基于MATLAB的三相变压器励磁涌流仿真分析

图 2 三 相变压器短路故障模型
3 仿真结果及分析 3 . 1 仿真结果 仿真采用可变步长连续算法中的 ode15s数字积分方式, 仿真时间为 0 . 5s, 仿真参数参考文献 [ 4]。 61
安徽电气工程职业技术学院学报
第十五卷
第一期
通过万用表及示波器可得变压器的励磁涌流波形, 空载合闸后的励磁涌流波形如图 3 所示 , 空载合闸后 0 . 1~ 0 . 3s发生短路时的励磁涌流波形如图 4所示, 变压器短路模型中 4. 1~ 4. 3s发生短路时的 A 相电 流波形、 4 . 1~ 4 . 3s的短路电流波形分别如图 5 、 6所示。
崔芳芳
( 浙江舟山电力局, 浙江 舟山 316000)
摘 要 : 利用 MATLAB 中的电力系统模块库 PSB, 建立三相变压器空载模型及短路模型。 在 此模型基础上对变压器空载合闸和短路故障切除后电压恢复时的励磁涌流进行了仿真 , 并对 此仿真结果进行了分析 。仿真结果与理论分析相吻合, 表明利用 MATLAB /PSB 能够有效地实 现对变压器励磁涌流的仿真, 为变压器保护的算法研究提供基础。 关键词 : 变压器; 电力系统模块库 ; 仿真; 励磁涌流; FFT 分析 中图分类号 : TM 743 文献标识码: A 文章编号 : 1672 9706( 2010) 01 0060 05
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图 1 变压器空载合闸模型
2 . 2 变压器短路模型 在变压器的事故中, 发生概率较高、 对设备威胁较大的事故就是变压器短路事故。在发生短路故障的情 况下, 电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态, 产生复杂的暂态现象。利用 MATLAB / PSB 所建立的用于 三相变压器发生各种短路仿真分析的系统模型如图 2所示, 其中短路类型由 3- Phase Fault元件选择。
图 3 三相励磁涌流波形
图 4 空载合闸 0. 1~ 0. 3s 发生短路时的励磁涌流波形
图 5 正常 运行 4. 1~ 4 . 3s发生短路时的 A 相电流波形
图 6 正常运 行 4. 1~ 4 . 3 s发生短路时的 A 相短路电流波形
通过 PSB 中 Powergu i模块中的 FFT Ana ly sis对变压器空载合闸时 A 相励磁涌流波形进行傅立叶变 换 ( FFT )分析, 仿真结果如图 7 所示。 对变压器各种运行情况下的电流波形进行 FFT 分析, 得到变压器各相电流中各谐波所占的比例数 据如表 1、 2 、 3 所示。 62
真与计算。它集数值分析、 矩阵计算、 信号处理和图形显示于一体 , 构成了一个方便的、 界面友好的用户 环境, 对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集成工具箱。其中提供了专用电力系统模块 PSB ( Pow er Syste m B lock), 它是一种针对电气系统的可视化建模与仿真工具。强大的 PSB 和 MATLAB 的仿 真工具 S i m ulink 同时使用将使一些复杂的、 非线性的电气系统的建模与仿真变得简捷。 MATLAB /PSB 以 S i m ulink 为运行环境 , 涵盖了电路、 电力电子、 电气传动、 电机、 电力系统等电工学 科中常用的基本元件和系统的仿真模型。它包括以下 10 类库元件: ( 1) 电源元件 ( E lectrical sources), ( 2) 线路元件 ( E lem ents) , ( 3) 电力电子元件 ( Pow er E lectron ics) , ( 4) 电机元件 ( M achines) , ( 5) 连接器 元件 ( Connectors) , ( 6) 电路测量仪器 ( M easurem en ts) , ( 7 ) 附加元件 ( Ex tras), ( 8) 演示教程 ( D e m os), ( 9) 电力图形用户接口 ( Pow ergu i), ( 10)电力系统元件库模型 ( Pow erlib _ m ode ls)。用户可以选择不同的 元件组合封装自己所需的模块 , 进行计算机数字仿真分析计算, 可以用示波器或 P lot进行波形输出 2 仿真模型 2 . 1 变压器空载模型 利用 MATLAB /PSB 所建立的用于三相变压器空载合闸瞬变过程仿真分析的系统模型如图 1 所示。 3- Phase F ault元件用于选择短路故障, 本模型用于对变压器空载合闸和合闸后低压侧发生三相短路故 障时的仿真。
收稿日期 : 2009 12 27 作者简介 : 崔芳芳 ( 1983 ) , 女, 浙江台州人 , 硕士研究生 , 主要研究方向为电力系统稳定运行 、 规划与设计 。 Te: l 13615805854; E - m ai: l cu i1226 @ 163. com
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崔芳芳 : 基于 M ATLAB 的三相变压器励磁涌流仿真分析
0 引言 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时, 由于铁芯饱和会产生很大的励磁涌流, 在最不利 的情形下, 可达到正常励磁电流的上百倍 , 或者说可达到变压器额定电流的 5~ 7 倍。这一大大超过正 常励磁电流的空载合闸电流称为励磁涌流。 励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位、 铁芯中剩磁的大小和方向、 电源容量的大小、 回路 的阻抗、 变压器容量的大小和铁芯饱和程度、 铁芯的剩磁以及合闸时的相角等因素有关 。同时, 在变 压器空载合闸这一瞬变过程中 , 电流、 电压的波形也会发生畸变, 产生谐波; 在一定的条件下, 还可能会 引起电力系统谐振, 产生过电压。 本文利用 MATLAB 软件 , 在变压器各种运行情况下进行计算机仿真, 并对所产生励磁涌流的特点 进行分析。 1 MATLAB /PSB 简介 MATLAB 是 M athwo rk 公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件, 适用于多种学科的大型仿
