一种自适应变压器涌流抑制方法
阅读说明：本技术 一种自适应变压器涌流抑制方法 (Adaptive transformer inrush current suppression method ) 是由 马迎东 韩宝军 焦立波 高利平 于 2020-11-25 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种自适应变压器涌流抑制方法,旨在通过控制变压器合闸角度来抑制励磁涌流,降低因涌流过大对变压器本体造成损坏的目的。本发明首先通过采集变压器断路器分闸时刻角度,获取变压器各相剩磁幅值、极性关系,然后将各相剩磁与电源侧各相磁通组成数学模型,以寻求变压器最佳合闸角度,最后,根据实际合闸角和最佳合闸角偏差,调整剩磁峰值系数,优化变压器分闸后各相剩磁,以保证变压器在最佳合闸角合闸时涌流抑制效果最佳。本发明利用图形分析法,可直观明了找到最佳合闸相位规律,具有普遍适应性,可以实现变压器合闸时各相涌流最优,避免涌流分布不均情况,同时可以实现自适应剩磁优化,任意相快速合闸。(The application discloses a method for suppressing inrush current of a self-adaptive transformer, which aims to suppress excitation inrush current by controlling the switching-on angle of the transformer and reduce the damage to a transformer body caused by excessive inrush current. According to the method, the relation between the amplitude and the polarity of each phase of residual magnetism of the transformer is obtained by collecting the opening moment angle of the breaker of the transformer, then the residual magnetism of each phase and the magnetic flux of each phase at the power supply side form a mathematical model to seek the optimal closing angle of the transformer, and finally, the residual magnetism peak value coefficient of each phase after the opening of the transformer is adjusted according to the deviation of the actual closing angle and the optimal closing angle, so that the inrush current suppression effect of the transformer is optimal when the transformer is closed at the optimal closing angle. The method can intuitively and clearly find the optimal switching-on phase rule by utilizing a graphic analysis method, has general adaptability, can realize the optimal inrush current of each phase when the transformer is switched on, avoids the condition of uneven distribution of the inrush current, and can realize self-adaptive remanence optimization and rapid switching-on of any phase.)
技术领域
本申请涉及电力变压器技术领域，尤其涉及一种自适应变压器涌流抑制方法。
背景技术
电力变压器是电力系统中非常重要的设备，其重要性直接关系到整个电力系统的安全稳定运行。如果变压器损坏，不仅检修难度大、周期较长、影响电网的安全运行，甚至可能造成难以估计的经济损失以及社会影响，然而当人为正常空载投入变压器时，因系统电压的相角具有随机性及变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特征，可能产生额定电流6-8倍的励磁涌流，过大的励磁涌流，不仅增大了变压器误动风险，也增加了正常操作对变压器故障损坏几率。
为降低励磁涌流对变压器损伤，近些年，学者提出了多种涌流抑制方法，包括：软启动法、正序电压相位控制法、SPWM法、预先消磁、合闸电阻以及选相合闸等方法，但部分方法仅停留在仿真阶段，目前现场多采用励磁涌流抑制装置。
