第 21卷第 1期 2 0 0 6 年 2 月 长 沙 电 力 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) JOURNAL OF CHANGSHA UN IVERSITY OF ELECTR IC POW ER (NATURAL SC IENCE) Vol. 21 No. 1 Feb. 2 0 0 6 利用 M ATLAB中 S im Power System s模库时 变压器模型的参数计算及其仿真结果比较 向秋风 , 刘启华 , 王 　晖 (长沙理工大学 电气与信息工程学院 ,湖南 长沙 　410076) Sim Power System s中变压器模型仿真的角度 , 介绍了变压器模型的参数计算方法与给定 ,并 摘 　要 :从 MATLAB 结合仿真结果 , 阐明该文中参数给定方法的合理性. 关 　键 　词 : MATLAB; Sim Power System s;变压器 中图分类号 : TM 401 +. 1　　　文献标识码 : A　　　文章编号 : 1006 7140 (2006) 01 0015 03 A M ethod for D ef in ing Param eters of Tran sform er Ba sed on the S im ula tion in M ATLAB S im powersystem s Xiang Q iu feng, L iu Q i hua, W ang Hui (College of electrical and information engineering, ChangSha university of science and technology 410076, China) Abstract: This paper p resents a method defining parameters of transformer based on the simulation in MATLAB Simpowersystem s. It is shown that the method is effective and correct for the course of simula tion of power system s. Key words:MATLAB; Sim Power System s; transformer 　　数学仿真模型给理论研究提供了理想的试验平 台 ,MATLAB就是这样一个强大的科学计算平台 ,它 集数值计算 、符号运算及图形处理等强大功能于一 体 ,对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集 成工具箱. 一般地说 ,它们都是由特定领域的专家开 发的 ,用户可以直接使用工具箱学习 、应用和评估不 　　　　　　　　　　 同的方法而不需要自己编写代码. 目前 ,MATLAB 已 经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领 域 ,诸如数据采集 、数据库接口 、概率统计 、样条拟 合 、优化算法 、偏微分方程求解 、神经网络 、小波分 析 、信号处理 、图像处理 、系统辨识 、控制系统设计 、 LM I控制 、鲁棒控制 、模型预测 、模糊逻辑 、金融分 收稿日期 : 2005 - 10 - 26 作者简介 :向秋风 (1969 - ) ,男 ,讲师 ,硕士 ,主要从事电力系统的稳定性与功率分布的自动控制的研究. 

3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 61 长 沙 电 力 学 院 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 　　　　　　　　　　　　　2006年 2月 析 、地图工具 、非线性控制设计 、实时快速原型及半 物理仿真 、定点仿真 、DSP与通信 、电力系统仿真等. 在电力系统仿真研究方面 ,其中的 Sim Power System s得到了广泛应用 ,例如 ,功角稳定性仿真研 究 ,电压稳定性仿真研究 ,电力系统谐波仿真研究 等. 但由于电力系统元件本身电磁关系的复杂性 ,每 种电力系统元件模型的参数给定都不那么简单 ,其 中又以变压器模型较为突出 ,因为变压器铭牌参数 为 : ①短路情况下的功率损耗与电压百分比 ; ②空 载情况下的功率损耗与电流百分比. 而 Sim Power System s中变压器模型的参数给定并非直接由铭牌 参数给定. 从图 1中不难看出这一点 [ 1 ]. 图 1　变压器模型参数视窗 正确地给定参数是获得正确的仿真结果的前 提 ,但由于变压器仿真模型内部的建模结构未知 ,这 给模型参数给定带来了一定的困难 ,本文介绍一种 建模假设与参数计算方法. 