本發(fā)明涉及一種PSCAD模型，具體講涉及一種用于仿真超導(dǎo)變壓器工作特性的超導(dǎo)變壓器PSCAD模型。

背景技術(shù)：

超導(dǎo)變壓器由于具有體積小、重量輕、效率高、無(wú)火災(zāi)隱患和環(huán)境保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛的關(guān)注。超導(dǎo)變壓器的超導(dǎo)特性可在新一代智能變電系統(tǒng)中發(fā)揮多重的功能，既能起到無(wú)損變壓作用又能限制故障短路電流，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性、可靠性和安全性。

超導(dǎo)變壓器的工作原理為正常運(yùn)行下低壓側(cè)繞組線(xiàn)圈處于超導(dǎo)狀態(tài)，電阻基本為零，當(dāng)故障時(shí)出現(xiàn)短路過(guò)流時(shí)，低壓側(cè)超導(dǎo)帶材由于失超特性呈現(xiàn)較大的電阻，且隨著溫度的升高，失超電阻逐漸增大，這勢(shì)必對(duì)電力系統(tǒng)造成影響。

目前針對(duì)具有限流功能的超導(dǎo)變壓器還停留在理論研究階段，所以有必要在PSCAD中搭建超導(dǎo)變壓器的準(zhǔn)確模型，從而幫助我們研究超導(dǎo)變壓器對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，對(duì)今后的研究分析進(jìn)行指導(dǎo)。

因此，如何精確描述超導(dǎo)變壓器的PSCAD模型，從而提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)變壓器PSCAD模型。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種超導(dǎo)變壓器PSCAD模型，其改進(jìn)之處在于：所述PSCAD模型包括超導(dǎo)變壓器模塊、MATLAB計(jì)算模塊、信號(hào)控制模塊、PSCAD電流采集模塊；所述信號(hào)控制模塊控制所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)繞組類(lèi)型，所述PSCAD電流采集模塊采集所述超導(dǎo)變壓器模塊的低壓側(cè)繞組電流并發(fā)送給所述MATLAB計(jì)算模塊，所述MATLAB計(jì)算模塊根據(jù)所述超導(dǎo)變壓器模塊的低壓側(cè)繞組電流計(jì)算所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)繞組的溫度和阻值。

優(yōu)選的，所述超導(dǎo)變壓器模塊包括星形連接且中性點(diǎn)接地的高壓側(cè)繞組和三角形連接的低壓側(cè)繞組。

進(jìn)一步，所述高壓側(cè)繞組為銅導(dǎo)線(xiàn)繞組，所述低壓側(cè)繞組類(lèi)型包括超導(dǎo)帶材繞組和銅導(dǎo)線(xiàn)繞組。

優(yōu)選的，所述MATLAB計(jì)算模塊用如下公式(1)和公式(2)計(jì)算所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的溫度T并輸出：

$T=\frac{I^2\×R\×t+c\×m\×T_0+L\×S\×T_{\mathrm{op}}}{c\×m+L\×S}---\left(1\right)$

$R=\frac{E_c}{J_{c0}(T_c-T)/(T_c-T_{\mathrm{op}})}\×\frac{L}{S}---\left(2\right)$

其中：I-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組電流；

c-為超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的比熱容；

R-為超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組阻值；

t-PSCAD電流采集模塊的采樣周期；

L-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的長(zhǎng)度；

S-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的截面積；

T_op-超導(dǎo)變壓器模塊工作時(shí)的環(huán)境溫度，在液氮池中為77K；

m-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組質(zhì)量；

T₀-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組上一采樣周期迭代的溫度，其初始值為70K；

E_c-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組過(guò)流時(shí)的臨界場(chǎng)強(qiáng)；

J_c0-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組過(guò)流時(shí)的臨界電流密度；

T_c-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組過(guò)流時(shí)的臨界溫度；

T-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的溫度。

進(jìn)一步，所述MATLAB計(jì)算模塊接收PSCAD電流采集模塊采集到的所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)繞組電流I，并判斷電流I是否小于所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)繞組的過(guò)流臨界電流I₀：當(dāng)所述電流I小于過(guò)流臨界電流I₀時(shí)，所述MATLAB 計(jì)算模塊輸出所述超導(dǎo)變壓器模塊的低壓側(cè)繞組阻值R為0；否則，所述MATLAB計(jì)算模塊根據(jù)公式(1)和公式(2)計(jì)算所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)繞組阻值R并輸出。