表 2 空载合闸发 生短路时励磁涌流频率成分分析 空载合闸发生短路 励 磁涌流 (% ) 直流 ( DC) 基波 ( Fund) 二 次谐波 ( h2) 三 次谐波 ( h3) 四 次谐波 ( h4) 五 次谐波 ( h5) THD A相 78 . 69 100 13 . 14 7 . 67 2 . 77 0 . 35 15 . 57 0~ 0. 1s B相 C相 64. 19 100 40. 97 1. 09 8. 14 0. 65 41. 93 52. 08 100 88. 22 70. 79 50. 53 30. 47 128. 3 A相 66 . 28 100 35 . 45 4. 69 6. 43 2. 63 36 . 54 0. 1~ 0. 3s B相 C相 51. 66 100 90. 51 76. 15 58. 8 40. 63 140. 6 A相 64. 33 100 40. 93 0. 83 7. 71 0. 54 41. 78 0. 3~ 0. 5s B相 C相 57. 02 100 65. 17 26. 57 0 . 03 8 . 83 71. 12 51. 77 100 89. 91 74. 72 56. 53 37. 73 137 A相 69. 74 100 30. 04 4. 04 3. 8 0. 92 30. 59 0~ 0 . 5s B相 C相 60 . 35 100 54 . 19 14 . 77 1. 89 2. 38 56 . 25 51. 9 100 89. 22 73. 11 54. 07 34. 75 133 . 3
崔芳芳 : 基于 M ATLAB 的三相变压器励磁涌流仿真分析
图 7 空载合闸时 A 相励磁涌流 FFT 分析结果 表 1 空载合 闸时励磁涌流频率成分分析 空载合闸 励 磁涌流 (% ) 直流 ( DC) 基波 ( Fund) 二 次谐波 ( h2) 三 次谐波 ( h3) 四 次谐波 ( h4) 五 次谐波 ( h5) THD A相 78 . 69 100 13 . 14 7 . 67 2 . 77 0 . 35 15 . 57 0~ 0. 1s B相 C相 64. 19 100 40. 97 1. 09 8. 14 0. 65 41. 93 52. 08 100 88. 22 70. 79 50. 53 30. 47 128. 3 A相 72 . 64 100 22 . 28 8. 50 0. 43 2. 92 24 . 07 0. 1~ 0. 3s B相 C相 62. 28 100 46. 56 3. 60 8. 90 2. 10 47. 74 52. 2 100 88 . 66 71 . 82 52 . 07 32 . 29 130. 4 A相 67. 36 100 32. 96 5. 46 5. 27 3. 09 34. 09 0. 3~ 0. 5s B相 C相 60. 29 100 53. 01 10. 24 8 . 17 5 . 49 55. 01 51. 90 100 89. 21 73. 08 54. 01 34. 64 133. 2 A相 72. 27 100 23. 76 7. 36 1. 33 2. 27 25. 03 0~ 0 . 5s B相 C相 62 . 04 100 47 . 47 4. 79 8. 47 2. 62 48 . 65 51. 98 100 88. 77 72. 07 52. 47 32. 78 131
Analysis on Si m ulation of Inrush Current for Three Phase T ransfor m er Based on MATLAB
CUI Fang fang
(Zhejiang Zhoushan E lectric P ow er Bureau, Zhoushan 316000 , Ch in a) A bstract : By using pow er syste m blockset ( PSB ) of MATLAB, no lo ad mode l and short c ircu it m odel of three phase transfor m er are estab lished . Based on these m ode ls , th e w aves of th e m agnetizing in rush cur rent during sw itch ing three phase transfor m er w ith no lo ad and recovering vo ltage after clearing the fau lt in short circuit are si m ulated . And analysis is g iven to the si m ulation . T he resu lt verifies theoret ic al ana l ysis and show s tha t by usin g MATLAB /PSB can effective ly si m ulate the m agnetizin g inrush curren, t and prov ide foundat io n fo r a lg orith m study o f transform er protection . K ey words : transfo r m er ; pow er system blockset ( PSB ); si m u lation ; m agnetizin g in rush curren; t FFT a nalysis
第十五卷 第一期 V o. l 15 , N o. 1
安徽电气工程职业技术学院Biblioteka Baidu报 J OU RNAL O F ANHU I ELECTR I CAL ENG I NEER ING PROFESS I ONA L TECHN I QU E CO LLEGE
2010年 3月 M arch 2010
基于 MATLAB 的三相变压器励磁涌流仿真分析