本发明专利技术涉及一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法和系统，方法包括：获取高铁牵引变压器高压侧和低压侧绕组的电压电流基波信号；根据变压器高压侧和低压侧绕组的电压之差以及高压侧和低压侧绕组的电流之和构建椭圆方程；构建在工频下牵引变压器的简化等效电路，得到椭圆方程系数的若干约束条件；基于椭圆方程的椭圆参数，以及得到的若干约束条件，计算获取高铁牵引变压器的短路阻抗的电抗分量和电阻分量。与现有技术相比，本发明专利技术利用变压器高压侧和低压侧绕组的电压电流信号计算得到高铁牵引变压器短路阻抗，计算精度较高，可在线进行计算，可用于牵引变压器的在线状态监测和故障诊断。和故障诊断。和故障诊断。
【技术实现步骤摘要】
一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法和装置
[0001]本专利技术涉及变压器参数辨识
，尤其是涉及一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法和装置。
技术介绍
[0002]随着大功率变流技术的快速发展，高铁中普遍采用交
‑
直
‑
交方式的交流传动牵引系统来提供动力。高铁的交流传动牵引系统主要由受电弓、牵引变压器、牵引整流器、牵引逆变器、牵引电机等组成。牵引变压器是交流传动牵引系统的核心设备之一，负责将牵引电网25kV高压电降压为后级的变流器可以承受的1～2kV低压电。相比于静态运行的普通电力变压器，牵引变压器长期工作在大温/湿差、强振动、网压波动、高次谐波、频繁启动和制动和频繁负载变化等恶劣工况下。长期的负面作用累积可能会使得变压器出现潜伏性故障，在一定条件下可能演变为故障。故障会使变压器发热增大、温度升高，降低绝缘性能，严重时有着火危险。因此，在线实时监测牵引变压器的工作状态对高铁的安全可靠运行具有着重要意义。由于受到外形尺寸与轴重的严格限制，牵引变压器无法如普通电力变压器一样大量加装监测装置，从而导致对牵引变压器的在线监测比普通电力变压器更为困难。
[0003]短路阻抗是指在额定频率和参考温度下，变压器的一对绕组中、某一绕组的端子之间的等效串联阻抗，包含电抗分量和电阻分量。其中，电抗分量受变压器部件的相对位置和几何尺寸等因素所影响，主要反映绕组、铁心等部件的结构改变；电阻分量受绕组回路的状态所影响，主要反映绕组匝、层间短路和绕组断路等。短路阻抗的变化程度作为变压器的一项关键性指标，长期用于变压器状态评估和故障诊断中。
[0004]传统的牵引变压器短路阻抗测量方法，必须在变压器投入运行前，接入幅值可调的大容量低压可调电源进行测量。该方法具有较高的准确度，但存在耗时长、需停电、无法及时发现故障等不足。其它的牵引变压器状态监测和故障诊断方法，包括油中溶解气体分析和油质分析等化学方法，绕组直流电阻测试、绕组变比测试等电气类试验，目前共同存在着无法进行在线监测的缺点。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法和装置。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法，包括以下步骤：
[0008]获取高铁牵引变压器高压侧和低压侧绕组的电压电流基波信号；
[0009]根据变压器高压侧和低压侧绕组的电压之差以及高压侧和低压侧绕组的电流之和构建椭圆方程；
[0010]构建在工频下牵引变压器的简化等效电路，得到所述椭圆方程系数的若干约束条件；
[0011]基于所述椭圆方程的椭圆参数，以及得到的若干约束条件，计算获取高铁牵引变压器的短路阻抗的电抗分量和电阻分量。
[0012]进一步地，提取电压电流基波信号过程具体为：
[0013]提取至少一个周期的高铁牵引变压器高压侧和低压侧的电压电流信号的基波，并将低压侧的电压和电流归算至高压侧，构建变压器的端口电压与电流表达式。
[0014]进一步地，所述将低压侧的电压和电流归算至高压侧的处理表达式包括：
[0015]U2＝U
20
*K,I2＝I
20
/K
[0016]式中，K为变压器的变比；U
20
,I
20
分别是低压绕组1端电压和端电流的幅值；U2,I2分别是归算至高压侧后的低压绕组1端电压和端电流的幅值。
[0017]进一步地，构建的所述变压器的端口电压与电流表达式为：
[0018]y＝u1‑
u2＝U1sin(ωt+α1)
‑
U2sin(ωt+α2)
[0019]x＝i1+i2＝I1sin(ωt+β1)+I2sin(ωt+β2)
[0020]式中，y为变压器高压侧和低压侧绕组的电压之差，u1为变压器高压侧绕组的电压，u2为变压器低压侧绕组的电压，i1为变压器高压侧绕组的电流，i2为变压器低压侧绕组的电流，U1、U2分别是高压绕组支路端电压和归算至高压侧后的低压绕组端电压的幅值，I1、I2分别是高压绕组支路电流和归算至高压侧后的低压绕组电流的幅值，ω为牵引电网的角频率；α1、α2分别是高压绕组支路端电压和低压绕组端电压的初始相位，β1、β2分别是高压绕组支路电流和低压绕组电流的初始相位。
