电力变压器温度建模与仿真研究
基于MatLab的电力变压器建模和仿真分析(1)
2.4.2 仿真参数介绍及波形 ................................................................................... 32 2.5 仿真三相变压器 T3 的内部故障 ................................................................... 38 2.5.1 仿真 T3 相间短路（AB 相）的模型如图 .................................................. 38 2.5.2 模型参数介绍及波形 ................................................................................... 38 2.5.3 仿真 T3 匝间短路的模型如图 .................................................................... 42 2.5.4 模型参数介绍及波形 ................................................................................... 42 第三章 变压器仿真波形分析 ............................................................................... 45 3.1 对励磁涌流进行 FFT 分析 ............................................................................. 45 3.2 对外部故障进行 FFT 分析 ............................................................................. 46 3.3 对内部故障进行 FFT 分析 ............................................................................. 47 总结 ......................................................................................................................... 49 参考文献 ................................................................................................................. 50 附录：外文翻译 1 .................................................................................................. 51 外文翻译 2 .............................................................................................................. 56 指导教师评语表 ..................................................................................................... 60
基于MATLAB的变压器仿真 与分析
于MATLAB_Simulink的变压器建模与仿真基于MATLAB/Simulink的牵引变压器建模与仿真徐（西安铁路局安康供电段新陕西汉中 723000）摘要：针对多种牵引变压器接线方式，建立数学模型，基于Matlab/Simulink仿真软件，建立牵引变压器的仿真模型，并验证数学模型和仿真模型的一致性。
利用所建立仿真模型对不同接线形式牵引变压器在不同条件下对公用电网产生的谐波和负序影响进行仿真试验，对研究各种类型的牵引变压器特性在我国电气化铁路的应用提供条件。
关键词：牵引变压器；数学模型；仿真模型；Matlab/Simulink 中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0610061－03 牵引变压器按其特性可分为平衡接线和不平衡接线。
其中不平衡接线有单相接线、Vv接线和YNd11接线；平衡接线是试图实现三相两相对称变换而提出的，主要代表方式有Scott，Leblanc、Kubler、Wood-bridge、阻抗匹配接线等。
本次主要总结了常用牵引变压器的特点并建立数学模型，包括每种牵引变压器的原理结构、原次边电气量关系等，基于Matlab/Simulink软件建立牵引变压器仿真模型，并对牵引变压器在不同条件下的负序、谐波特性的进行了研究. 1 牵引变压器数学模型研究 1.1 YNd11接线 YNd11变压器接线原理如下图所示，如果忽略激磁电流及其漏阻抗压降，二次侧绕组ac相与一次侧绕组A相同相，cb相与C相同相。
由于变压器一次侧绕组A，B，C相与电力系统的相序一致，A相滞后C相，对应的二次侧ac也滞后cb相[2]。
其中Z为牵引端口对应变压器漏抗，和β相的端口电压。
1.2 Vv接线 Vv接线牵引变压器接线原理如图2所示。
