单相双绕组变压器瞬态过程分析的建模与仿真摘要变压器在电力网络结构中是，电力变压器有很大的容非常重要的电力设备，在出现问题时，系统受到大的干扰，电力系统供电可能会中断，对居民用户用电也造成了不便。因此通过变压器的稳态和瞬态过程的运行原理，可以对变压器进行经常性维护，对于变压器的各种情况下的运行也有一定的提高，因此对实际情况下的变压器动态研究是十分必要的。本文以单相双绕组变压器为研究对象，对变压器中磁链、电压和状态方程在瞬间过程中的建立过程进行了推导，对单相双绕组变压器在空载合闸、负载运行、突然新电等的瞬态情况下能量的变化情况进行了分析并根据单相双绕组变压器在变压器二次短路、带纯电阻负载、空载合闸的三种三种可能性进行了瞬态过程的仿建立数学模型，并在MATLAB中进行了仿真实验，由建模仿真过程比较得到了单相双绕组变压器瞬态过程的影响因素。关键词：电力变压器：瞬态过程：状态方程：仿真试验AbstractOnce the power transformer faults,it will bring great disturbance to the power system,even powersystem power outages,it will greatly affect the industrial production and the normal life ofresidents electricity,therefore,by studying the working principle of the steady state and transientstate of the transformer,the transformer can be effectively maintained and the further expansion ofthe accident is avoided.It can also provide a theoretical basis for improving the design andmanufacture level of power transformer and the mechanism of operation and failure.The single phase double winding transform is studied,the establishment process of flux,voltageand state equation of single phase double winding transformer is studied,the changes of currentand voltage in single-phase double winding transformer under no-load switching and suddenpower failure are analyzed,the transient process of single-phase double winding transformer isanalyzed under three conditions of no-load closing of transformer,pure resistance load and twoside short circuit,And the simulation is carried out in MATLAB,through the analysis andcomparison of the simulation results,the influence factors of the transient process of thesingle-phase double winding transformer are obtainedKey words:Power Transformer;transient process;state equation;Simulation;目录TOCo"1-3"h u HYPERLINK1"Toc481491964"摘要IHYPERLINK N"Toc481491965"Abstract IIHYPERLINK1"Toc481491966"目录IHYPERLINK1"Toc481491967"1绪论1HYPERLINK1"Toc481491968"1.1研究背景及意义HYPERLINK1"Toc481491969"1.2国内外研究现状1HYPERLINK1"Toc481491970"13本论文的研究内容及安排2HYPERLINK1"ToC481491971"2.单相双绕组变压器原理分析与模型2HYPERLINK1"Toc481491972"2.1单相双绕组变压器的功能、特点2HYPERLINK1"Toc481491973"2.2数学模型的建立与分析3HYPERLINK1"Toc481491974"3.单相双绕组变压器Simulink仿真8HYPERLINK1"Toc481491975"3.1 Simulink简介8HYPERLINK1"Toc481491976"3.2实例仿真8HYPERLINK1"Toc481491977"3.2.1瞬时状态的仿真8HYPERLINK1"Toc481491978"3.2.2单相双绕组变压器负载运行16HYPERLINK1"Toc481491979"结论23HYPERLINK1"Toc481491980"参考文献24HYPERLINK1"Toc481491981"致谢251绪论1.1研究背景及意义这些年以来，各界对电力的需求越来越高，电力网络的发展势在必行[1]。对电力供给侧的增长，由于中国的快速发展电力系统并列运行可以适合愈来愈大的电能需求侧，在电力系统中，变压器占有非常重要的地位，能否将电能优质传递到客户端有着非常大的关系。所以变压器保持正常运行对电力系统至关重要。