優(yōu)選的，所述超導(dǎo)變壓器模塊、所述MATLAB計(jì)算模塊、所述信號(hào)控制模塊和所述PSCAD電流采集模塊封裝于同一芯片中，所述芯片接口包括所述超導(dǎo)變壓器模塊高壓側(cè)繞組的三相輸入端和接地端、低壓側(cè)繞組的三相輸出端、以及所述MATLAB計(jì)算模塊的阻值輸出端和溫度輸出端。

優(yōu)選的，所述超導(dǎo)變壓器模塊與外電路相連，所述外電路與故障設(shè)置模塊相連，所述故障設(shè)置模塊設(shè)置所述外電路中的故障類(lèi)型、故障發(fā)生時(shí)間和故障持續(xù)時(shí)間。

進(jìn)一步，所述故障類(lèi)型包括單相接地故障、兩相接地故障和三相短路故障。

與最接近的技術(shù)方案相比，本發(fā)明具有如下顯著進(jìn)步：

1、本發(fā)明所采用的仿真軟件PSCAD是一種對(duì)電力電子級(jí)數(shù)仿真有優(yōu)勢(shì)的軟件，因此，所建立的模型準(zhǔn)確度較高，仿真速度快。

2、本發(fā)明提供的超導(dǎo)變壓器PSCAD模型應(yīng)用了PSCAD模塊化封裝功能，精確的描述了超導(dǎo)變壓器的工作原理及其限流功能，用于電力系統(tǒng)仿真分析更加快捷方便。

3、本發(fā)明所提供的超導(dǎo)變壓器PSCAD模型可以對(duì)外輸出超導(dǎo)變壓器溫度變化，并且能檢測(cè)故障運(yùn)行時(shí)超導(dǎo)帶材繞組阻抗變化，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和直觀的特點(diǎn)。

4、該模型可以靈活仿真對(duì)比當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)超導(dǎo)變壓器和常規(guī)變壓器對(duì)線(xiàn)路電流所產(chǎn)生的影響。

5、通過(guò)設(shè)置信號(hào)控制模塊和故障設(shè)置模塊，即可仿真常規(guī)變壓器在不同故障類(lèi)型下的低壓側(cè)三相電流波形變化特性，又可仿真超導(dǎo)變壓器在不同故障類(lèi)型下的低壓側(cè)三相限流波形變化特征，通過(guò)對(duì)比二者低壓側(cè)輸出電流波形變壓特征，有助于超導(dǎo)變壓器的限流特性分析。

附圖說(shuō)明

圖1為超導(dǎo)變壓器PSCAD模型的內(nèi)部模型原理圖。

圖2為封裝后的超導(dǎo)變壓器PSCAD模型。

圖3為MATLAB計(jì)算模塊的計(jì)算流程圖。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種超導(dǎo)變壓器PSCAD模型，其等效電路模型如圖1所示：該模型包括超導(dǎo)變壓器模塊，信號(hào)控制模塊，PSCAD電流采集模塊和MATLAB計(jì)算模塊；其中超導(dǎo)變壓器模塊為三相超導(dǎo)變壓器，三相超導(dǎo)變壓器的高壓側(cè)為星形連接(1)，中性點(diǎn)接地，低壓側(cè)為三角形連接(2)；

超導(dǎo)變壓器PSCAD模型應(yīng)用PSCAD模塊化封裝功能封裝于同一芯片當(dāng)中，如圖2所示：芯片接口包括超導(dǎo)變壓器模塊高壓側(cè)繞組的三相輸入端和接地端、低壓側(cè)繞組的三相輸出端、以及MATLAB計(jì)算模塊的阻值輸出端和溫度輸出端。

當(dāng)超導(dǎo)變壓器模塊用于模擬仿真超導(dǎo)變壓器時(shí)，其高壓側(cè)為常規(guī)銅線(xiàn)繞組，低壓側(cè)為超導(dǎo)帶材繞組。