为二次侧空载相即α相图2 Vv接线牵引变压器设Vv接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为可得电流输入输出关系[3]：和，电压输入输出关系如下：图1 YNd11接线牵引变压器设YNd11接线变压器一次侧、二次侧绕组匝数分别为和假设变压器原边中性点接地，可以得出一次侧三相电流。
高压电力设备温度场仿真分析
高压电力设备温度场仿真分析一、引言高压电力设备是电力系统的重要组成部分，在输电、变电、配电等方面都发挥着重要作用。
为了确保高压电力设备的正常运行，对其进行温度场仿真分析有助于发现问题，提高设备的运行效率和延长其使用寿命。
二、高压电力设备温度场的形成在高压电力设备中，由于电流通过设备，设备会产生电阻。
通过欧姆定律，我们知道电阻会产生热量。
设备通过散热来消散热量，散热的能力不足会使设备的温度升高。
在高压电力设备的内部，由于电流分布的不均匀，设备内部的一些部分会比其他部分热，形成片状、点状热场。
这些热场会随着时间的推移而不断变化，其变化的趋势与设备的结构、外部环境因素以及设备本身的特性相关联。
三、高压电力设备温度场仿真分析的作用高压电力设备温度场仿真分析可以帮助我们了解设备内部的温度分布和变化趋势。
我们可以通过得到的仿真数据，对设备进行优化改进，提高其散热能力，延长其使用寿命。
同时，通过仿真结果，我们还可以判断设备是否存在局部异常的温度升高现象。
对异常的部分可以进行更为详细的分析，找出问题产生的原因，采取有效的措施加以解决。
四、高压电力设备温度场仿真分析的方法高压电力设备温度场仿真分析的方法可以分为两类：一是基于数学模型的仿真方法，另一种是基于有限元方法的仿真方法。
基于数学模型的仿真方法适用于较为简单的设备，方法简单，速度快。
采用这种方法需要先根据设备的物理特性建立模型，然后解出偏微分方程，得到模型的温度分布曲线。
基于有限元方法的仿真方法可模拟较为复杂的高压电力设备，其精度更高，更加逼真。
这种方法需要将设备分割成多个小区域，建立各区域之间的数学关系，求解得到该设备的温度场分布。
五、高压电力设备温度场仿真分析的关键因素高压电力设备温度场仿真分析的关键因素包括：设备本身的结构、环境的影响、电流分布的不均匀性以及与设备相连的引线电缆等附件的影响。
六、高压电力设备温度场仿真分析的案例分析一种高压电力开关设备，由于对其散热导柜结构进行了优化，未来将会在新项目中使用。
电力系统中的建模与仿真
电力系统中的建模与仿真电力系统是现代社会不可或缺的基础设施之一，其复杂性和重要性也使得对其运行进行建模和仿真成为必要的研究。
建模和仿真是电力系统研究的重要手段，可以模拟不同情况下的系统运行状态，进而预测和优化其性能。
一、电力系统建模电力系统的建模可以从几个方面入手：1）设备建模，包括发电机、变压器、电缆和配电设备等；2）线路建模，考虑其参数和拓扑结构；3）控制设备建模，例如自动调压器、断路器和开关等；4）系统建模，将各种设备和线路组成一个完整的电力系统。
发电机是电力系统的核心设备之一，其建模需要考虑其机械和电气特性，例如电压、电流、转速等；变压器的建模也需要细心考虑其参数，例如变比、内部电阻和电感等。
线路建模需要考虑不同线路之间的耦合关系，传输的能量以及阻抗等参数。
控制设备建模需要考虑开关状态，自动化控制逻辑以及失败模式等。
电力系统的建模需要充分考虑到其实际运行状态，对各个设备的参数和控制进行精细的仿真，以便获得准确的、可靠的数据，从而更好地优化电力系统的运行性能。
二、电力系统仿真仿真是对电力系统建模的一种延伸，目的是模拟系统在不同情况下的运行状态，例如控制系统的性能、负载的影响以及故障发生的影响等。
仿真可以帮助电力系统工程师更好地预测系统的性能，诊断和解决系统故障。
仿真的实现方法包括数学仿真和物理仿真两种。
数学仿真是通过计算机模拟算法来实现的，主要是为了解决比较复杂的系统问题；物理仿真则是通过实际的物理系统来模拟电力系统的运行，可以用来验证模型的准确性。
电力系统仿真需要考虑到实际运行环境，包括负载特性、控制系统逻辑和系统运行情况等。
仿真所得到的数据应该是可靠的、准确的，并且可以用于进一步的电力系统优化。
三、电力系统仿真的重要性仿真的重要性在于可以帮助电力系统工程师更好地理解和分析电力系统。
仿真不需要在实际的系统上进行测试，可以大大降低测试成本和风险。
另外，仿真还可以帮助工程师在设计新系统或升级现有系统时进行评估和分析，从而更好地满足用户需求。
电力变压器仿真模型的设计(浙大论文)
毕业设计（论文）题目电力变压器仿真模型的设计姓名与学号郑太英 3991001005 指导教师何奔腾年级专业小班 2000级电气工程及其自动化001班所在学院和系电气工程学院2004 年 06 月 10日摘要随着电力系统的飞速发展，对变压器的保护要求也越来越高。
研究三相变压器地暂态过程，建立一个完善的变压器仿真模型，对变压器保护方案的设计具有非常重要地意义。
本文在Matlab的编程环境下，分析了当前的变压器仿真的方法。
在单相情况下，分析了在饱和和不饱和的励磁涌流现象，和单相励磁涌流的特征。
在三相情况下，在用分段拟和加曲线压缩法的基础上，分别用两条修正的反正切函数，和两条修正的反正切函数加上两段模拟饱和情况的直线两种方法建立了Yd11、Ynd11、Yny0和Yy0四种最常用接线方式下三相变压器的数学仿真模型，并在Matlab下仿真实现。
通过对三相励磁涌流和磁滞回环波形分析，三相励磁涌流的特征分析，总结出影响三相变压器励磁涌流地主要因素。
最后，分析了两种方法的优劣，建立比较完善的变压器仿真模型。
