抗测试，实现了图1所示的单个隔离变压器的电容的提取。具体方法如下：步骤1:计算级联隔离变压器端口阻抗谐振频率与单个隔离变压器电路参数的关系。①将级联隔离变压器模型等效为链式电路，根据链式电路传输矩阵，计算级联隔离变压器端口阻抗函数。对于N个相同的对称电路级联形成的二端口链式电路，输出端开路时输入端阻抗为其中，Z0是子单元电路的开路阻抗，Zk是子单元电路的短路阻抗。②根据对端口阻抗函数的零极点分析，得到端口阻抗谐振频率与单个隔离变压器电路参数的关系。开路输入阻抗的并联谐振点即开路阻抗函数的极点，开路输入阻抗的串联谐振点即开路阻抗函数的零点，则考虑到电阻几乎不影响变压器的谐振频率,因此忽略阻尼的情况下,图2二端口网络的开路阻抗谐振频率与图1单个变压器电路参数有如下关系：ωn＝2πfnfn是第n个并联/串联谐振点频率由于变压器中只有两个待求电容参数，只需取前两个谐振点即可，即第一个并联谐振点和第一个串联谐振点。根据式(6)可得，当n＝1或n＝N时，有故当n＝1时，有ω1p2L1C1-1＝0(9)根据式(7)可得，当n＝1时，有ω1p是第1个并联谐振点,ω1s是第1个串联谐振点5个级联隔离变压器二端口网络的开路和短路阻抗谐振情况如图3所示，曲线中峰值处为并联谐振点，谷值处为串联谐振点。步骤2：获取级联隔离变压器的端口开路阻抗谐振频率。将级联隔离变压器二端口网络的输出端开路，用阻抗分析仪测量输入端的阻抗，将扫频的范围设置为阻抗分析仪的下限和上限。获取其谐振点频率。步骤3：计算励磁电感Lm和漏磁电感Ls。①将级联隔离变压器输出端开路，用阻抗分析仪测试低频情况下的输入端阻抗Zo，将扫频的范围设置为50Hz-100Hz。依据输入端阻抗Zo计算隔离变压器的励磁电感Lm。输入端阻抗Zo的表达式为：②将级联隔离变压器输出端短路，用阻抗分析仪测试低频情况下的输入端阻抗Zs，将扫频的范围设置为50Hz-100Hz。依据输入端阻抗Zs计算隔离变压器的漏磁电感Ls。输入端阻抗Zs的表达式为：Zs＝N(jωLs+Rs)(12)其中n为级联隔离变压器的数目，ω为角频率。步骤4：依据开路阻抗谐振频率、励磁电感Lm和漏感Ls计算所述隔离变压器的寄生电容。本实施例中寄生电容包括绕组的自电容C1以及一次侧绕组与二次侧绕组间的互电容C2,依据式(9)、(10)计算得到上述电容参数。本实施例中针对±500kV高压直流断路器供能系统用的5级级联隔离变压器进行说明，取阻抗分析仪测量得到第1个并联谐振频率和第1个串联谐振频率。依据公式(8)、(9)即可得到电容C1和C2的值。此实施例仅为本专利技术较佳的具体实施方式，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提取级联型隔离变压器寄生电容的方法，其特征在于，包括：步骤1、基于隔离变压器低频磁效应与高频电容效应来构建单个隔离变压器等效电路模型；步骤2、将n个隔离变压器级联的模型等效为链式电路，根据链式电路传输矩阵计算级联隔离变压器端口阻抗函数；步骤3、根据级联隔离变压器端口阻抗函数的零极点分析，构建级联隔离变压器端口阻抗谐振频率与单个隔离变压器电路参数的关系式；步骤4、用阻抗分析仪测试得到级联隔离变压器的端口开路阻抗曲线，获取端口开路阻抗谐振频率；步骤5、用阻抗分析仪测试得到级联隔离变压器在低频时输出端开路和短路的情况下的输入端阻抗，并分别计算得到隔离变压器的励磁电感和漏磁电感；步骤6、依据端口开路阻抗谐振频率、励磁电感和漏磁电感计算隔离变压器的寄生电容。

【技术特征摘要】
1.一种提取级联型隔离变压器寄生电容的方法，其特征在于，包括：步骤1、基于隔离变压器低频磁效应与高频电容效应来构建单个隔离变压器等效电路模型；步骤2、将n个隔离变压器级联的模型等效为链式电路，根据链式电路传输矩阵计算级联隔离变压器端口阻抗函数；步骤3、根据级联隔离变压器端口阻抗函数的零极点分析，构建级联隔离变压器端口阻抗谐振频率与单个隔离变压器电路参数的关系式；步骤4、用阻抗分析仪测试得到级联隔离变压器的端口开路阻抗曲线，获取端口开路阻抗谐振频率；步骤5、用阻抗分析仪测试得到级联隔离变压器在低频时输出端开路和短路的情况下的输入端阻抗，并分别计算得到隔离变压器的励磁电感和漏磁电感；步骤6、依据端口开路阻抗谐振频率、励磁电感和漏磁电感计算隔离变压器的寄生电容。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述单个隔离变压器等效电路模型包括：绕组的励磁电感Lm，绕组的漏感Ls，归算到一次侧的绕组电阻Rs，隔离变压器的磁芯损耗等效电阻Rm，绕组匝间的自电容C1，一次侧绕组与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李盈，崔翔，齐磊，东野忠昊，李鸿达，刘远，
申请(专利权)人：华北电力大学，全球能源互联网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11