1　数学建模与参数计算 1) Sim Power System s中变压器的仿真模型采 用“T" 型结构. 2) 考虑激磁阻抗的影响 ,且当激磁电流在不 同的取值范围时 ,激磁支路采用了不同的数学模型. i0 = 0. 0021Ψ + 0. 014Ψ11 , ( i0 < 0. 635) ; i0 = 4. 92Ψ - 6. 3, ( i0 ≥ 0. 635) . 其中 　i0 ,Ψ (标幺值 ) ———激磁电流 ,磁链. 3) 考虑到磁滞损耗影响 , 激磁支路采用并联 结构 [ 2 ] ,见图 2. (1) 从图 1不难看出 , 变压器的仿真模型采用了电 感参数 ,而非电抗参数 ,所有的电阻与电感参数都采 用标幺值. 结合上述建模结构 , 可以得出如下结论 : 不能直接采用我国现行的相关的教科书中变压器参 数的给定方法. 下面以图 2等效电路为基础 , 说明其参数计算 方法. 图 2　变压器模型等效电路 激磁支路参数 R0 , X0 由变压器空载实验数据 I0 ,ΔP0 求得 RtH + X2 0 ·R0 R2 0 + X2 0 2 + X tH + R2 0 ·X0 R2 0 + X2 0 2 = Un 3·I0 ; 3I2 0 ·RtH + 3 2 I0 ·X0 R2 0 + X2 0 R0 =ΔP0. 非线性方程组 (2)可以通过 MathCad进行求解. 绕组参数 R tH , R tL , L tH , L tL 由变压器短路实验数 ( 2) 据 ΔU t ,ΔPk 求得 R t =ΔPk ·U2 S2 n n ; X t =ΔU t ·U2 n Sn . ( 3) 高压侧阻抗标幺值与低压侧阻抗标幺值相等 , 则电 感标幺值与电抗标幺值相等 ,所以 R tH = R tL = R t /2, L tH = L tL = X t /2. ( 4) 2　仿真及其结果比较 下面以 40 MVA /330 kV的变压器为例 ,通过上 述假设来计算 Sim Power System s中变压器仿真模型 的参数给定值. 变压器 铭牌参 数 : TPDHC - 40 000 /330, 330 / 10. 5,Δ / Y0 , 短路损耗 ΔРk = 180 kW , 空载损耗 ΔР0 = 80 kW , 电压百分比 ΔU = 1. 4%. t = 11% , 电流百分比 I 0 由式 ( 2)求得 R0 = 1. 359 ×106 Ω, X0 = 1. 963 × 0 = 105 Ω. 激 磁 支 路 电 阻 与 电 感 参 数 给 定 : R 499. 17, L 0 = 72. 1. 0 = X 由式 ( 3) 、( 4)求得 R t = 12. 3 Ω, X t = 299. 4 Ω. 

2 本上与实际技术参数相吻合. 短路仿真实验是以高压侧额定电流为基准 ( IH = 70 A ) ,在低压侧进行三相短路仿真 ,相电压仿真 结果如图 7, 获得 ΔU tm ax = 29. 6 kV, 其百分比为 3 ΔU tmax / ( 2U n ) = 11%. 这也与实际技术参数相吻 合. 图 6　变压器短路仿真实验图 图 7　变压器短路电压 3　结论 综合空载及短路仿真实验结果 , 并与实际铭牌 技术参数进行了比较 ,两者是吻合的 ,证明本文给出 的建模假设是可行的 , 由此而获得的参数给定方法 是正确的 ,有效的. 这给进一步的电力系统仿真研究 奠定了基础. 参考文献 : [ 1 ] Hanselman D, L ittle4field B. Mastering MATLAB6 [M ]. Beijing: Pearson Eduvation, 2002. [ 2 ] 李晓萍 ,文习山 ,陈慈萱. 单相变压器直流偏磁励磁电流仿真分 析 [ J ]. 高电压技术 , 2005, 31 (9) : 8 10. 第 21卷第 1期 向秋风 ,等 :利用 MATLAB中 Sim Power System s模库时 　变压器模型的参数计算及其仿真结果比较 71 t = 0. 11. 绕组参数 2. 2　短路仿真实验结果 tH =L tL = 0. 055. 从图 6可以看出 , 短路损耗为 180. 1 kW , 这基 其标幺值 : R 给定 R tH = R 2. 1　空载仿真实验结果 t = 4. 52 ×10 - 3 , X tL = 2. 26 ×10 - 3 , L 从图 3～5可以看出 ,空载损耗为 80. 5 kW , UH 在相位上超前 UL 约 30°,这基本上与实际技术参数 相吻合. 图 3　变压器空载仿真实验图 图 4　变压器空载电流 图 5　变压器空载电压 空载电流仿真结果如图 4,获得 I0m ax = 1. 39 A, 其百分比为 I0max / ( 2 IH ) = 1. 4%. 这也与实际技术 参数相吻合.