关键词：三相变压器、励磁涌流、仿真、数学模型AbstractAlong with the electric power system’ development, the request of the protection of the transformer is more and more high. It has count for much meaning to the transformer protecting project to study the transient of a three-phase transformer, and found a perfect three-phase transformer’s digital model.This paper is worked with Matlab, analyzes the current methods of transformer’s digital model. In single-phase transformer, it is analyzed that the inrush current in saturate and unsaturated states, and the characters of the single-phase transformer’s inrush current. In three-phase transformer, with the foundation of the method of compressing curves, we use respectively two modified functions, and two modified functions and two straight line to establish four kinds of transformer’s digital model, such as Yd11, Ynd11, Yny0, Yy0, and realize these with Matlab. After analyzing the wave form of the three-phase transformer’s inrush current and hysteresis, and the characters of three-phase transformer’s inrush current, it is concluded that the primary factors which affect three-phase transformer’s inrush current. Finally, after analyzing the advantages and disadvantages of two methods, a good digital model of three-phase transformer is established.Keywords:three-phase transformer, inrush current, simulation, digital model目录绪论............................................................- 8 -一．本课题意义.....................................................................- 8 -二．本论文的主要工作.........................................................- 9 -三．使用工具介绍.................................................................- 9 -第一章变压器的基本原理.....................- 11 -§1.1变压器的工作原理.......................................................- 11 -§1.2 单相变压器的等效电路..............................................- 12 -§1.3 三相变压器的等效电路及连接组问题......................- 13 -第二章变压器仿真的方法简介............- 15 -§2.1 基于基本励磁曲线的静态模型..................................- 15 -§2.2基于暂态磁化特性曲线的动态模型...........................- 16 -§2.3非线性时域等效电路模型...........................................- 17 -§2.4基于ANN的变斜率BP算法.........................................- 18 -第三章单相变压器的仿真....................- 20 -§3. 1 单相变压器仿真的数学模型.....................................- 20 -§3.1.1单相变压器的等效电路分析....................................- 20 -§3.1.2龙格－库塔法则的介绍............................................- 21 -§3.2 单相变压器仿真的程序流程及功能介绍..................