ＰＴ铁磁谐振的判别方法技术

本发明专利技术提供一种ＰＴ铁磁谐振的判别方法，包括以下步骤：（１）把含有ＰＴ的配电网系统转化为简单的单相串、并联电路结构；（２）建立步骤（１）等效电路中电容、电阻以及ＰＴ的非线性电感的数学模型；（３）建立等效电路中的电容、电阻以及ＰＴ的非线性电感的基于时变向量的状态方程；（４）将步骤（３）中的状态方程转化为电容、电阻以及ＰＴ的非线性电感电压与磁通之间的向量关系；（５）根据时变向量的状态方程求出稳态运行时ＰＴ和电容两端总电压与磁通之间的关系，把向量关系转换为有效值之间的关系；（６）定义能量函数，并计算出系统的稳定裕度和扰动量；（７）ＰＴ铁磁谐振状态的判别。本发明专利技术通过比较稳定裕度和扰动量的大小判断ＰＴ铁磁谐振，对运行人员有指导意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术提供一种PT铁磁谐振的判别方法，属于电力系统安全性分析领域，特别应 用于配电网系统和输电网系统的PT的铁磁谐振的安全性分析的技术。
技术介绍
PT发生铁磁谐振一直是困扰电力系统运行人员的一大难题，也给广大供电单位和 大型用电企业带来巨大的经济损失。PT铁磁谐振的发生是由于电力系统中存在许多电容 和电感元件，如变压器、互感器、发电机、消弧线圈、电抗器、线路导线电感等均可作为电感 元件；线路导线的对地电容和相间电容、补偿电容、高压设备的杂散电容等均可作为电容元 件。当系统进行操作或发生故障时，这些电容、电感元件形成的振荡回路可能产生铁磁谐振 现象，本专利技术针对的是铁磁谐振问题的研究，铁磁谐振是特指非线性电感设备与电容设备 的谐振问题。铁磁谐振会导致系统中某些部分或元件出现过电压和过电流现象。目前，国内外对铁磁谐振进行了广泛深入的研究，给出了一些判据以及相应的分 析方法，比如Peterson定理、图解法、解析法、数字仿真分析法、小波识别法、非线性动力学 分析法等，其中Peterson定理通过大量的试验给出了线路零序容抗和额定线电压下感抗 的比值范围来判断铁磁谐振类型的结论，其缺点在于只说明了铁磁谐振的类型没有说明铁 磁谐振的条件；图解法直观简单容易理解，通过定性的图形对工频铁磁谐振进行了分析，粗 略给出了铁磁谐振发生的条件，其缺点在于只是定性的分析而没有定量的分析；解析法通 过复杂的数学变换，滤掉其它频率对工频进行了分析，得出了一个系统发生工频铁磁谐振 时的临界条件，其缺点也在于只是定性的分析而非定量的分析；数字仿真分析法、小波识别 法和非线性动力学分析法通过运用仿真软件和编程的方式进行数字模拟，对工频谐振类型 进行了分析，其缺点在于没有分析谐振发生的条件。迄今为止，国内外还没有一种方法可以定量的分析和比较在各种情况下电力系统 的稳定性？
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能克服上述缺陷、精确并定量的判定系统在遭受扰动的 情况下能否进入铁磁谐振状态的方法。其技术方案为一种PT铁磁谐振的判别方法，其特征在于，包括以下步骤(1)把含有PT的电力配电网系统转化为简单的单相串联或并联的等效电路结构；(2)建立步骤⑴等效电路中的电容、电阻以及PT的非线性电感的数学模型；(3)将步骤(2)中的数学模型转化为各元件基于时变向量的状态方程；(4)将步骤(3)中的时变向量的状态方程转化为电容、电阻以及PT的非线性电感 的时变电压向量与时变磁通向量之间的函数关系；(5)据步骤(4)中时变向量的状态方程求出稳态运行时PT和电容两端总电压与磁 通之间的向量函数关系，然后把向量函数关系转换为向量的幅值的函数关系；(6)定义能量函数，根据能量函数推导出系统的稳定裕度和扰动量的计算公式；(7) PT铁磁谐振状态的判别。所述的PT铁磁谐振的判别方法，在步骤(1)中，根据整个含有PT的电力配电网系 统的结构、实际参数、戴维宁定律建立系统的等效电路，最终化成系统简单的单相串联或并 联的等效电路结构。所述的PT铁磁谐振的判别方法，在步骤⑵中，根据等效电路结构中的电容、电阻 以及PT的非线性电感特性建立各自的数学模型，具体是，电容 元件的 数学模 型为 电阻元件的数学模型为UK = Ri(1.2)P T 元件的数学模 型为 式中吡为PT两端的电压，Uc为等效电容两端电压，Ue为等效电阻两端电压，i为 干路电流，C为等效电容，R为等效电阻，％为PT的非线性电感的磁通量。