目前现场多采用励磁涌流抑制装置，其控制的核心是对断路器分合闸角度的精确控制，以实现磁路中的剩磁与偏磁是互克，来降低励磁涌流，但是对于三相变压器而言，由于分闸时刻相同，对应分闸角度不同，将会造成各相剩磁不同，采用控制分合闸角度虽然可以实现涌流抑制，但不能达到涌流最抑制最佳，可能存在某一相或者两相可能长期处于较高涌流水平。当保护跳闸后再次合闸，涌流抑制效果较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应变压器涌流抑制方法，以解决上述背景技术中提出现有技术中的问题。
一种自适应变压器涌流抑制方法，包括以下步骤：
S1、采集变压器断路器分闸时刻角度；
S2、根据各相分闸角度计算变压器各相剩磁幅值、极性关系；
S3、将各相剩磁与电源侧三相磁通组成数学模型；
S4、寻求变压器最佳合闸角度，进行合闸操作；
S5、根据最优合闸角与实际合闸角偏差，优化剩磁峰值系数为下次合闸做准备。
优选的，所述S1中，变压器在topn时刻分闸，对应A相电压相位为α，则利用电压积分法可以求得该时刻分闸对应的三相剩磁，分别为：
其中，ΦAr、ΦBr、ΦCr分别为变压器topn时刻A、B、C相三相剩磁，K值为单相剩磁峰值系数，首次合闸时取Φm(变压器稳定运行时铁芯磁通幅值)，此值可以通过分本方案多次合闸后实际相角偏差逐次优化，每次合闸前该值均为常数。
优选的，三相剩磁需满足：ΦAr+ΦBr+ΦCr＝0。
优选的，所述S3是将S2中的所得数据与系统预期磁通组建数学模型。
优选的，设：电源侧A相电压为UA(t)＝Umsin(ωt)，因为预期磁通落后于对应相电压90°，则有
其中，ΦA(t)、ΦB(t)、ΦC(t)分别为电源侧三相预期磁通，Φm为变压器稳定运行时铁芯磁通幅值，变压器某(A)相动态磁通可表示为：
其中，Φm饱和磁通、为原边A相电压初始相角、τ衰减时间常数，R、L为变压器单相回路总电阻及总电感τ＝L/R，当时，可以消除变压器铁芯中的暂态磁通，直接进入稳态(不产生涌流)，而电源侧电压为各相角度相差120°的正弦波，为均衡各相暂态磁通，根据公式(4)可知，当预期磁通越接近剩磁时，暂态磁通越小，则需求一个值使得下面三式中ΔΦA、ΔΦC、ΔΦC同时满足尽量小且三相数值均衡：
可以将上述绝对值数学模型转化为预期磁通到对应相剩磁距离的问题。
优选的，图形分析法实现方法为：
(1)建立X/Y轴，以(0.0)点为圆心，Φm为半径画圆，在圆上标记出三条纵坐标等于三相剩磁ΦAr、ΦBr、ΦCr的直线，假设有|ΦAr|>|ΦBr|>|ΦCr|；
(2)因圆方程可求，则剩磁ΦAr、ΦBr在圆上的坐标可以求得：A1和B1，连接该两点，其中垂线与圆相交C1点作为C相初始合闸角，此时A、B相初始相角也可知；
(3)当C1到ΦCr的距离小于等于B1到ΦBr的距离时，按照初始相角合闸；当C1到ΦCr的距离大于B1到ΦBr的距离时，在初始相角基础上偏移最小角θ，使C1到ΦCr的距离等于B1到ΦBr的距离，即1/2(YC1-YB1)，此时该距离对应的角度，就是最终合闸角。
优选的，在三相剩磁不为0时，存在剩磁幅值最小相对应两个最优合闸角，且两个最优角度偏差不为180°；当三相剩磁至少有一相剩磁为0时，剩磁为0相对应的两个最优合闸角相差180°。
优选的，当某一相剩磁为0时，最优合闸角度为剩磁为0相对应的角度，即kπ，其他相在剩磁为0相基础上，相应的顺、逆时针旋转120°。
优选的，所述S5中，当合闸角度与实际合闸角度有偏差时，优化K值，调整剩磁幅值；当实际合闸角度超前于最佳合闸角时，增大K值，即同时增大三相剩磁值；当实际合闸角度滞后于最佳合闸角时，减小K值，通过调整使合闸角度与实际合闸角相等，并记录本次K值剩磁计算系数用于下次合闸前剩磁评估。
优选的，根据变压器合闸前各相剩磁中剩磁最少相做为合闸参考相，通过系统各相对应剩磁距离选取最优合闸角，并通过K值实现优化下一次合闸角度。
本发明的有益效果是：首先通过采集变压器断路器分闸时刻角度，获取变压器各相剩磁幅值、极性关系，然后将各相剩磁与电源侧各相磁通组成数学模型，以寻求变压器最佳合闸角度，利用图形分析法，可直观明了找到最佳合闸相位规律，具有普遍适应性，可以实现变压器合闸时各相涌流最优，避免涌流分布不均情况，同时可以实现自适应剩磁优化，任意相快速合闸。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的方法流程图；
图2为捕捉电源侧合闸角度示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
专业技术术语解释说明，磁通：在磁感应强度为B的匀强磁场中，有一个面积为S且与磁场方向垂直的平面，磁感应强度B与面积S的乘积，叫做穿过这个平面的磁通量；
剩磁：剩磁是指铁磁性材质的物质残余的磁化强度；
预期磁通：期望磁通。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
参阅图1-2,一种自适应变压器涌流抑制方法，包括以下步骤：
S1、采集变压器断路器分闸时刻角度；
S2、根据各相分闸角度计算变压器各相剩磁幅值、极性关系；
S3、将各相剩磁与电源侧三相磁通组成数学模型；
S4、寻求变压器最佳合闸角度，进行合闸操作；
S5、根据最优合闸角与实际合闸角偏差，优化剩磁峰值系数为下次合闸做准备。
