基于MatlabSimulink的电力变压器仿真建模及特性分析 (文献综述)

四川理工学院毕业论文

文献综述

基于Matlab/Simulink的电力变压器仿真建

模及特性分析

学生：苟佐罗

学号：10021070104

专业：电气工程及其自动化

班级：2010.1

指导教师：郭辉

四川理工学院自动化与电子信息学院

二O一四年三月

前言

电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备[1]。当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数[2]。额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以k·V A或M·V A表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。较为节能的电力变压器是非晶合金铁心配电变压器，其最大优点是，空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值，是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时，除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。国内生产电力变压器较大的厂家有一开投资集团，中电电气，保变天威，西电集团，山东明大电器，山东电力设备厂等。

电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。总之，升压与降压都必须由变压器来完成[3]。在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。利用变压器提高电压，减少了送电损失。

在过去十年的发展中，我国电力建设快速发展，成绩斐然。其中，发电装机容量高速增长，电网建设速度突飞猛进，电源结构调整不断优化，技术装备水平大幅提升，节能减排降耗效果显著，电力建设实现了跨越式发展。这为我国经济社会平稳较快发展提供了强大动力，对改善人民生活起到了重要支撑和保障作用。

国家统计局数据显示，2007-2011年，电力变压器制造行业的销售规模不断扩大，销售收入每年以13%以上的速度增长，2011年销售收入达到1784.36亿元，同比增长16.53%;实现利润总额102.14亿元，同比减少5.43%。总体来看，2011年，中国电力变压器制造行业发展稳定，但盈利能力有所下滑。出于全球经济环境的考虑，我国未来可能会加大可再生能源的比例。国网、南网都在研究轻型直流，这些都是新的趋势，将为变压器行业带来新的发展领域。并且电力变压器在市场上的发展和使用越来越广泛，在技术上和质量上其中一些知名企业也脱颖而出例如一开投资集团多年来公司一直致力于民族电气工业的发展，与众多科研院所、高校及国际行业巨头建立紧密的合作，设立了“上海一开电器科学研究所”，专业研发、生产输配电控制设备、高低压电器元件、智能电气等产品，先后开发了“智能型PLC 控制总屏”及“智能型成套开关总控”等各种高、低压电器元件；与沈阳变压器研究所合作，研发、生产高低压变压器产品，先后开发了S（B）H15-M、S（B）H16-M型非晶合金卷铁芯电力变压器，SC9、SCB9、SC10、SCB10系列树脂绝缘干式变压器，SG10型H级绝缘干式电力变压器，SGB11-R卷铁芯H级非包封线圈干式电力变压器，10kV级S9、S11系列油浸式电力变压器，35kV级S9-□-□系列油浸式电力变压器等系列产品并同时研发生产了变压器生产用箔式绕线机、非晶合金剪切机、高低压绕线机等专用机械设备；与美国通用公司（GE）强强联手，打造亚太地区最大、最专业的船用开关设备及低压电气设备，先后开发了GEA plus2.0、Modula plus、Modula 630k、船用变压器、船用箱式变电站、船用电气自动化设备、隧道专用配电柜等系列产品。

随着我国“节能降耗”政策的不断深入，国家鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品。目前在网运行的部分高能耗配电变压器已不符合行业发展趋势，面临着技术升级、更新换代的需求，未来将逐步被节能、节材、环保、低噪音的变压器所取代。2008年、2009年连续两年我国电网建设投资超过电源建设投资，预示着我国电网建设落后的问题或

将得到改善。但要实现电源与电网的平衡，我国仍须提高电网的输配电能力，使之与电源规模相匹配。可见未来几年，电网建设和城乡配电网改造仍是我国电力工业的首要任务，配电变压器的市场需求量有望保持较强劲的增涨。

以往人们在系统设计过程中都使用物理模型和笔算解决问题，运算量很大，成本较高。电力系统的实时计算机仿真系统由于其精度高、改变参数方便和重复性好等优点，已逐步取代传统的物理仿真系统，在电力系统的规划以及电力系统保护和控制等方面起着越来越重要的作用。

MATLAB 以其强大的计算功能、友好的动态仿真环境和丰富的工具箱越来越成为从事包括电力网络、电力电子和控制系统等专业学习和研究的重要仿真工具。其中的Simulink 工具箱是一个高性能的动态系统建模与仿真平台,SimPowerSystems(PSB)库就是一个电力、电子系统建模和仿真的专用模块库[4]。PSB 中包括了电路仿真所需的各种元件模型,包括电源模块、基础电路模块、电力电子模块、电机模块、附加模块等等。在Simulink 环境下,PSB 库提供了一种类似电路建模的方式进行模型绘制,在仿真前自动将仿真系统图变化成状态方程描述的系统形式,然后进行仿真分析。

MATLAB及电力变压器简述

一、 MATLAB简介

1、MATLAB系统构成

MATLAB系统由MATLAB开发环境、MATLAB数学函数库、MATLAB语言、MATLAB图像处理系统和MATLAB应用程序接口（API）五大部分组成[5]。

（1）MATLAB开发环境

MATLAB开发环境是一套方便用户使用MATLAB函数和文件的工具集，其中许多工具是图形化用户接口。它是一个集成化的工作空间，可以让用户输入。输出数据，并提供了M文件的集成编译和调试环境。它包括MATLAB桌面、命令窗口、M文件编辑调试器、MATLAB工作空间和在线帮助文档。

（2）MATLAB数学函数库

MATLAB数学函数库包括了大量的计算算法，从基本运算（如加法、正弦等）到复杂算法，如矩阵求逆、贝塞尔函数、快速傅立叶变换等。

（3）MATLAB语言

MATLAB语言是一个高级的基本矩阵/数组的语言，它有程序流控制、函数、数据结构、输入/输出和面向对象编程等特色。用户既可以用它来快速编写简单程序，也可以用来编写庞大复杂的应用程序。

（4）MATLAB图像处理系统

图像处理系统使得MATLAB能方便地图形化显示向量和矩阵，而且能对图形添加标注和打印。它包括强力的二维、三维函数、图像处理和动画显示等函数。

（5）MATLAB应用程序接口（API）

MATLAB应用程序接口（API）是一个是MATLAB语言能与C、FORTRAN等其他高级编程语言进行交互的函数库，该函数库的函数通过调用动态链接库（DLL）实现MATLAB文件的数据交换，其主要功能包括MATLAB中调用C和FORTRAN程序，以及MATLAB与其他应用程序间建立客户/服务器关系。

2、Simulink仿真概述

Simulink是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于它与用户交互接口是基干Windows的模型化图形输入的，从而使得川户可以把更多的精力投入到系统模型的构建而非语言的编程上[6]。

所谓模型化图形输入是指Simulink提供了一些按功能分类的基本系统模块，用户只需要知道这此模块的输入、输出及模块的功能，而不必考察模块内部是如何实现的。通过对这些基本模块的调用，再将它们连接起来就可以构成所需要的系统模型(以mdl文件进行存取)，进而进行仿真与分析。

Simulink模型的基本结构.

一个典型的Simulink模型由以下三种类型的模块构成：

●信号源模块

信号源为系统的输入，它包括常数信号源、函数信号发生器（如正弦波和阶跃函数等）以及用户自己在MATLAB中创建的自定义信号。

●被模拟的系统模块

系统模块作为仿真的中心模块，它是Simulink仿真建模所要解决的主要部分。