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基于matlab的变压器运行特性仿真分析.doc
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基于 的 变 压 器 运行 特 性 仿 真 分析
摘 要
变 压 器 是 电 力 系 统 中 不 可 缺 少 的 重 要 电 气 元 件 , 变 压 器 的 运 行 特
性 也 影 响 着 电 力 系 统 的 性 能 和 正 常 运 行 , 因 此 , 要 对 变 压 器 的 运 行 特
性 进 展 分 析 , 尤 其 是 变 压 器 的 暂 态 运 行 特 性 , 因 为 在 暂 态 的 过 度 过 程
中 可 能 会 出 现 较 大 的 过 电 压 或 过 电 流 , 可 能 会 损 坏 变 压 器 。
随 着 科 学 技 术 的 开 展 , 仿 真 技 术 也 得 到 了 很 大 程 度 的 开 展 , 不 再
仅 仅 局 限 于 传 统 的 物 理 仿 真 , 而 是 更 加 方 便 简 洁 也 更 加 准 确 的 计 算 机
仿 真 。
本 文 先 是 对 变 压 器 的 稳 态 和 暂 态 运 行 特 性 进 展 分 析 , 然 后 运 用
软 件 , 通 过 编 写 程 序 实 现 对 变 压 器 暂 态 运 行 特 性 的 仿
真 分 析 , 主 要 包 括 变 压 器 空 载 合 闸 到 电 源 和 变 压 器 突 发 短 路 这 两 种 情
况 , 对 于 变 压 器 空 载 合 闸 到 电 源 这 种 情 况 又 通 过 区 分 铁 心 是 否 饱 和 ,
分 别 用 解 析 法 和 四 阶 龙 格 库 塔 算 法 进 展 仿 真 , 保 证 了 结 果 的 准 确 可 靠
而 对 于 磁 化 曲 线 , 那 么 采 用 插 值 法 实 现 对 不 饱 和 区 磁 化 曲 线 的 拟 合 ,
饱 和 区 的 磁 化 曲 线 采 用 直 线 代 替 。 并 对 仿 真 得 到 的 结 果 结 合 理 论 知 识
进 展 了 简 单 的 分 析 , 找 到 了 在 变 压 器 的 过 渡 过 程 中 对 变 压 器 最 不 利 的
情 况 , 并 且 也 和 理 论 相 比 照 , 验 证 了 所 采 用 仿 真 方 法 的 正 确 性 和 可 行
性 。
关 键 词 : 变 压 器 , 暂 态 运 行 特 性 , 空 载 合 闸 , 突 发 短 路 ,
仿 真
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目 录
第 1章 绪 论 ...... ....................... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... . 1
§1 .1 本 课 题 研 究 的 目 的 和 意 义 ...... ............... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . ..1
§1 .2 国 外 研 究 现 状 .. ..................... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . ..1
§1 .3 本 文 研 究 的 主 要 容 ....... ......... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... ...2
第 2章 Matlab软 件 ............................ ... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..2
§2 .1 Ma tlab简 介 ...... ............. ..... . .... ..... .... . .... . .... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... . 3
§2 .2 Ma tlab的 特 点 .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . ..4
§2 .3 微 分 方 程 求 解 的 仿 真 算 法 ...... ............... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . ..4
§2 .3.1 Euler 法 ......... ....... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... . 5
§2 .3.2 Runge kutta 法 .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... . .. ........ . .5
第 3章 变 压 器 稳 态 、 暂 态 运 行 特 性 分 析 . ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . ... . . . . . .6
§3 .1 变 压 器 概 述 ....... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... ...6
§3 .2 变 压 器 各 电 磁 量 正 方 向 的 规 定 ......... .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... ...7
§3 .3 变 压 器 空 载 运 行 .... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... . . ..8
§3 .3.1主 磁 通 、 漏 磁 通 .... ....... .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . ....8
§3 .3.2主 磁 通 和 漏 磁 通 的 感 应 电 动 势 .... . .... ..... .... . .... . .... .......... . . . . . . . .8
§3 .3.3空 载 运 行 时 的 电 压 方 程 和 等 效 电 路 . . .... ..... .... . . . . . . . . .. ........ . . . . . .9
§3 .3.4铁 心 饱 和 和 磁 滞 现 象 对 励 磁 电 流 的 影 响 ... . .... . .... ..... .... . ........10
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§3 .4变 压 器 负 载 运 行 ... ............. .......... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... .14
§3 .4.1负 载 时 的 磁 动 势 ... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... .....14
§3 .4.2折 合 算 法 .... . .... ..... .... . .... . .... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... . . . . . . .. .1 5
§3 .4.3负 载 运 行 时 的 电 压 方 程 和 等 效 电 路 ... .... ..... .... . .... . .... ..... .... . ..15
§3 .5 变 压 器 参 数 确 实 定 . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... . .16
