一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法技术

本发明专利技术是一种变压器交直流混杂运行励磁状态‑构件损耗映射方法，其特点是，包括直流扰动电磁耦合计算、构件涡流损耗和励磁电流辨识等步骤，能够通过励磁电流辨识表征铁芯励磁饱和状态，计算金属拉板构件的涡流损耗，归纳其规律和对应关系。利用曲线拟合的方法构建励磁电流、负载率与构件的损耗的数学模型。对于不同类型的单相变压器或三相组式变压器构件损耗，通过修正损耗模型参数，即可有效解决金属构件损耗信息获取难度较大的问题，具有科学合理，真实有效，实用价值高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法
本专利技术是一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，应用于电力变压器金属构件损耗及局部过热问题分析。
技术介绍
高压直流输电单极大地回路运行、地球磁暴和大量的非线性元件(如整流器等)运行时均可能产生直流分量，从而在交流电网中形成了交直流混杂的特殊环境，造成变压器等电磁设备偏磁运行。变压器在直流扰动下会出现励磁饱和、电流畸变、振动噪声、局部过热等异常或故障。其中，交直流混杂运行产生的局部损耗与温升是备受关注的研究内容。变压器拉板等金属构件位于铁心与绕组之间，正常运行时漏磁主要集中于铁心与绕组间隙，导致拉板涡流密集，由于拉板散热条件差，易出现局部过热问题。变压器交直流混杂运行时，铁心励磁饱和程度加深，漏磁增大，进而导致拉板损耗剧增，温升异常等难以监测的效应。目前国内外已对变压器损耗问题做了大量研究，但是未考虑变压器在交直流混杂模式下励磁饱和状态与金属构件损耗的变化情况及对应关系。因此开展变压器交直流混杂运行时励磁状态与构件损耗研究具有重要的实际价值和指导意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决变压器交直流混杂模式下金属构件损耗难以监测的技术难题，提出变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，它基于变压器电磁耦合原理求解交直流混杂状态方程，通过励磁电流辨识表征铁心励磁饱和状态，计算金属拉板构件的涡流损耗，归纳其规律和对应关系；并利用曲线拟合的方法构建励磁电流、负载率与构件的损耗的数学模型。本专利技术的目的是由以下技术方案来实现的：一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，其特征是，它包括以下步骤：1)直流扰动电磁耦合计算变压器交直流混杂模式电磁耦合状态方程为：式中，X(t)为系统状态变量，包含绕组电流列向量i和动态电感矩阵LD，U(t)为系统输入变量，包括交流电压激励与直流扰动电流列向量，Y(t)为输出变量，主要为时域励磁电流列向量，Q(t)、R(t)、S(t)、T(t)为系数矩阵，变压器状态方程可以通过磁场-电路耦合的方式进行求解，建立非线性磁场模型，铁心-绕组励磁单元为非涡流区，磁场计算方程为：式中，表示矢量旋度运算，μ为磁导率，A为矢量磁位，Js为激励电流密度，对式(2)应用格林定理，得伽辽金加权余量方程：式中，Mm、Mn分别为权函数和棱边矢量基函数，Mm与Mn相同，An为单元标量磁位，m、n为序列通项编号，V为体积分变量，将加权余量方程离散形成代数方程组，求解可得所有A，进而计算B、H场量；根据能量平衡的原理，由系统能量计算动态电感矩阵，当线圈电流增量为dij时，将电磁系统总能量与动态电感和电流关联，得到系统能量计算动态电感，式中，dW1为电路能量增量，dW2为磁场能量增量，j、k为绕组编号，dB为di引起的磁感应强度变化量，dH为di引起的磁场强度变化量；由能量平衡原理，联立式(4)方程即可计算LD；将动态电感引入电路模型，以单相双绕组变压器为例，构建直流扰动时域电路微分方程：式中：u1为原边绕组电压、u2为副边绕组电压，i1、i2为绕组电流，L1、L2为动态电感矩阵中的自感元素，M为互感元素，r1、r2为绕组电阻，UDC表示直流电压源，该电路模型采用高阶数值迭代方法进行求解，可由tk时刻的绕组电流ik计算tk+1时刻的ik+1；通过计算时域电流与动态电感两个关键状态变量即可实现直流扰动状态方程的求解；2)构件涡流损耗拉板构件单元为涡流区，磁场计算方程为：式中γ为电导率，表示标量电位；对式(6)应用格林定理，得伽辽金加权余量方程：涡流区：式中，Mn’为节点标量基函数，n’为序列通项编号；基于磁场计算结果，获取涡流区单元的电流密度Jt，则拉板的涡流损耗为：式中，e为拉板单元编号，ne为单元数；3)励磁电流辨识结合直流扰动电路结构，构建单相变压器T型电路，基于式(4)推导电路方程：式中，uR表示绕组电阻电势，u0与ue分别漏磁通电势和励磁电势；当原、副边绕组电流归算后，励磁电流ie可由下式进行辨识：本专利技术的一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，基于励磁电流辨识和实际量测信息，通过构建金属构件损耗的数学模型即可进行单相变压器或三相组式变压器在交直流混杂运行模式中构件损耗的计算与分析。