[0021]进一步地，构建的所述椭圆方程的表达式为：
[0022]Ax2+Bxy+Cy2+D＝0
[0023]其中，A、B、C、D是椭圆方程的系数：
[0024][0025]#
[0026][0027]C＝1
[0028]D＝
‑
[U2sin(α2‑
k2)
‑
U1sin(α1‑
k2)]2。
[0029]进一步地，通过忽略励磁电流的影响，构建在工频下牵引变压器的简化等效电路，得到所述椭圆方程系数的若干约束条件包括：
[0030]k1＝2I2,k2＝0
[0031]U1cosα1＝I2(R
k
+R
L
),U1sinα1＝I2(X
k
+X
L
)
[0032]U2cosα2＝I2R
L
,U2sinα2＝I2X
L
[0033]式中，R
k
、X
k
分别是变压器短路阻抗的电阻分量和电抗分量，R
L
、X
L
分别是变压器后接负载的电阻分量和电抗分量。
[0034]进一步地，所述椭圆方程的椭圆参数包括椭圆倾角θ、椭圆半长轴a和椭圆半短轴b；
[0035]基于所述椭圆方程的椭圆参数，以及得到的若干约束条件，得到的所述高铁牵引变压器的短路阻抗的电抗分量X
k
的计算表达式为：
[0036][0037]式中，X
k
为短路阻抗的电抗分量。
[0038]进一步地，所述短路阻抗的电抗分量X
k
的计算表达式中，归算至高压侧后的低压绕组1端电流的幅值I2的值为0.5*(I1+I2)。
[0039]进一步地，所述短路阻抗的电阻分量的计算过程为：
[0040]构建短路阻抗的电阻分量R
k
的一元二次方程的计算公式，求解得到两个解，舍弃其中数量级远大于R
k
的无意义解，剩下的另一个解即为短路阻抗的电阻分量R
k
；
[0041]所述一元二次方程的计算公式为：
[0042][0043]进一步地，所述方法还包括根据获取的高铁牵引变压器的短路阻抗的电抗分量和电阻分量，进行高铁牵引变压器的在线状态监测和故障诊断。
[0044]本专利技术还提供一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取系统，包括存储器和处理器，所述存储器存本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法，其特征在于，包括以下步骤：获取高铁牵引变压器高压侧和低压侧绕组的电压电流基波信号；根据变压器高压侧和低压侧绕组的电压之差以及高压侧和低压侧绕组的电流之和构建椭圆方程；构建在工频下牵引变压器的简化等效电路，得到所述椭圆方程系数的若干约束条件；基于所述椭圆方程的椭圆参数，以及得到的若干约束条件，计算获取高铁牵引变压器的短路阻抗的电抗分量和电阻分量。2.根据权利要求1所述的一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法，其特征在于，提取电压电流基波信号过程具体为：提取至少一个周期的高铁牵引变压器高压侧和低压侧的电压电流信号的基波，并将低压侧的电压和电流归算至高压侧，构建变压器的端口电压与电流表达式。3.根据权利要求2所述的一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法，其特征在于，构建的所述变压器的端口电压与电流表达式为：y＝u1‑
u2＝U1sin(ωt+α1)
‑
U2sin(ωt+α2)x＝i1+i2＝I1sin(ωt+β1)+I2sin(ωt+β2)式中，y为变压器高压侧和低压侧绕组的电压之差，u1为变压器高压侧绕组的电压，u2为变压器低压侧绕组的电压，i1为变压器高压侧绕组的电流，i2为变压器低压侧绕组的电流，U1、U2分别是高压绕组支路端电压和归算至高压侧后的低压绕组端电压的幅值，I1、I2分别是高压绕组支路电流和归算至高压侧后的低压绕组电流的幅值，ω为牵引电网的角频率；α1、α2分别是高压绕组支路端电压和低压绕组端电压的初始相位，β1、β2分别是高压绕组支路电流和低压绕组电流的初始相位。4.根据权利要求3所述的一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法，其特征在于，构建的所述椭圆方程的表达式为：的所述椭圆方程的表达式为：D＝
‑
[U2sin(α2‑
k2)
‑
U1sin(α1‑
k2)]2。5.根据权利要求4所述的一种高铁牵引变压器短路阻抗的获取方法，其特征在于，通过忽略励磁电流的影响，构建在工频下牵引变压器的简化等效电路，得到所述椭圆方程系数的若干约束条件包括：k1＝2I...
【专利技术属性】
技术研发人员：康劲松，唐骁，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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