基于Matlab的变压器三相模型可视化自动生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Matlab的变压器三相模型可视化自动生成方法，包括以下步骤：建立三相变压器的原始导纳矩阵Yp；选择三相变压器的原副边绕组接法和组别；形成关联矩阵C并修改原始导纳矩阵Yp；由符号运算推导三相变压器节点导纳矩阵YTn；把符号运算得到的变压器节点导纳矩阵结果分成4个3阶的子矩阵；经latex函数转换并处理后直接在Matlab的GUI建立的界面中的axes控件上以公式形式显示出来。本发明专利技术实现了可视化，完善了软件功能。把变压器节点导纳矩阵分成4个子矩阵显示，可以解决axes控件无法显示整个变压器节点导纳矩阵的问题，提高了求取三相变压器三相模型的效率和准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种变压器三相模型的生成方法，特别是一种配电网三相潮流计算所使用的配电三相变压器的可视化三相模型生成方法。
技术介绍
配电系统是由配电线路、配电变压器、配电调压器、配电开关、配电电容器和配电负荷等组成的直接向终端用户分配电能的一个网络系统。进行电力系统分析首先需要对系统中各个元件建立合适的模型。与高压输电网的三相对称运行方式不同，配电网的负荷和网络都可能不对称，配电网进行潮流计算时，应考虑三相不对称的特点，进行三相潮流计算。因此配电网三相潮流计算的前提，是建立配电网络各元件的三相模型。单相潮流计算的三相变压器模型采用变压器单相模型，人们一般只关心变压器变比。但在配电网三相潮流计算中，变压器模型要复杂得多，不仅要考虑变压器变比，还要关心变压器绕组的连接方式和连接组别以及中性点是否接地等问题。三相变压器的原边和副边各有3个绕组，将三相绕组的首端和末端进行连接，并对称地引出三相首端，有两种连接方式：一种是把三相变压器三相绕组的一端接在一起，另一端引出，称为三相变压器星形连接或Y连接；另一种是依次将一相绕组的首端和另一相绕组末端连接成三角形，称为三相变压器三角形连接或D连接。三相变压器的原、副边绕组都有可能接成星形或三角形，国标规定：三相变压器绕组为星形连接时，标号为Y(原边绕组)和y(副边绕组)，中性点引出时，标号为YN或yn；绕组为三角形连接时，标号为D(原边绕组)和d(副边绕组)。由于三相变压器的原、副边绕组都有可能接成星形或三角形，三相变压器的原、副边绕组的不同接法，可以得到多种组合，其中三角形接法可分为左行接线和右行接线，星形接法的中性点又有接地和不接地之分。将这些连接方式组合后，能得到16种组合方式。三相变压器原、副边绕组的极性可能相同也可能相反，所以每种组合有两种极性关系。三相变压器原、副边绕组各相可能会一一对应，即原边绕组的A、B、C分别对应于副边绕组的a、b、c，对应的绕组在同一铁芯上；三相变压器原、副边绕组各相也可能不对应，即原边绕组的A相对应于副边绕组的b相或者c相，但副边绕组的三相电压间要满足正相序的关系，因此每种极性对应3种相位关系。所以三相变压器的每种连接组合方式下有6种相位关系，则16种组合方式共有96种连接组。三相变压器连接组别标号的数字采用相位差的时钟序数表示，新国标采用原副边对应的相电压相量的相位差判断，以原边的相电压相量为参考指向时钟0点，副边对应的相电压相量所指向的时钟点数即为三相变压器连接组别标号，三角形的虚拟中性点为三角形中心。三相变压器两侧都采用相同连接方式，即Yy、Dd时，为0、2、4、6、8、10点的偶数点接线；三相变压器一侧采用星形接线另一侧采用三角形接线，即Yd、Dy时，为1、3、5、7、9、11点的奇数点接线。三相变压器建模时，考虑三相变压器正常运行的电压变化不大，因而励磁回路的消耗功率变化不大，可以与负荷的功率合并，统一考虑。因此三相变压器建模一般不包含励磁回路。在输电网中，由于三相负荷和网络都是对称的，输电系统各处的电压(或电流)也是对称的，即三相电压(或电流)的大小相等，两相电压(或电流)之间相位相差120°，B相滞后A相120°，C相滞后B相120°。分析计算时，可以用单相等值电路计算某一相(如A相)的电压(或电流)，其他两相的电压(或电流)根据对称关系直接写出结果。单相等值电路中三相变压器模型只有变压器变比和等值阻抗。在配电网中，由于三相负荷和网络不对称，配电系统各处的电压(或电流)也不是对称的，分析计算时，必须采用三相电路模型，一起计算。在三相等值电路中三相变压器模型不仅要考虑变压器变比和等值阻抗，还要考虑变压器的原边绕组和副边绕组的接线和组别。三相变压器模型如图1所示，其中励磁回路的消耗功率变化不大，可以与负荷的功率合并，统一考虑。因此三相变压器建模一般不包含励磁回路的参数GT，仅考虑串联导纳YT的建模。三相变压器通常有一个公共铁芯，因而各绕组之间相互耦合。