虽然不同类型的单相变压器在直流扰动下产生的构件损耗数值迥异，但其变化规律基本一致，因此可对损耗模型参数进行修正，从而有效的解决了金属构件损耗信息获取难度较大的问题，具有科学合理，真实有效，实用价值高等优点。附图说明图1是仿真模型拉板关键点编号；图2是实验接线图；图3是空载运行时α＝0的实验与仿真电流结果图；图4是空载运行时α＝0.5的实验与仿真电流结果图；图5是空载运行时α＝1的实验与仿真电流结果图；图6是负载运行励磁电流仿真结果图；图7是负载运行励磁电流实验结果图；图8是空载运行iem与α关系曲线图；图9是空载运行Qm与α关系曲线图；图10是满载运行iem与α关系曲线图；图11是满载运行Qm与α关系曲线图；图12是β2与α、η对应关系图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的方法作进一步描述：本专利技术的一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，包括以下步骤：1)直流扰动电磁耦合计算变压器交直流混杂模式电磁耦合状态方程为：式中，X(t)为系统状态变量，包含绕组电流列向量i和动态电感矩阵LD，U(t)为系统输入变量，包括交流电压激励与直流扰动电流列向量，Y(t)为输出变量，主要为时域励磁电流列向量，Q(t)、R(t)、S(t)、T(t)为系数矩阵，变压器状态方程可以通过磁场-电路耦合的方式进行求解，建立非线性磁场模型，铁芯-绕组励磁单元为非涡流区，磁场计算方程为：式中，表示矢量旋度运算，μ为磁导率，A为矢量磁位，Js为激励电流密度，对式(2)应用格林定理，得伽辽金加权余量方程：式中，Mm、Mn分别为权函数和棱边矢量基函数，Mm与Mn相同，An为单元标量磁位，m、n为序列通项编号，V为体积分变量，将加权余量方程离散形成代数方程组，求解可得所有A，进而计算B、H场量；根据能量平衡的原理，由系统能量计算动态电感矩阵，当线圈电流增量为dij时，将电磁系统总能量与动态电感和电流关联，得到系统能量计算动态电感，式中，dW1为电路能量增量，dW2为磁场能量增量，j、k为绕组编号，dB为di引起的磁感应强度变化量，dH为di引起的磁场强度变化量；由能量平衡原理，联立式(4)方程即可计算LD；将动态电感引入电路模型，以单相双绕组变压器为例，构建直流扰动时域电路微分方程：式中：u1为原边绕组电压、u2为副边绕组电压，i1、i2为绕组电流，L1、L2为动态电感矩阵中的自感元素，M为互感元素，r1、r2为绕组电阻，UDC表示直流电压源，该电路模型采用高阶数值迭代方法进行求解，可由tk时刻的绕组电流ik计算tk+1时刻的ik+1；通过计算时域电流与动态电感两个关键状态变量即可实现直流扰动状态方程的求解；2)构件涡流损耗拉板构件单元为涡流区，磁场计算方程为：式中γ为电导率，表示标量电位；对式(6)应用格林定理，得伽辽金加权余量方程：涡流区：式中，Mn’为节点标量基函数，n’为序列通项编号；基于磁场计算结果，获取涡流区单元的电流密度Jt，则拉板的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种变压器交直流混杂运行励磁状态‑构件损耗映射方法，其特征是，它包括以下步骤：1)直流扰动电磁耦合计算变压器交直流混杂模式电磁耦合状态方程为：

【技术特征摘要】
1.一种变压器交直流混杂运行励磁状态-构件损耗映射方法，其特征是，它包括以下步骤：1)直流扰动电磁耦合计算变压器交直流混杂模式电磁耦合状态方程为：式中，X(t)为系统状态变量，包含绕组电流列向量i和动态电感矩阵LD，U(t)为系统输入变量，包括交流电压激励与直流扰动电流列向量，Y(t)为输出变量，主要为时域励磁电流列向量，Q(t)、R(t)、S(t)、T(t)为系数矩阵，变压器状态方程可以通过磁场-电路耦合的方式进行求解，建立非线性磁场模型，铁芯-绕组励磁单元为非涡流区，磁场计算方程为：式中，“▽×”表示矢量旋度运算，μ为磁导率，A为矢量磁位，Js为激励电流密度，对式(2)应用格林定理，得伽辽金加权余量方程：式中，Mm、Mn分别为权函数和棱边矢量基函数，Mm与Mn相同，An为单元标量磁位，m、n为序列通项编号，V为体积分变量，将加权余量方程离散形成代数方程组，求解可得所有A，进而计算B、H场量；根据能量平衡的原理，由系统能量计算动态电感矩阵，当线圈电流增量为dij时，将电磁系统总能量与动态电感和电流关联，得到系统能量计算动态电感，式中，dW1为电路能量增量，dW2为磁场能量增量，j、k为绕组编号，dB为...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘超，王格万，米俭，蔡国伟，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22