电力变压器一且发生故障，会给电力系统带来很大扰动，相当严重的后果是造成一级用电设备停电，因此，暂态分析在变压器运行过程中是十分必要的。电力系统供电可能会中断，对居民用户用电也造成了不便。因此通过变压器的稳态和瞬态过程的运行原理，可以对变压器进行经常性维护，对于变压器的各种情况下的运行也有一定的提高[2]。本文以单相双绕组变压器磁链、电压和状态方程在暂态情况下建立不同的方程组，分析了这种变压器在空载合闸、突然断电等的瞬态情况下能量的变化情况进行了分析并根据单相双绕组变压器在变压器二次短路、带纯电阻负载、空载合闸的三种可能性进行了瞬态过程的仿建立数学模型，并在将仿真实验在MATLAB中设计进行，由建模仿真过程比较得到了单相双绕组变压器瞬态过程的影响因素。12国内外研究现状在电力计算机上对电力网络的运行进行数学计算并且进行模拟仿真是数字模拟仿真，"关于对数字仿真的建立一股情况下分为三个步骤：对元件进行一定的建立，对数学模型惊醒一定的建立，根据元器件的建立以及数字模型的建立进行最终的仿真模拟，由于研究目的不尽相同，所以对于研究模型的要求也不尽相同[3]。短路时电流会突然增大，断线时电压会突然增大，这种情况下可以采用电磁暂态的方式进行研究。电压和电流的剧烈变化会引起电磁的改变在很早的时候就被发现了，科技在快速增长，在20世纪70年代末以后对于变压器的研究变得越来越多，变压器中的一种双绕组变压器变得尤为重要，有两种方法进行仿真：经变压器磁链方程进行求解未知数，根据仿真元件进行仿真分析未知电气因数"第一种比较麻烦需要大量的计算，第二种比较难需要构建模型[4)。"用于研究电力系统暂态过程的数字仿真软件有很多：德国西门子的NETOMAC,加拿大Manitoba直流研究中心的PSCAD(EMTDC,加拿大哥伦比亚大学的MICroTran,美国Mathwork有限公司的MATLAB的Power System Blockset,和挪威的SINTEF能源研究院的ATPDraw(EMTP)等。变压器是一个运行非常复杂的元件所以对于变压器的分析，要考虑很多因为磁路饱和的特性只有非线性元件拥有，所以变压器是非线性元件，因为是非线性的缘故，不可能得到一个通解，一般情况下是通过迭代法进行计算，使用计算机进行计算的居多[5]。暂态情况下和稳态情况下变压器的运行参数有着非常明显的差别。一次严重故障就是很多的小故障的叠加。所以对于变压器的设计要考虑长期小故障的干扰以及短期大故障的撞击。13本论文的研究内容及安排这篇文章主要对变压器的不同情况下的瞬时运行状态进行了整理，根据单相双绕组变压器的工作原理进一步证实单相双绕组变压器的数学模型。其次，在对单相双绕组变压器磁链、电压和状态方程在瞬态过程中的建立过程进行分析的基础上，使用Simulink软件对单相双绕组变压器瞬态过程进行建模和仿真，研究单相双绕组变压器在空载合闸、负载运行突然断电等瞬态情况下电流、电压的变化情况，为变压器在在电力系统中的选型及应用制提供一些理论依据。最后，对单相双绕组变压器瞬态过程分析的建模与仿真实验数据进行分析、总结，为单相双绕组变压器在实际中应用奠定较好的理论分析基础。2.单相双绕组变压器原理分析与模型2.1单相双绕组变压器的功能、特点双绕组和三绕组说的是变压器的绕组数目，三绕组一般是分为三个电压等级，是高压、中压、低压，双绕组一般是分为两个电压等级是高压和低压。变压器根据相数的划分可以划分为两种，常见的就是单相，两相，三相，三相就是三个单相组合而成[6。和单相变压器比起来，三相变压器更加实用。单相变压器结构简单，但是灵活度不够，三相变压器就很好的解决了这个问题。在三相中只存在一个铁芯，所以大大节省了材料。一台变压器如果有三个线圈，对于材料的使用率是非常高的。当然在特大型变压器中，由于三相变压器体积大原因，单相变压器小，所以常常将三相变压器分开为单相的用来运输，在之后再对其拼接。多相变压器往往用在整流过程中，使用多相变压器可以使变压器的输出波形更加完整合理，提高了变压器的使用效率[]。在变压器的使用中最常使用的是配电使用的变压器和一般的变压器。用户侧变电站一般是降压变电站，这种变电站一般有两个使用功能，一个是输送电能，另一个就是解决用户用电问题。在这种情况下，在变压器两侧，一次侧是高压，二次侧是低压，这时就会使用具有三个线圈的变压器。在二次侧使用低电压的输出，适用于用户侧的供电使用。可能会使用半容量的，对于远距离的输送可能会用到全容量[8]。22数学模型的建立与分析为了便于研究，在建立单相双绕组变压器的线性数学模型时有如下假定：励磁磁动势所产生的磁通分为主磁通和漏磁通，主磁通与变压器中的所有绕组都相交链，漏磁通与所在绕组的全部匝数相交链：认为各绕组电阻为常数，即不考虑绕组电阻的集肤效应和温度效应：不考虑铁芯中的磁滞涡流损耗。在线性的基础上，再考虑实际情况下主磁路的励磁饱和，根据以上两点构建非线性的实际数学波形。其磁耦合如图1.1所示。由于变压器对电网来说，相当于负载，要从电网吸取电功率，故设一次侧绕组的电压和电流的正方向为关联方向：而变压器工作时，二次侧接负载变压器向负载提供功率，故二次绕组的电压与电流的正方向设为非关联方向：设电流和磁通的正方向符合右手螺旋定则，据此建立单相变压器的数学模型[9]。图1单相双绕组变压器磁耦合关系图(1)磁链方程单相双绕组变压器中交链每相绕组的总磁通为：(2.1)式(21)中，它们分别由一次侧磁动势和二次侧磁动势构造。在数值上，漏磁通虽然只占总磁通的很小一部分，但它对决定变压器性能起着重要作用[0]。交链一、二次绕组的途径铁芯的主磁通。每个绕组的总磁链为：(2.2)式(22)中，、分别为一、二次绕组匝数。将磁路欧姆定理应用于式(2.2)，有(23)(2.4)式(23)和式（2.4)中，、依次一、二次侧漏磁路的磁导：为主磁路的磁导：、分别为流过一、二次绕组的电流。由磁链定义式，又有(2.5)式(2.5)中，、依次是一侧绕组和二次绕组的自感系数：、则为互感系数[11]。