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1、精选优质文档-倾情为你奉上基于matlab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行分析，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。随着科学技术的发展，仿真技术也得到了很大程度的发展，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精确的计算机仿真。本文先是对变压器的稳态和暂态运行特性进行分析，然后运用matlab软件，通过编写matlab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
2、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行仿真，保证了结果的准确可靠。而对于磁化曲线，则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行了简单的分析，找到了在变压器的过渡过程中对变压器最不利的情况，并且也和理论相对比，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，matlab仿真BASED ON THE MATLAB SIMULATION ANALYSIS OF TRANSFORMER RUNNING CHARACTERISTICSABST
3、RACTTransformer is an important and indispensable electrical components in the power system, the operation of the transformer also affects the normal operation of power system, therefore, we should analyze the running characteristics of the transformer, especially the transient state characteristic
4、of the transformer, because that during the transient process may appear larger over-voltage or over-current, which might cause something wrong to the transformer.With the development of science and technology, the simulation technology has been developed greatly, and it has been no longer limited t
5、o the traditional physical simulation, but a more convenient and concise computer simulation which is more accurate. This article first to the transformer of a theoretical analysis of steady state and transient operation characteristics, and then use matlab software, by writing the matlab program to
6、 realize the simulation analysis, the characteristics of the transformer transient operation including transformer no-load closing to the power supply and the sudden short circuit of the transformer in both cases, the transformer no-load closing to this kind of situation and power supply by distingu
7、ish whether iron core saturation, respectively, using analytic method and the fourth order runge kutta algorithm simulation, ensure the accurate and reliable results. For the magnetization curve, the interpolation method was adopted to realize the unsaturated zone of magnetization curve fitting, the
8、 saturated area USES the straight line instead of the magnetization curve. And the simulation results are combined with theoretical knowledge has carried on the simple analysis, found in the process of the transition of the transformer of transformer is the most unfavorable situation, and also compa
9、red, and the theory simulation method used to verify the correctness and feasibility.KEY WORDS: transformer, the transient state characteristic, no-load closing, sudden short circuit, the matlab simulation目 录专心-专注-专业第1章 绪论1.1 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
10、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行定性和定量的精确分析，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行分析，尤其是暂态特性。1.2 国内外研究现状随着人们对变压器技术的不断探索，变压器技术已经从基本感应定律发展到能对变压器的结构进行合理的设计、在理论上对变压器运行时的各种现象进行详细分析、使变压器的理论模型达到更高的精确程度。在国外，F.preisach在1935年提出了铁磁材料磁化过程的分层模型，并用数学语言进行描述，用磁密度函数的平面积分描述了铁磁材料磁场强度的变
11、化。Marion L.Hodadon在传统的F.preisach模型基础上进行改进，使之适应于任何形状的磁滞回线，并取得了显著成效。M. Poliak用九次多项式来拟合铁磁材料基本磁化曲线，但并没有考虑到磁滞效应和涡流效应。A.Wiszniewski分析了铁磁材料的暂态特性，用基本曲线进行计算，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Jiles.Atherton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Matlab的环境下，建立单独的功能模块，通过有机的整合功能模块搭建变压器的仿真模型。而在国内，周小沪、李晓庆等推导出了三
12、相间的连接关系方程，建立了三相变压器仿真模型，对三相变压器的励磁涌流、短路试验电流进行了仿真，仿真结果和理论分析吻合。何越、熊元新等基于Matlab软件，对单相变压器和三相变压器的合闸涌流进行了仿真研究，同时对压器空载合闸涌流特性进行了深入的分析，对变压器差动保护的精确整定以及变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法提供了突破口。袁兆强、凌艳对考虑磁滞、剩磁影响时的变压器饱和特性以及变压器在空载合闸瞬变过程中励磁涌流及其影响因素、谐波的变化进行了仿真分析。1.3 本文研究的主要内容本文以应用在电力系统中的电力变压器为研究对象，在对变压器基本原理研究的基础上，通过Matlab软件，实现对变压器动态运行特
13、性的仿真。Matlab软件具有强大的数值计算能力，计算速度快、精度高，有许多先进、可靠的算法，使用时只需将M文件编辑好，直接输入即可得到想要结果或图形，方便简单。本文先是对变压器的稳态和动态运行特性做出理论上的介绍，然后利用matlab软件对变压器的动态特性进行仿真和分析，主要包括变压器空载合闸到电源和突发短路两种情况时励磁涌流的情况，并且对于变压器空载合闸到电源分别从不考虑饱和和考虑饱和两种情况用解析法和Runge kutta法对其仿真，把仿真的结果同理论介绍相对比，看结论是否一致。 第2章 Matlab软件仿真是为了解决实际中可能发生的情况，不仅有助于人们对各种设备的特性进行分析研究，也在
14、很大程度上避免了设计缺陷而带来的潜在危险以及实际所需的各种设备的昂贵价格。这样即节省了成本也节约了时间。在对变压器的运行特性仿真研究中，常用到的是通过matlab编写M文件仿真或者是通过SIMULINK软件建模进行仿真分析。M文件的编写与调试是在Matlab Editor/Debugger下进行的，这个集成环境可以方便地进行新建、修改和存储，M文件是一串按用户意图排列而成的指令集合，可以直接执行，用户只需在命令窗口中输入文件名即可执行。并且在matlab中，无论是问题的提出还是结果的表达都采用习惯的数学描述方法，并不需要用传统的编程语言进行处理，简单方便。而SIMULINK是一个进行动态系统的
15、建模、仿真和综合分析的集成软件包，可以处理线性、非线性系统，离散、连续和混合系统，单任务和多任务离散事件系统。在SIMULINK提供的图形用户界面GUI上，只需进行鼠标的简单拖动即可构造出复杂的仿真模型。从建模的角度看，SIMULINK既适用于自上而下的流程设计，又适用于自下而上的逆程设计。从分析研究角度看，这种SIMULINK模型不仅让用户知道具体环节的动态细节，而且能够让用户清晰地了解到各子程序、各系统之间的系统交换，掌握各部分的交互影响。 本文采用编写M文件来实现对变压器运行特性的仿真分析。主要使用了Matlab中的数值计算功能中的插值法和四阶龙格库塔算法。2.1 Matlab简介 Matlab的全称为Matrix Laboratory，是一种功能十分强大，运算效率很高的数字工具软件。起初专门用于矩阵计算，经过多年的发展，在matlab的环境下，用户可进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出和文件管理等多项操作。Matlab的语言程序文件为文本文件，后缀为.m，称为M文件，matlab提供专门的M文件编辑器，使得M文件具有保存和容易修改命令的优点，并且通过M文件还可以编写具体的功能函数，使程序的编写得到简化。2.2 Matlab的特点（1） 容易使用 允许以数学形式的语句编写程序，在命令窗口输入命令即可直接得到结果。（2） 可由多种操作系统支持 支