- 23 -§3.3 单相变压器仿真的实例计算及结果分析..................- 24 -§3.3.1单相变压器仿真的波形分析.....................................- 24 -§3.3.2单相变压器的励磁涌流的分析.................................- 25 -§3.3.3单相变压器励磁涌流的特征.....................................- 28 -第四章三相变压器的仿真....................- 29 -§4. 1 三相变压器仿真的数学模型.....................................- 29 -§4.1.1仿真的数学依据........................................................- 29 -§4.1.1.1三相变压器Yd11连接组模式..................................- 29 -§4.1.1.2三相变压器Ynd11连接组模式................................- 31 -§4.1.1.3三相变压器Yny0连接组模式..................................- 32 -§4.1.1.4三相变压器Yy0连接组模式....................................- 32 -§4.1.2电源电压的描述........................................................- 33 -§4.1.3铁心动态磁化过程简述.............................................- 33 -§4.1.3.1极限磁滞回环的数学描述........................................- 34 -§4.1.3.2暂态局部磁滞回环的描述........................................- 35 -§4.1.3.3剩磁的处理................................................................- 36 -§4.2 三相变压器仿真的程序流程及功能介绍..................- 36 -§4.2.1分段拟和加曲线压缩法方法一（两段修正的反正切函数）.......................................................................................- 36 -§4.2.2分段拟和加曲线压缩法方法二（两段修正的反正切函数加两段直线）.......................................................................- 38 -§4.3 三相变压器仿真的计算实例及结果分析..................- 39 -接§4.3.1励磁涌流的仿真........................................................- 39 - §4.3.1.1方法一：用两段修正的反正切函数拟和压缩.......- 39 - §4.3.1.2方法二：用两段修正的反正切函数加两段直线拟和压缩..............................................................................................- 41 - §4.3.1.3两种方法的比较分析................................................- 42 - §4.3.2影响变压器励磁涌流的主要因素及结果分析.........- 42 - §4.3.2.1剩磁对变压器励磁涌流的影响...............................- 42 - §4.3.2.2合闸初相角对变压器励磁涌流的影响...................- 43 - §4.3.3三相变压器励磁涌流的特征.....................................- 44 -第五章 结论与展望................................- 46 -参考文献......................................................- 47 -附录 Matlab 程序.....................................- 48 - §1.在Yd11接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序.......................................................................................- 48 - §2.在Ynd11线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序...................................................................................- 52 - §3.在Yny0接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序.......................................................................................