设三相变压器三相绕组支路的电压向量Ub和电流向量Ib之间的关系可以通过三相变压器的原始导纳矩阵来描述，如下式：Ib＝YpUb (1)式中，是变压器绕组支路电流列向量，是支路电压列向量，Yp是三相变压器的原始导纳矩阵，下标1、2、3表示原边绕组，下标4、5、6表示副边绕组，表示为： Y p = y 0 0 - y 0 0 0 y 0 0 - y 0 0 0 y 0 0 - y - y 0 0 y 0 0 0 - y 0 本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于Matlab的变压器三相模型可视化自动生成方法，其特征在于：采用Matlab的符号运算生成配电三相变压器三相模型，此模型分成4个3阶子矩阵，然后经latex函数转换并处理后直接在Matlab的GUI建立的界面中的axes控件上以公式形式显示出来，具体包括以下步骤：A、建立三相变压器的原始导纳矩阵YpYp=yα0200-yα0β0000yα0200-yα0β0000yα0200-yα0β0-yα0β000yβ02000-yα0β000yβ02000-yα0β000yβ02---(1)]]>式中，α0是原边绕组的非标准变比，为原边额定电压与原边标幺值基准电压之比，β0是副边绕组的非标准变比，为副边额定电压与副边标幺值基准电压之比，y为三相变压器的每相等值导纳，其表达式为y＝1/z＝1/(r+jx)                 (2)式中，z、r和x分别为三相变压器每相绕组的等值阻抗、等值电阻和等值漏抗；B、选择三相变压器的原副边绕组接法和组别设原边绕组接线有YN、Y、D三种接线方式，副边绕组接线有yn、y、d三种接线方式，则对应YN,yn、YN,y、Y,yn、Y,y、D,d五种接线组合有0、2、4、6、8、10点的偶数点组别的选项，对应YN,d、Y,d、D,yn、D,y四种接线组合有1、3、5、7、9、11点的奇数点组别选项；C、根据三相变压器的原副边绕组接法和组别形成关联矩阵C并修改原始导纳矩阵Yp实际配电网中给定是三相变压器的等效星形连接的非标准变比，它与三相变压器绕组非标准变比的关系如下：原边为中性点接地或不接地的星形连接时，为：α0＝α                                (3)式中，α是三相变压器的原边等效星形连接的非标准变比，为原边相电压额定值与原边相电压基准值之比，编程中由于符号运算的变量不能使用希腊字母，符号运算的变量使用k1；原边为三角形连接时，为：α0=3α---(4)]]>副边为中性点接地或不接地的星形连接时，为：β0＝β                                (5)式中，β是三相变压器的副边等效星形连接的非标准变比，为副边相电压额定值与副边相电压基准值之比，编程中由于符号运算的变量不能使用希腊字母，符号运算的变量使用k2；副边为三角形连接时，为：β0=3β---(6)]]>D、根据原始导纳矩阵Yp和关联矩阵C由符号运算推导三相变压器节点导纳矩阵YTnYTn＝CTYpC                            (7)式中，上标T表示矩阵的转置；E、把符号运算得到的变压器节点导纳矩阵结果分成4个3阶的子矩阵；YTn=YppYpsYspYss---(8)]]>式中，Ypp、Yps、Ysp、Yss分别为原边自导纳矩阵、副边对原边互导纳矩阵、原边对副边互导纳矩阵、副边自导纳矩阵；在Matlab的GUI中axes控件显示的字符时，相应的函数处理的字符串的长度有限制，超过限制值则不能显示，由于存在此限制，Matlab的GUI中axes控件无法显示整个变压器节点导纳矩阵结果；把变压器节点导纳矩阵分成4个子矩阵显示；F、利用latex函数把符号运算得到的变压器节点导纳矩阵的4个子矩阵分别转换成latex格式字符串str1、str2、str3和str4；G、把latex字符串str1、str2、str3和str4中的变压器原边变比k1和副边变比k2分别替换为\alpha和\beta，且把各字符串开始加“$${”，结尾加“}$$”，形成字符串str10、str20、str30和str40；Matlab的变量不能使用希腊字母，程序软件使用k1和k2作为原边变比和副边变比变量，因此需要把符号运算结果中用k1和k2表示的变比转换为希腊字母α和β，由于Matlab控件不能识别α和β，需要分别用转义字符“\alpha”和“\beta”表示；Matlab控件不能直接显示latex函数转换的字符串，需要在字符串开始加“$${”，结尾加“}$$”后才能正常显示；H、把字符串str10、str20、str30和str40分别显示到用Matlab的GUI建立的界面中的axes控件的左上、右上、左下、右下位置。...

【技术特征摘要】
1.基于Matlab的变压器三相模型可视化自动生成方法，其特征在于：采用Matlab的符号运算生成配电三相变压器三相模型，此模型分成4个3阶子矩阵，然后经latex函数转换并处理后直接在Matlab的GUI建立的界面中的axes控件上以公式形式显示出来，具体包括以下步骤：A、建立三相变压器的原始导纳矩阵Yp Y p = y α 0 2 0 0 - y α 0 β 0 0 0 0 y α 0 2 0 0 - y α 0 β 0 0 0 0 y α 0 2 0 0 - y α 0 β 0 - y α 0 β 0 0 0 y β 0 2 0 0 0 - y α 0 β 0 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚玉斌，阳义青，吴志良，王丹，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21