MATLAB是一套高效的工程計(jì)算軟件,簡單易學(xué),功能強(qiáng)大,Simulink是MATLAB提供的實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的軟件包[2],有專門用于電力系統(tǒng)仿真的模塊庫,庫中含有圖形用戶分析工具Powergui,用戶只需選擇所需的模塊建模,設(shè)置模塊參數(shù),進(jìn)行調(diào)試和仿真即可,使系統(tǒng)仿真變得就像“搭積木”一樣簡單。本文利用MATLAB仿真軟件,結(jié)合具體的算例,建立三相變壓器勵(lì)磁涌流的Simulink模型,得出相應(yīng)的勵(lì)磁涌流波形,并利用Powergui模塊中的FFT Aanalysis對(duì)三相勵(lì)磁涌流波形進(jìn)行諧波分析,仿真結(jié)果表明勵(lì)磁涌流的波形特點(diǎn)與理論相吻合。
1 三相變壓器勵(lì)磁涌流仿真建模
三相變壓器的勵(lì)磁涌流仿真模型[3]如圖1所示。
系統(tǒng)的基本參數(shù):電源為無窮大功率電源,額定容量為10000MV.A,額定電壓為110kV,線路長度為50km,每千米線路的電阻和電抗分別為0.17[Ω]和0.4[Ω],變壓器的額定容量為20MV.A,變比為110/11,[Uk%=10.5],[ΔPk=135kw]。
由三相斷路器控制合閘時(shí)間,變壓器的副邊繞組開路,各模塊的參數(shù)由所給系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算得出,變壓器選擇“飽和鐵芯”,仿真算法采用Ode23tb。三相故障模塊是進(jìn)行變壓器副邊發(fā)生短路故障仿真時(shí)所用模塊,在空載合閘仿真中不動(dòng)作。
2 仿真結(jié)果及分析
設(shè)置空載合閘時(shí)間t=0.002s,合閘角設(shè)為0度,0.2s~0.3s在變壓器副邊發(fā)生三相短路故障,0.3s故障切除,仿真總時(shí)間為0.5s,仿真得出空載合閘和外部故障切除后變壓器的A相勵(lì)磁涌流波形如圖2所示。
從圖2中可看出,在變壓器空載投入和外部故障切除時(shí),導(dǎo)致變壓器飽和,產(chǎn)生了勵(lì)磁涌流,與前面理論分析一致。
設(shè)置空載合閘時(shí)間t=0.002s,仿真結(jié)束時(shí)間為0.5s,得出變壓器三相勵(lì)磁涌流波形,利用Powergui模塊中的FFT Aanalysis對(duì)三相勵(lì)磁涌流波形進(jìn)行諧波分析,如圖3所示。
從圖3的(a)、(b)、(c)中可明顯看出,三相的勵(lì)磁涌流不同,A、C兩相的波形偏離時(shí)間軸的一側(cè),這是由于勵(lì)磁涌流包含很大非周期分量的原因。B相的波形表現(xiàn)為對(duì)稱性,并且三相勵(lì)磁涌流均為間斷性,對(duì)稱性涌流間斷角偏小。從諧波分析結(jié)果看出A、C兩相含有大量的直流分量,直流分量占基波分量的百分比分別為43.76%和47.04%,并且三相波形中均含有高次諧波,以2次諧波為主,2次諧波分量占基波分量的百分比分別為33.83%、32.42%和33.46%。
勵(lì)磁涌流的波形還與電源電壓大小、合閘時(shí)的合閘角、系統(tǒng)等值阻抗、變壓器容量、繞組的接線方式和鐵芯的飽和程度等因素有關(guān)[4,5]。改變模型中各模塊的參數(shù)再仿真,可對(duì)不同情況下的勵(lì)磁涌流波形進(jìn)行進(jìn)一步的研究和分析。
3 結(jié)論
本文利用MATLAB軟件在其Simulink仿真平臺(tái)建立了變壓器勵(lì)磁涌流模型,合理設(shè)置各模塊參數(shù),進(jìn)行了空載合閘和外部故障切除后情況下的仿真,利用Powergui對(duì)勵(lì)磁涌流波形進(jìn)行諧波分析,通過仿真可直觀地顯示三相變壓器勵(lì)磁涌流波形的特點(diǎn),表明了MATLAB具有強(qiáng)大的仿真功能,是變壓器保護(hù)研究和理論教學(xué)強(qiáng)有力的仿真工具。