本发明的方法规避了现阶段剩磁精度低的问题，通过减少暂态磁通分量方法，利用图形分析法，选取最优合闸角，实现三相涌流抑制效果最优，同时根据合闸偏差角修正剩磁幅值，降低合闸角与最优角偏差。
通过采集变压器断路器分闸时电压角度，计算各相剩磁，由各相剩磁数值，选取合闸参考相，确定初始三相预期磁通角度，再通过参考相预期磁通与之对应相剩磁距离和其他任意一相到本相剩磁距离进行对比，当前者不大于后者时，预期磁通角即为最优合闸角，当前者大于后者时，对磁通角度进行最小角偏移，以求两者相等，此时合闸角就是最佳合闸角，另外需要指出的是，该距离模型可转化成内角模型。
优选的，所述S1中，变压器在topn时刻分闸，对应A相电压相位为α，则利用电压积分法可以求得该时刻分闸对应的三相剩磁，分别为：
其中，ΦAr、ΦBr、ΦCr分别为变压器topn时刻A、B、C相三相剩磁，K值为单相剩磁峰值系数，首次合闸时取Φm，此值可以通过分本方案多次合闸后实际相角偏差逐次优化，每次合闸前该值均为常数。
优选的，三相剩磁需满足：ΦAr+ΦBr+ΦCr＝0。
优选的，所述S3是将S2中的所得数据与系统预期磁通组建数学模型。
优选的，设：电源侧A相电压为UA(t)＝Umsin(ωt)，因为预期磁通落后于对应相电压90°，则有
其中，ΦA(t)、ΦB(t)、ΦC(t)分别为电源侧三相预期磁通，Φm为变压器稳定运行时铁芯磁通幅值，变压器某(A)相动态磁通可表示为：
其中，Φm饱和磁通、为原边A相电压初始相角、τ衰减时间常数，R、L为变压器单相回路总电阻及总电感τ＝L/R，当时，可以消除变压器铁芯中的暂态磁通，直接进入稳态(不产生涌流)，而电源侧电压为各相角度相差120°的正弦波，为均衡各相暂态磁通，根据公式(4)可知，当预期磁通越接近剩磁时，暂态磁通越小，则需求一个值使得下面三式中ΔΦA、ΔΦC、ΔΦC同时满足尽量小且三相数值均衡：
可以将上述绝对值数学模型转化为预期磁通到对应相剩磁距离的问题。
优选的，图形分析法实现方法为：
(1)建立X/Y轴，以(0.0)点为圆心，Φm为半径画圆，在圆上标记出三条纵坐标等于三相剩磁ΦAr、ΦBr、ΦCr的直线，假设有|ΦAr|>|ΦBr|>|ΦCr|；
(2)因圆方程可求，则剩磁ΦAr、ΦBr在圆上的坐标可以求得：A1和B1，连接该两点，其中垂线与圆相交C1点作为C相初始合闸角，此时A、B相初始相角也可知；
(3)当C1到ΦCr的距离小于等于B1到ΦBr的距离时，按照初始相角合闸；当C1到ΦCr的距离大于B1到ΦBr的距离时，在初始相角基础上偏移最小角θ，使C1到ΦCr的距离等于B1到ΦBr的距离，即1/2(YC1-YB1)，此时该距离对应的角度，就是最终合闸角。
优选的，在三相剩磁不为0时，存在剩磁幅值最小相对应两个最优合闸角，且两个最优角度偏差不为180°；当三相剩磁至少有一相剩磁为0时，剩磁为0相对应的两个最优合闸角相差180°。
优选的，当某一相剩磁为0时，最优合闸角度为剩磁为0相对应的角度，即kπ，其他相在剩磁为0相基础上，相应的顺、逆时针旋转120°。
优选的，所述S5中，当合闸角度与实际合闸角度有偏差时，优化K值，调整剩磁幅值；当实际合闸角度超前于最佳合闸角时，增大K值，即同时增大三相剩磁值；当实际合闸角度滞后于最佳合闸角时，减小K值，通过调整使合闸角度与实际合闸角相等，并记录本次K值剩磁计算系数用于下次合闸前剩磁评估。
优选的，根据变压器合闸前各相剩磁中剩磁最少相做为合闸参考相，通过系统各相对应剩磁距离选取最优合闸角，并通过K值实现优化下一次合闸角度。
本方案图中是以圆右侧为例，但在实际中剩磁(幅值排序前两相)与圆左侧还有另外两个交点，其方法与圆右侧方法相同，再此不再重复阐述。
上述分析是当系统侧对称情况下进行分析，但现实中系统电压可能由于负载不平衡、PT误差或者系统故障等原因造成三相电压略微不对称，因此需要对不对称电压情况下进行分析，以选取符合实际现场需求的方法：可以将三相不对称电压通过对称分量法进行分解，求取正序电压，以正序电压为基准，求取正序电压对应的预期磁通，运用本方案中方法求取最佳合闸角。
由分析可知系统电压幅值不是造成励磁涌流的关键问题，而是合闸相位角，因此假设系统侧三相电压幅值相同，确定最小剩磁幅值对应相是确定三相同时合闸的关键，因此只需将最小剩磁幅值对应相的相位为参考相位，进行步骤三中(3)及之后步骤，即可完成最优合闸角合闸。
综合分析：根据变压器合闸前各相剩磁中剩磁最少相做为合闸参考相。通过系统各相对应剩磁距离(或内角)进行优化，选取最优合闸角，并通过合闸角偏差，对K值优化，用于分闸后剩磁优化，实现合闸角度最优。
综上所述：本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1)适用于三相联动变压器；
2)可以计算出各相最优合闸角度，合闸前同时捕捉电源侧三相电压角度与之对应相最优角，可以实现最近相自适应快速合闸；
3)避免了固定相合闸方式中某一相或者两相长期处于较高涌流水平的问题；
4)断路器可以任意时刻(角度)无延时分闸。
5)通过多次试验数据评估剩磁，降低了剩磁计算精度。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
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