- 54 - §4.在Yy0接线方式下两段反正切函数拟和极限磁滞回环的程序...........................................................................................- 55 -接§5.在Yd11接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序...................................................................- 56 - §6.在Ynd11线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环...........................................................................- 59 - §7.在Yny0接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序...................................................................- 60 - §8.在Yy0接线方式下两段反正切函数加两段直线拟和极限磁滞回环的程序.......................................................................- 61 -致 谢..........................................................- 62 -绪论一．本课题意义众所周知，衡量一个国家的发展水平关键是看这个国家的经济实力，而在各个行业各个领域的发展中，都离不开对电力的要求。
油浸式三相电力变压器电磁场及温度场的瞬态仿真分析
油浸式三相电力变压器电磁场及温度场的瞬态仿真分析本文研究模拟S7-10kV级以下，额定容量为630kVA的三相油浸式电力变压器在瞬态启动过程中铁芯与绕组在各相峰值时刻电磁场的分布状态以及其所产生的损耗作为内热源，来模拟铁芯与绕组温度场的分布情况。
目前国内外学者只针对变压器电磁场和温度场来单独进行研究，或是只给定绕组电流密度来模拟变压器的温升情况。
本文通过对模拟电力变压器正常运行过程中产生的损耗来转化为变压器的内热源，从而分析其温度场的分布情况，这样可以更准确的与实验结果相校核，从而探索出影响变压器温升值的根本因素。
本文通过ANSYS Workbench14.0有限元分析软件中的ANSOFT Maxwelll和Transient Thermal模块来分别模拟变压器铁芯与绕组在各相峰值时刻的电磁场分布情况与温度场分布情况。
首先对变压器分别进行空载、负载系数为0.5、负载系数为1三种不同负载运行工况下的电磁场模拟，分析其瞬态启动过程中产生的感生电压、负载电流波形的变化，并研究铁芯与绕组在各相峰值时刻的磁感应分布（B）特性、磁场分布（H）特性、电流密度分布（J）特性等。
然后将结果集成到Transient Thermal 模块来计算铁芯与绕组的损耗，并模拟其温度场从瞬态到稳态过程的分布情况，以及铁芯与绕组最大温差值的变化特性。
通过分别对变压器在空载、负载系数为0.5、负载系数为1工况下进行电磁场模拟，结果表明三相中一次侧电压与对应二次侧感生电压值之比为25：1；在空载工况和负载系数为1工况下的两次模拟结果显示，空载电流远远小于初级额定电流的5%～8%；空载工况下会产生励磁涌流现象其最高电流可达到稳态电流的6～8倍，而大容量变压器可达到几十倍以上。
通过以上结论可知模拟的结果符合实际情况，满足变压器仿真要求。
模拟分析铁芯和绕组在各相峰值时刻的电磁场分布情况，中间B相的磁场强度相较于A、C两相变化范围小，绕组的磁场矢量变化形式整体呈锥形分布，最大磁场强度出现在铁芯横向与纵向交汇处；随着负载系数的增大，绕组的磁场强度随之成倍数增加；三种工况下铁芯各相的磁感应分布均匀，随着负载系数的变化，铁芯表面的磁感应均值和最大值变化不大，负载系数对铁芯表面磁感应强度没有影响。
电力电子系统的建模与仿真研究
电力电子系统的建模与仿真研究一、引言随着工业化和信息化不断推进，电力电子成为了近些年来的热点研究领域之一。
电力电子技术是指在电力系统中对电能进行转换、控制和调节等过程中应用的电子技术，其所涉及到的领域包括功率电子器件、电磁兼容、系统控制等方面。
在电力电子系统的设计与开发过程中，建模与仿真技术已经发挥了重要的作用，本文将对电力电子系统建模与仿真研究进行探讨。
二、电力电子系统建模技术电力电子系统建模是指对于电力电子系统的各个组成部分进行抽象和模拟，以期能够得到该系统的整体性能和特性。
电力电子系统建模技术可以分为两类：物理建模技术和黑盒建模技术。
1.物理建模技术物理建模技术是指基于物理原理和电路等的数学模型对电力电子系统进行建模。
比如，对于交流变电站来说，可以利用电机理论及变压器的等效电路进行模拟。
物理建模技术适用于系统结构相对稳定和系统的单元较为清晰的情况下，能够更精确地反映工程实际应用。
2.黑盒建模技术黑盒建模技术是指将某些受控系统作为整体，而不考虑其内部结构和机制，将系统的输入和输出关系进行数学描述。
黑盒建模技术适用于系统内部结构复杂、组成部分很多或者对系统行为知识不够充分或不可预知的情况。
常用的黑盒建模技术包括ARMA、ARIMA、ARMAX、Gray Box等。
