【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于干式空心电抗器匝间短路故障检测，具体涉及一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法与相关装置。
技术介绍
1、干式空心电抗器是电能质量控制的重要设备，通常用于滤波、电压调节和电流平衡等方面。其主要部分是由绕制紧密的线圈组成。其中，绕制电线的匝数较多，因此在使用过程中容易出现匝间短路故障。如果不能有效检测出故障并及时将其切除，短时间内将起火，导致严重损坏，无法再投入运行。因此，对干式空心电抗器进行匝间短路故障的检测具有重要的研究意义，可以提高设备的可靠性和安全性，减小故障对电网运行的影响。
2、现有的干式空心电抗器匝间短路故障检测方法主要有磁场检测法、电气参数检测法、温度检测法以及脉冲振荡法等。然而，干式空心电抗器在发生匝间短路的初期故障阶段时，其内部绕组状态变化不够明显，现有的匝间短路故障检测方法的灵敏度较差，不能够及时检测出干式空心电抗器初期的匝间短路状况，且大多方法不能实现在线实时的监测。
3、为解决上述问题，李萨如图法作为一种新型的干式电抗器匝间短路故障在线监测技术被提出，其具有在线、可视化等优势。但是，通过电抗器的实际实验模拟匝间短路故障，计算李萨如图，具有繁琐性和破坏性，目前要从理论仿真的角度精确计算实际电抗器的电压电流李萨如图，还缺乏一整套行之有效的方法以及系统。因此，寻找一种匹配实际干式空心电抗器的李萨如图计算方法、流程与系统具有较高的实用价值。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提供一种基于电压方程的干式空心电抗器
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，包括如下步骤：
4、步骤一：通过有限元法建立实际健康干式空心电抗器的多物理场模型；
5、步骤二：在静磁场和涡流场求解场域中计算各包封绕组的电感、电阻参数；
6、步骤三：依据干式空心电抗器的等效参数模型，以及基尔霍夫定理，建立端口电压矩阵方程，带入包封绕组的电感、电阻参数，在给定端口交变电压情况下，计算出每条支路的电流，进而求得电抗器端口的交变电流；
7、步骤四：基于端口交变电压和交变电流，得到对应的时域表达式，消去时间变量，计算得到健康干式空心电抗器的电压电流李萨如图；
8、步骤五：在多物理场模型中模拟包封绕组的匝间短路缺陷，重新按骤二到步骤四计算得到故障干式空心电抗器的电压电流李萨如图。
9、进一步的，在步骤一中，多物理场模型是根据实际干式空心电抗器的几何参数和材料物理性能搭建的二维和三维模型。
10、进一步的，在步骤二中，分别在静磁场求解场域模型和涡流场求解场域模型设置绕组激励电流，然后在静磁场求解场域中计算各包封绕组的自感、各包封绕组之间的互感参数，在涡流场求解场域中计算各包封绕组的工频电阻参数。
11、进一步的，在步骤三中，根据干式空心电抗器的等效电路参数模型的结构，依据电路的基本定律基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律、阻抗元件电压和电流的关系，列写出端口电压方程，将端口电压方程列写为矩阵形式，从而建立得到端口电压矩阵方程。
12、进一步的，端口电压矩阵方程，具体如下：
13、
14、式中，r为支路电阻，j为虚数单位，w表示频率，l为自感参数，m为互感参数，下标1，…，i，j，…，n为支路序号。
15、进一步的，时域表达式，具体如下：
16、
17、式中，um和im分别表示电压和电流幅值，x和y分别表示端口电压和端口电流，w表示频率，表示相位差。
18、进一步的，在步骤四中，消去端口交变电压和交变电流对应的时域表达式中共同的时间变量，以端口电压信号为横轴，以端口电流信号为纵轴，构造起健康干式空心电抗器的电压电流李萨如图。
19、第二方面，本专利技术提供了一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算系统，包括：
20、模型仿真单元，用于通过有限元法建立实际健康干式空心电抗器的多物理场模型；还用于在静磁场和涡流场求解场域中计算各包封绕组的电感、电阻参数；还用于在多物理场模型中模拟包封绕组的匝间短路缺陷；
21、端口信号单元，用于依据干式空心电抗器的等效参数模型，以及基尔霍夫定理，建立端口电压矩阵方程，带入包封绕组的电感、电阻参数，在给定端口交变电压情况下，计算出每条支路的电流，进而求得电抗器端口的交变电流；
22、李萨如图计算单元，用于基于端口交变电压和交变电流，得到对应的时域表达式，消去时间变量，计算得到健康干式空心电抗器的电压电流李萨如图；还用于根据模拟包封绕组匝间短路缺陷的多物理场模型，重新计算得到故障干式空心电抗器的电压电流李萨如图。
23、相应的，本专利技术还提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器及存储在存储器上的计算机程序，当所述计算机程序在处理器上被执行时，实现如第一方面的一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法。