§3 .5.1变 压 器 的 空 载 试 验 .. .............. . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ...16
§3 .5.2变 压 器 的 短 路 试 验 .. .............. . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ...17
§3 .6 变 压 器 的 运 行 性 能 . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... . .18
§3 .6.1变 压 器 的 外 特 性 ... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... .....19
§3 .6.2变 压 器 的 效 率 特 性 .. .............. . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ...20
§3 .7 三 相 变 压 器 .. ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . ........ . . 21
§3 .7.1三 相 变 压 器 的 磁 路 系 统 ......... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . ...2 1
§3 .7.2 三 相 变 压 器 空 载 运 行 时 的 电 动 势 波 形 . .... . .... ...... . . . . . . . . ........ .21
§3 .8 变 压 器 过 渡 过 程 中 的 过 电 流 现 象 . .............. . .... . .... ..... .... . .... . .... .....24
§3 .8.1变 压 器 空 载 合 闸 到 电 源 ......... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . .... . ...2 4
§3 .8.2 突 发 短 路 ... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... . . .......2 6
第 4章 基 于 M at lab 的 变 压 器 动 态 特 性 仿 真 .... . .... ..... .... . .... .. . . . . . . . .. ........ . . . . . .2 8
§4 .1 变 压 器 空 载 合 闸 到 电 源 时 过 电 流 的 仿 真 和 分 析 ... ..... .... . ....... . . . . . . . .28
§4 .1.1不 考 虑 铁 心 饱 和 时 变 压 器 空 载 合 闸 到 电 源 的 过 电 流 仿 真 . . . . . . .28
§4 .1.2 考 虑 铁 心 饱 和 时 变 压 器 空 载 合 闸 到 电 源 的 过 电 流 仿 真 . . . . . . . . .35
§4 .1.3 空 载 合 闸 到 电 源 时 产 生 的 过 电 流 对 变 压 器 的 影 响 . . . . . ..... . . .. . .40
§4 .2 突 发 短 路 时 过 电 流 的 仿 真 和 分 析 . .............. . .... . .... ..... .... . .... . .... .....41
§4 .2.1突 发 短 路 时 过 电 流 的 仿 真 ... .... . .... ..... .... . .... . .... .. . . . . . . . . ........ . .4 1
§4 .2.2 突 发 短 路 时 产 生 的 过 电 流 对 变 压 器 的 影 响 ... . . . . . . . . ........ . . . . .. .44
§4 .3 变 压 器 动 态 特 性 仿 真 分 析 ...... .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .4 4
总 结 ........... ... ..... .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... .. 45
参 考 文 献 ....... ............. ....... .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... ..... .... . ...47
附 录 .. ............. ............... ......... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... ..... .... . .... . .... .... . .... . .. 48
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第3章绪论
43-3本 课 题 研 究 的 目 的 和 意 义
在 电 力 系 统 中 , 变 压 器 从 发 电 厂 到 输 配 电 网 中 都 充 当 着 重 要 的 角
色 , 是 电 力 系 统 中 不 可 缺 少 的 重 要 电 气 元 件 。
变 压 器 动 态 特 性 分 析 主 要 分 析 了 变 压 器 在 过 度 过 程 中 出 现 的 暂 态
过 电 流 和 过 电 压 , 对 变 压 器 稳 态 、 暂 态 运 行 状 态 各 电 磁 量 进 展 定 性 和
定 量 的 准 确 分 析 , 研 究 变 压 器 各 处 的 电 压 、 电 流 等 电 气 量 的 分 布 及 规
律 , 对 变 压 器 的 设 计 、 制 造 以 及 对 保 护 方 案 的 提 出 都 尤 为 重 要 , 所 以
要 对 变 压 器 的 运 行 特 性 进 展 分 析 , 尤 其 是 暂 态 特 性 。
43-5国 内 外 研 究 现 状
随 着 人 们 对 变 压 器 技 术 的 不 断 探 索 , 变 压 器 技 术 已 经 从 根 本 感 应
定 律 开 展 到 能 对 变 压 器 的 构 造 进 展 合 理 的 设 计 、 在 理 论 上 对 变 压 器 运
行 时 的 各 种 现 象 进 展 详 细 分 析 、 使 变 压 器 的 理 论 模 型 到 达 更 高 的 准 确
程 度 。
在 国 外 , - "#在 3678年 提 出 了 铁 磁 材 料 磁 化 过 程 的 分 层 模
型 , 并 用 数 学 语 言 进 展 描 述 , 用 磁 密 度 函 数 的 平 面 积 分 描 述 了 铁 磁 材
料 磁 场 强 度 的 变 化 。 -!!在 传 统 的 - "#模 型 根
底 上 进 展 改 良 , 使 之 适 应 于 任 何 形 状 的 磁 滞 回 线 , 并 取 得 了 显 著 成 效
-90用 九 次 多 项 式 来 拟 合 铁 磁 材 料 根 本 磁 化 曲 线 , 但 并 没 有 考 虑
到 磁 滞 效 应 和 涡 流 效 应 。 -.)$0分 析 了 铁 磁 材 料 的 暂 态 特 性
用 根 本 曲 线 进 展 计 算 , 拟 合 时 采 用 正 反 切 函 数 , 但 此 种 处 理 方 法 较 为
简 单 , 精 度 不 够 。 变 压 器 的 :-#模 型 详 细 的 说 明 了 铁 芯 的
磁 化 过 程 , 并 且 通 过 磁 学 理 论 证 明 了 铁 芯 磁 滞 现 象 的 原 理 。 现 在 常 见
的 是 , 在 的 环 境 下 , 建 立 单 独 的 功 能 模 块 , 通 过 有 机 的 整 合 功
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