一种确定变压器铁芯损耗和谐波阻抗的方法及系统与流程

本发明涉及电网输变电设备特性，并且更具体地，涉及一种确定变压器铁芯损耗和谐波阻抗的方法及系统。

背景技术：

1、谐波会增加变压器的损耗、提高其温升，温升是变压器热寿命的直接影响因素，因此谐波主要对变压器热寿命产生影响。热点温升和变压器热寿命之间存在明确的关系，要研究谐波对变压器热寿命的影响，必须研究谐波下变压器的损耗进而研究损耗所导致的变压器热点温升，从而得到谐波对变压器热寿命的影响。国外在谐波对变压器在影响做了不少研究。上世纪80年代，美国卡罗莱纳州clemson大学电子与计算机工程系thompson r.l，makram e.b，girgis a.a.通过实验的方法来确定谐波条件下变压器的参数，他们通过计算机控制来产生不同次的谐波，进行变压器的空载、短路试验，得出了变压器参数在不同谐波频率作用下的变化规律，奥地利学者george j.wakileh提出了电气设备谐波附加损耗的计算方法，但不是专门针对的配电变压器，并且忽略了高频状态下集肤效应的影响。

2、对于谐波情况下的变压器损耗计算，国内外进行了一些研究，通常有两大类方法：一类是ieee标准所提出的方法；另一类是利用绕组的各次谐波阻抗计算各次谐波损耗然后相叠加，对于谐波阻抗则提出了不同的计算方法上述两大类方法都缺乏试验验证，其准确性尚未明确。

3、中国发明专利201410389673.0“一种变压器谐波损耗的估算方法”分析计算变压器在基波下的铁芯损耗和绕组损耗；根据变压器的谐波的实测数据，计算出估算所需的两个参数：最后估算出变压器的谐波损耗，简便快捷，但其估算精度有待验证，易受测量误差影响。

技术实现思路

1、本发明提出一种确定变压器铁芯损耗和谐波阻抗的方法及系统，以解决如何快速确定变压器铁芯损耗和谐波阻抗的的问题。

2、为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种确定变压器铁芯损耗和谐波阻抗的方法，所述方法包括：

3、通过空载试验获取在不同输入电压值下变压器的铁芯损耗和输出电压；

4、通过所述铁芯损耗和输出电压确定第一系数和第二系数，并基于所述第一系数和第二系数确定变压器的铁芯损耗计算模型，以基于所述铁芯损耗计算模型确定变压器的铁芯损耗；

5、根据所述第一系数和第二系数确定变压器的铁芯损耗计算模型。

6、通过不同纯谐波电压下变压器的短路试验确定第三系数和第四系数，并基于所述第三系数和第四系数确定变压器的谐波阻抗计算模型，以基于所述谐波阻抗计算模型确定所述变压器的谐波阻抗。

7、优选地，其中所述通过空载试验获取在不同输入电压值下变压器的铁芯损耗和输出电压，包括：

8、设置试验平台为10kv/2mvar电能质量谐波扰动源，基于该试验平台将电压扰动发生器串入10kv母线，实现10kv和0.4kv谐波电压扰动，输出2-50次谐波电压电流；

9、通过谐波扰动源在试验变压器低压侧施加纯基波、不同谐波含量的单次纯谐波或者基波叠加单次谐波电压，高压侧空载，高压侧输出端连接测量仪器，并调节扰动源输出，输出波形、谐波分析和功率损耗测量分别通过录波仪、电能质量分析仪和高精度功率分析仪获取，以进行不同电压有效值的空载试验，获取在不同输入电压值下变压器的铁芯损耗和输出电压。

10、优选地，其中所述通过所述铁芯损耗和输出电压确定第一系数和第二系数，包括：

11、将不同电压值下变压器的铁芯损耗带入公式并求解，以获取所述第一系数和第二系数；

12、其中，

13、

14、

15、其中，为输出电压平均值，为输出电压有效值；pfe为铁芯损耗，a和b分别为第一系数和第二系数，和铁心截面积，线圈匝数等有关；x为磁滞损耗系数，和硅钢片的牌号有关。u1m为输出基波电压峰值，uhm为输出h次谐波电压的峰值，hmax为最大谐波次数。

16、优选地，其中所述通过不同纯谐波电压下变压器的短路试验确定第三系数和第四系数，包括：

17、进行短路试验，根据短路试验得到的各次谐波电压、短路电流和短路损耗计算各次谐波电阻和谐波电抗值，并代入变压器阻抗计算模型，进行拟合求解，以获取第三系数和第四系数；所述变压器的谐波阻抗计算模型，包括：