24、相应的，本专利技术还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面的一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法。
25、综上，本专利技术提供了一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法与相关装置，包括：通过有限元法建立实际健康干式空心电抗器的多物理场模型；在静磁场和涡流场求解场域中计算各包封绕组的电感、电阻参数；依据干式空心电抗器的等效参数模型，以及基尔霍夫定理，建立端口电压矩阵方程，带入包封绕组的电感、电阻参数，在给定端口交变电压情况下，计算出每条支路的电流，进而求得电抗器端口的交变电流；基于端口交变电压和交变电流，得到对应的时域表达式，消去时间变量，计算得到健康干式空心电抗器的电压电流李萨如图；在多物理场模型中模拟包封绕组的匝间短路缺陷，重新按骤二到步骤四计算得到故障干式空心电抗器的电压电流李萨如图。本专利技术可计算实际干式空心电抗器的李萨如图，避免了实验过程的繁琐性和破坏性，操作简单，也可以有效计算绕组匝间短路故障下的李萨如图，省时省力。
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1.一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述多物理场模型是根据实际干式空心电抗器的几何参数和材料物理性能搭建的二维和三维模型。
3.根据权利要求1所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，在所述步骤二中，分别在静磁场求解场域模型和涡流场求解场域模型设置绕组激励电流，然后在所述静磁场求解场域中计算各包封绕组的自感、各包封绕组之间的互感参数，在所述涡流场求解场域中计算各包封绕组的工频电阻参数。
4.根据权利要求1所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，在所述步骤三中，根据干式空心电抗器的等效电路参数模型的结构，依据电路的基本定律基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律、阻抗元件电压和电流的关系，列写出端口电压方程，将所述端口电压方程列写为矩阵形式，从而建立得到所述端口电压矩阵方程。
5.根据权利要求4所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在
6.根据权利要求1所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，所述时域表达式，具体如下：
7.根据权利要求1所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，在所述步骤四中，消去所述端口交变电压和交变电流对应的时域表达式中共同的时间变量，以端口电压信号为横轴，以端口电流信号为纵轴，构造起健康干式空心电抗器的电压电流李萨如图。
8.一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算系统，其特征在于，包括：
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：存储器和处理器及存储在存储器上的计算机程序，当所述计算机程序在处理器上被执行时，实现如权利要求1-7中任一项所述的一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述多物理场模型是根据实际干式空心电抗器的几何参数和材料物理性能搭建的二维和三维模型。
3.根据权利要求1所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，在所述步骤二中，分别在静磁场求解场域模型和涡流场求解场域模型设置绕组激励电流，然后在所述静磁场求解场域中计算各包封绕组的自感、各包封绕组之间的互感参数，在所述涡流场求解场域中计算各包封绕组的工频电阻参数。
4.根据权利要求1所述的基于电压方程的干式空心电抗器李萨如图计算方法，其特征在于，在所述步骤三中，根据干式空心电抗器的等效电路参数模型的结构，依据电路的基本定律基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律、阻抗元件电压和电流的关系，列写出端口电压方程，将所述端口电压方程列写为矩阵形式，从而建立得到所述端口电压矩阵方程。
5.根据权利要求4所述的基于电压方程的干式空...
【专利技术属性】
技术研发人员：谌志强，刘子俊，肖利龙，朱俊霖，杨家辉，吕启深，刘自华，王颂，孙夏青，林立财，凌云，严玉婷，陈龙，党晓婧，唐峰，赵林杰，赵仲勇，唐超，周渠，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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