所述的PT铁磁谐振的判别方法，在步骤(3)中，根据步骤⑵中的数学模型和欧 拉公式建立电路结构中的电容、电阻以及PT的非线性电感的基于时变向量的状态方程，其 中Φ Pl、 κ力C依次是炉、uL、uR、uc的向量表示形式，具体是，①PT的时变向量方程为 ②等效 电阻的 时变向 量方程 uR(t) = i(t)R=^l)R =IR(1.5)③等效 电容的 时变向 量方程 当系统处于稳态运行时，即 并根据式(1. 4)、式(1. 5)和式(1. 6)可得电容电压与电流的时变向量的状态方程 / = jcoCl)c(1-7.1)电阻电压与电流的时变向量的状态方程 PT的非线性电感的电压与磁通的时变向量的状态方程 IJl = ；ωΦ(1.7.3)所述的PT铁磁谐振的判别方法，在步骤⑷中，根据PT的励磁特性曲线I’ = 8(φ) 求取时变向量的励磁特性曲线模型 (1. 8)将上述式(1. 8)的表达式代入到式(1. 7)中的状态中，得到系统各元件的电压与 磁通之间的向量关系如下式(1.9) 所述的PT铁磁谐振的判别方法，在步骤(5)中，我们以串联电路为例，也就是对等 效电源、等效电阻、等效电容和PT所组成的串联闭合回路进行铁磁谐振的分析。根据时变 向量的状态方程求出稳态运行时电容和PT的非线性电感两端总电压与磁通之间的向量函 数关系，把向量函数关系转换为幅值之间的函数关系如下式(1.10)Αυ^ωΦ-^-(L10)(oC所述的PT铁磁谐振的判别方法，在步骤(6)中，根据式(1. 10)求出I Δυ|关于Φ的曲线。若系统遭受扰动前的电压为E(t) =U1,扰动后的电压升高为E(t) =U2，以U2电压等级为例，系统存在三个平衡点，其中A'为正常运行点、B'为暂态稳定点、C'为稳态谐b振平衡点。据图3，定义能量函数S = ]·|Δ /|^，计算系统的稳定裕度Sdmax时，令Sdfflax = S，aa为A'点的横坐标，b为B'的横坐标；计算系统的扰动量时，令& = S，a为A的横坐标，b 为A'的横坐标，可以计算系统的稳定裕度，也可以计算出系统的扰动量。所述的PT铁磁谐振的判别方法，在步骤(7)中，根据系统的扰动量Sa和稳定裕度 Sdfflax大小的比较，判断PT能否进入铁磁谐振状态，其判据如下当Sa > Sdfflax时，系统在故障时间合适时会进入谐振状态，达到铁磁谐振平衡点，此 时电流一般升高为原电流的十几倍或几十倍，引起设备过热甚至烧毁，同时电压一般升高 为原电压的二到三倍，危及设备的绝缘；当Sa < Sdfflax时，系统不会进入铁磁谐振状态，最终到达稳定平衡点A'，仅是暂态 的扰动过程对系统的影响，相对来说，对系统的影响较小，比较安全；当Sa = Sdfflax时，系统为铁磁谐振发生的临界状态。本专利技术与现有技术相比，其优点是通过定量的方式确定系统在受到一定的干扰 情况下能否进入铁磁谐振状态。从系统的时变向量数学模型出发，求出系统中的电容和PT 两端总电压与磁通的关系，然后定义电压对磁通的能量函数，通过定量的方式求出系统的 稳定裕度和扰动量的大小，通过比较二者的大小进而判断系统是否具备了进入谐振状态的 条件，为后续更深入的分析铁磁谐振的避免消除方法提出了关键的理论依据，判断结果精 确，具有很好的实用价值。附图说明图1是本专利技术的工作原理框图；图2是本专利技术等效串联电路的电路图；图3是PT的非线性电感和电容两端总电压与磁通之间的关系图。 具体实施例方式下面以某配电网为例，详细阐述本专利技术的具体实施方案如图1所示本专利技术所体现的PT谐振判别方法可依次按照以下步骤实现建立系 统的等效电路结构、建立系统各元件的数学模型、建立系统的基于时变向量的状态方程、对 时变向量状态方程本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＰＴ铁磁谐振的判别方法，其特征在于，包括以下步骤：（１）把含有ＰＴ的配电网系统转化为简单的串联或并联电路结构；（２）建立步骤（１）等效电路中的电容、电阻以及ＰＴ的非线性电感的数学模型；（３）建立等效电路中的电容、电阻以及ＰＴ的非线性电感的基于时变向量的状态方程；（４）将步骤（３）中的状态方程转化为电容、电阻以及ＰＴ的非线性电感电压与磁通之间的关系；（５）根据时变向量的状态方程求出稳态运行时ＰＴ和电容两端总电压与磁通之间的关系，把向量关系转换为有效值之间的关系；（６）定义能量函数，并计算出系统的稳定裕度和扰动量；（７）ＰＴ铁磁谐振状态的判别。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：哈恒旭，翟蕾，周海全，刘仁臣，杜正旺，仲崇山，
申请(专利权)人：山东理工大学，中国石化集团胜利石油管理局电力管理总公司，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]