18、zh＝[1+chd]rdc+jhx，

19、其中，zh为变压器的谐波阻抗；rdc为绕组直流电阻；h为谐波的次数；[1+chd]rdc为变压器谐波电阻，x为变压器的谐波电抗，c和d分别为第三系数和第四系数。

20、优选地，其中所述方法还包括：

21、根据变压器的谐波阻抗确定变压器的谐波损耗，包括：

22、

23、其中，pcu为变压器的谐波损耗；ih为h次谐波的电流；zh为变压器的谐波阻抗；hmax为谐波次数的最大值。

24、根据本发明的另一个方面，提供了一种确定变压器铁芯损耗和谐波阻抗的的系统，所述系统包括：

25、数据获取单元，用于通过空载试验获取在不同输入电压值下变压器的铁芯损耗和输出电压；

26、第一计算单元，用于通过所述铁芯损耗和输出电压确定第一系数和第二系数，并基于所述第一系数和第二系数确定变压器的铁芯损耗计算模型，以基于所述铁芯损耗计算模型确定变压器的铁芯损耗；

27、第二计算单元，用于通过不同纯谐波电压下变压器的短路试验确定第三系数和第四系数，并基于所述第三系数和第四系数确定变压器的谐波阻抗计算模型，以基于所述谐波阻抗计算模型确定所述变压器的谐波阻抗。

28、优选地，其中所述铁芯损耗获取单元，通过空载试验获取在不同输入电压值下变压器的铁芯损耗和输出电压，包括：

29、设置试验平台为10kv/2mvar电能质量谐波扰动源，基于该试验平台将电压扰动发生器串入10kv母线，实现10kv和0.4kv谐波电压扰动，输出2-50次谐波电压电流；

30、通过谐波扰动源在试验变压器低压侧施加纯基波、不同谐波含量的单次纯谐波或者基波叠加单次谐波电压，高压侧空载，高压侧输出端连接测量仪器，并调节扰动源输出，输出波形、谐波分析和功率损耗测量分别通过录波仪、电能质量分析仪和高精度功率分析仪获取，以进行不同电压有效值的空载试验，获取在不同输入电压值下变压器的铁芯损耗和输出电压。

31、优选地，其中所述数据获取单元，通过所述铁芯损耗和输出电压确定第一系数和第二系数，包括：

32、将不同电压值下变压器的铁芯损耗带入公式并求解，以获取所述第一系数和第二系数；

33、其中，

34、

35、

36、其中，为输出电压平均值，为输出电压有效值；pfe为铁芯损耗，a和b分别为第一系数和第二系数,和铁心截面积，线圈匝数等有关；x为磁滞损耗系数，和硅钢片的牌号有关。u1m为输出基波电压峰值，uhm为输出h次谐波电压的峰值，hmax为最大谐波次数。

37、优选地，其中所述第二计算单元，通过不同纯谐波电压下变压器的短路试验确定第三系数和第四系数，包括：

38、进行短路试验，根据短路试验得到的各次谐波电压、短路电流和短路损耗计算各次谐波电阻和谐波电抗值，并代入变压器阻抗计算模型，进行拟合求解，以获取第三系数和第四系数；所述变压器的谐波阻抗计算模型，包括：

39、zh＝[1+chd]rdc+jhx，

40、其中，zh为变压器的谐波阻抗；rdc为绕组直流电阻；h为谐波的次数；[1+chd]rdc为变压器谐波电阻，x为变压器的谐波电抗，c和d分别为第三系数和第四系数。

41、谐波损耗优选地，其中所述系统还包括：

42、谐波损耗确定单元，用于根据变压器的谐波阻抗确定变压器的谐波损耗，包括：

43、

44、其中，pcu为变压器的谐波损耗；ih为h次谐波的电流；zh为变压器的谐波阻抗；hmax为谐波次数的最大值。

45、本发明提供了一种确定变压器铁芯损耗和谐波阻抗的的方法及系统，包括：通过空载试验获取在不同输入电压值下变压器的铁芯损耗和输出电压；通过所述铁芯损耗和输出电压确定第一系数和第二系数，并基于所述第一系数和第二系数确定变压器的铁芯损耗计算模型，以基于所述铁芯损耗计算模型确定变压器的铁芯损耗；通过不同纯谐波电压下变压器的短路试验确定第三系数和第四系数，并基于所述第三系数和第四系数确定变压器的谐波阻抗计算模型，以基于所述谐波阻抗计算模型确定所述变压器的谐波阻抗；通过所述铁芯损耗和输出电压确定第一系数和第二系数；通过本发明的方法能够实现快速准确地确定变压器的谐波阻抗，还可以根据谐波阻抗得到变压器的谐波损耗值。