超導(dǎo)變壓器模塊的低壓側(cè)通過(guò)PSCAD電流采集模塊與MATLAB計(jì)算模塊相連，MATLAB計(jì)算模塊的工作流程如圖3所示：PSCAD電流采集模塊采集超導(dǎo)變壓器在接通不同外圍電路情況下低壓側(cè)繞組的電流，并將電流輸出至MATLAB計(jì)算模塊，MATLAB計(jì)算模塊用如下公式(1)和公式(2)計(jì)算所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的溫度T并輸出：

$T=\frac{I^2\×R\×t+c\×m\×T_0+L\×S\×T_{\mathrm{op}}}{c\×m+L\×S}---\left(1\right)$

$R=\frac{E_c}{J_{c0}(T_c-T)/(T_c-T_{\mathrm{op}})}\×\frac{L}{S}---\left(2\right)$

其中：I-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組電流；

c-為超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的比熱容；

R-為超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組阻值；

t-PSCAD電流采集模塊的采樣周期；

L-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的長(zhǎng)度；

S-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的截面積；

T_op-超導(dǎo)變壓器模塊工作時(shí)的環(huán)境溫度，在液氮池中為77K；

m-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組質(zhì)量；

T₀-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組上一采樣周期迭代的溫度，其初始值為70K；

E_c-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組過(guò)流時(shí)的臨界場(chǎng)強(qiáng)；

J_c0-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組過(guò)流時(shí)的臨界電流密度；

T_c-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組過(guò)流時(shí)的臨界溫度；

T-超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的溫度。

另外，MATLAB計(jì)算模塊接收PSCAD電流采集模塊采集到的所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)繞組電流I，并判斷電流I是否小于所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)繞組的過(guò)流臨界電流I₀：當(dāng)所述電流I小于過(guò)流臨界電流I₀時(shí)，所述MATLAB計(jì)算模塊輸出所述超導(dǎo)變壓器模塊的低壓側(cè)繞組阻值R為0；否則，所述MATLAB計(jì)算模塊根據(jù)公式(1)和公式(2)計(jì)算所述超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)繞組阻值R并輸出。

MATLAB計(jì)算模塊計(jì)算得到的超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組阻值R返回給超導(dǎo)變壓器模塊，用此阻值R更新調(diào)整超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)超導(dǎo)繞組的等效電阻阻值后，下一周期Δt繼續(xù)循環(huán)上述工作，以此得到超導(dǎo)變壓器模塊的限流仿真特性。

本發(fā)明所提供的超導(dǎo)變壓器PSCAD模型，可通過(guò)信號(hào)控制模塊靈活調(diào)節(jié)對(duì)低壓側(cè)繞組是否采用超導(dǎo)帶材繞組模擬仿真。通過(guò)信號(hào)控制模塊中信號(hào)輸入開(kāi)關(guān)的開(kāi)啟可使超導(dǎo)變壓器模塊低壓側(cè)采用超導(dǎo)帶材繞組仿真模擬超導(dǎo)變壓器，將所建立的模型接入外電路中，利用PSCAD軟件的故障發(fā)生模塊在外電路中分別設(shè)置單相接地故障、兩相短路故障以及三相短路故障進(jìn)行超導(dǎo)變壓器限流特征分析，獲得不同故障下，超導(dǎo)變壓器的限流波形變化特征。PSCAD軟件中故障設(shè)置模塊的Fault_selection用來(lái)設(shè)定故障類(lèi)型；Timed Fault Logic用于設(shè)置故障發(fā)生的時(shí)間及故障持續(xù)時(shí)間。然后，繼續(xù)調(diào)節(jié)信號(hào)輸入開(kāi)關(guān)至關(guān)斷，低壓側(cè)不再采用超導(dǎo)帶材繞組進(jìn)行仿真而采用常規(guī)銅繞線(xiàn)繞組，此時(shí)，接入的變壓器可看作同等容 量，相同變比的常規(guī)變壓器。利用PSCAD軟件的故障發(fā)生模塊在外電路中分別設(shè)置單相接地故障、兩相短路故障以及三相短路故障進(jìn)行超導(dǎo)變壓器限流特征分析，獲得不同故障下，常規(guī)變壓器的三相波形變化特征。可以將前后獲得的波形進(jìn)行對(duì)比，以更好地分析超導(dǎo)變壓器的限流特性。

以上僅為本發(fā)明的實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。