三、电力电子系统仿真技术电力电子系统仿真技术是指将建模结果转化为可以数字化处理的仿真模型，开展电力电子系统行为的数字化仿真分析。
在电力电子系统设计中，利用仿真技术可以预测系统性能、分析系统的优化方案和研究系统的控制策略。
电力电子系统的仿真技术包括离散时间仿真与连续时间仿真。
1.离散时间仿真离散时间仿真是指将一个连续时间的电路模拟器在存在离散时间的情况下进行仿真。
使用离散时间仿真可以很好地处理数值误差的问题。
通常，离散时间仿真适合于模拟具有整数时节性的系统。
离散时间仿真主要有的两种方法是事件驱动仿真和固定时间间隔仿真。
2.连续时间仿真连续时间仿真是指基于微分方程或者差分方程的模型对电力电子系统进行仿真。
电力系统的建模与仿真研究
电力系统的建模与仿真研究随着现代化的发展，电力系统的建模和仿真研究越来越受到人们的重视。
电力系统是一个由各种电力设备和组件组成的系统，它的运行和稳定性直接影响到人类的生产和生活。
因此，对电力系统进行建模和仿真研究，对于保障电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
一、电力系统建模电力系统建模包括对电力系统各种组件的建模和对电力系统的整体建模。
各种组件包括输电线路、变压器、发电机、负荷等，对它们进行准确的建模，可以模拟电力系统中各种电力现象和变化。
而整体建模则是将所有组件进行整合，并进行系统级别的研究和分析。
输电线路的建模是电力系统建模的重点之一。
输电线路是电力系统中连接各个地方的主要通道，它承担着电能的传输和分配。
输电线路的建模需要考虑许多因素，如电阻、电抗、电容等。
同时，输电线路还需要考虑环境因素对电能传输的影响，如气温、湿度、风速等。
因此，输电线路的建模需要进行多方面的考虑和分析。
变压器的建模也是电力系统建模的重点之一。
变压器是电力系统中将高电压转换成低电压的重要设备。
建立准确的变压器模型，可以对电力系统中的电压和电流进行准确的计算和分析。
同时，变压器模型还需要考虑多个因素，如短路电流、建筑尺寸、材料等。
发电机的建模也是电力系统建模中重要的一环。
发电机是电力系统的核心部件之一，其稳定性和运行效率对整个电力系统的运行和稳定性影响很大。
因此，发电机的建模需要充分考虑到其机械、电气和热力学等方面的特性，包括机械压力、转速、电流等。
同时，发电机模型还需要考虑到各种故障的发生和处理。
负荷的建模也是电力系统建模中不可忽略的部分。
负荷是电力系统中消耗电能的设备和用电单位所占的总和。
准确地建立负荷模型，可以对电力系统进行更准确的分析和仿真。
负荷模型需要考虑到各种负荷类型和消耗模式，以及电压、电流、功率等参数的变化。
二、电力系统仿真研究电力系统的仿真研究是利用计算机模拟电力系统的运行过程，以实验的方法来进行电力系统的状态分析和故障诊断。
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电力变压器温度建模与仿真研究
随着电力系统的不断发展和电力负荷的不断增长，电力变
压器在电网中扮演着至关重要的角色。
而电力变压器的温度是评估其运行状态的重要指标之一，高温会导致变压器的寿命缩短甚至故障发生。
因此，对电力变压器的温度建模与仿真研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
电力变压器的温度模型是通过对变压器内部和外部的热量
分布及传递进行研究，建立数学模型来描述变压器的温度分布情况。
温度建模旨在预测变压器在不同工作条件下的温度变化，并帮助决策者优化运维策略、提高变压器的运行安全性和寿命。
在电力变压器的温度建模研究中，一种常见的方法是基于
热平衡方程进行建模。
这种方法将变压器视为一个热力学系统，通过热量的收支平衡方程来描述变压器内部温度的变化。
另外，还可以基于电热耦合原理，考虑电流、电压和热损耗等参数的影响，建立电流和温度之间的关系。
这些模型可以通过实测数据进行参数拟合和验证，提高其准确性和可靠性。
除了静态温度建模，动态温度建模也是电力变压器研究的
重要方向之一。
动态温度建模考虑了变压器在不同负荷变化下的温度响应，可以帮助运维人员更好地了解变压器的工作状态
和运行特性。
动态温度建模通常需要考虑变压器的热惯性和传热过程的时间延迟等因素，通过数学模型进行仿真分析和预测。
温度建模的研究离不开对变压器内部热量的传递和散热机
制的研究。
电力变压器的内部热量是由电流激励产生的，而变压器的散热机制主要通过冷却系统实现。
因此，在温度建模研究中，对变压器内部的热量分布与传递进行准确的建模是非常重要的。
研究者可以借助流体力学和传热学等领域的理论和方法，建立冷却系统的散热模型，并将其与变压器的温度模型进行耦合，从而提高温度建模的准确性与可信度。
为了验证温度模型的准确性，仿真研究是不可或缺的一个
环节。
通过对温度模型进行仿真，可以得到变压器在不同工况下的温度分布图和温度变化曲线。
同时，也可以通过与实际变压器的运行数据进行对比和验证，进一步提高模型的可靠性和适用性。
在仿真研究中，研究者可以利用各种专业仿真软件，如ANSYS、COMSOL等，进行电磁场和热传输耦合仿真，实现对变压器温度建模的精确仿真。
综上所述，电力变压器的温度建模与仿真研究对电力系统
的运行和安全具有重要的意义。
通过建立准确的温度模型，可以对电力变压器的温度变化进行预测与分析，并优化运维策略，延长变压器的使用寿命。
在研究中，需要综合考虑变压器结构、
热特性、负载变化和冷却系统等因素，不断完善温度建模的理论和方法。
通过仿真研究和实际验证，可以提高建模的准确性和可靠性，确保变压器的安全稳定运行。