孫浩　黃巍　竇增

摘要：在Simulink仿真平臺上建立三相變壓器勵(lì)磁涌流仿真模型，對變壓器空載合閘投入和外部故障切除后兩種情況進(jìn)行仿真，得出勵(lì)磁涌流波形，并對其進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），驗(yàn)證了勵(lì)磁涌流的波形特點(diǎn)，仿真結(jié)果與理論相一致，表明MATLAB軟件具有強(qiáng)大的仿真功能，是變壓器保護(hù)研究和理論教學(xué)非常重要的工具。

關(guān)鍵詞：變壓器；勵(lì)磁涌流；MATLA

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）28-0182-02

Simulation and Analysis for Magnetizing Inrush Current of Three Phase Power Transformer by MATLAB

SUN Hao1， HUANG Wei2，DOU Zeng3

（1. College of Information and Control Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology， Jilin 132022，China；2. Changchun Power Supply Company ， Jilin Electric Power Co. Ltd. ，Changchun 130021，China； 2. Information & Telecommunication Company ， Jilin Electric Power Co. Ltd. ，Changchun 130021，China ）

Abstract： Magnetizing inrush current model of three phase transformer was established on the simulation platform ，in the two cases of no-load input and removed external fault， inrush current waveforms were obtained ， and which were carried out the Fast Fourier Transform ， and wave shape characteristics of magnetizing inrush current were verified， The simulation results are consistent with the theoretical analysis， and the simulation shows that the software of MATLAB is a good tool to be used to transformer protection research and theoretical teaching.

Key words： transformer；magnetizing inrush current；MATLAB

變壓器勵(lì)磁涌流是變壓器在電壓突然增加情況下，如空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，此暫態(tài)過程中變壓器可能會嚴(yán)重飽和，所產(chǎn)生的很大的暫態(tài)勵(lì)磁電流[1]。由于勵(lì)磁涌流常導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)誤動作，因此研究勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)，從而找出克服勵(lì)磁涌流對變壓器差動保護(hù)影響的措施，對于提高保護(hù)動作的正確率至關(guān)重要。

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)為對稱性，并且三相勵(lì)磁涌流均為間斷性，對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。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 徐桂清，張麗娣，崔新振，等.基于PSCAD/EMTDC的三相變壓器空載合閘仿真分析[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33（5）：31-35.