(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210627171.1 (22)申请日 2022.06.06 (71)申请人 华北电力大 学 地址 102206 北京市昌平区北农路2号 申请人 中国电力科 学研究院有限公司 　 国网安徽省电力有限公司电力科 学 研究院　 国家电网有限公司 (72)发明人 程养春　彭磊　问耀文　刘向东　 常文治　毕建刚　丁国成　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 119/06(2020.01) (54)发明名称 一种变压器绕组暂态模型 (57)摘要 本发明提供了一种变压器绕组暂态模 型。 该 模型将绕组等效为多导体传输线， 并基于常规多 导体传输线的时域有限差分法， 对传输线端口处 的离散差分运算进行创新处理， 使模 型摆脱外部 网络的终端特性， 进而可 以独立封装模块化， 实 现变压器绕组暂态模型与外部复杂变电站网络 的集成。 该暂态模型的算法与原时域有限差分法 比较， 误差 可降至0.025％。 本发明为 分析高频信 号在变电站网络中的传播特性 以及拓扑结构对 在线诊断绕组变形的影响奠定 了基础。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 115034057 A 2022.09.09 CN 115034057 A 1.一种变压器 绕组暂态模型， 其特征是： 该模型将半径为r、 具有N匝导线的变压器绕组 等效为长度为2 πr、 具有N根导线的多导体传输线， 其中导体编号为 1,2,3,…,N， 而且该多导 体传输线的首端在左， 末端在右， 第i号导线的末端与第i+1号导线的首端相连(i＝1,2, 3，…， N‑1)； 并按照现有多导体传输线的时域有限差分法对该多导体传输线进行空间离散 化和时间离散化， 将该多导体传输线按长度方向分成P个等长空间段(P为大于0的某一整 数)， 且各 空间段按照从左往右的顺序从1开始编号， 将总的求解时间域划分为Q个等长时间 段(Q为大于0的某一整 数)； 该多导体传输线的第1空间段和第P空间段的电压和电流递归关 系式为： 式中C和G分别为该变压器绕组各导线之间的单位长度电容矩阵和电导矩阵， Δz为每 个空间段的长度长， Δt每个时间段的长度， 为第m时间段的第1空间段左侧端部电压列 向量， 为第m+1时间段的第1空间段左侧端部电压列向量， 为第m时间段的第P空间 段右侧端部电压列向量， 为第m+1时间段的第P空间段右侧端部电压列向量， 为第m 时间段的第1空间段左侧端部电流列向量， 为第m时间段的第P空间段右侧端部电流列向 量， 为第m+1/2时间段的第1空间段中部电流列向量， 为第m+1/2时间段的第P空间 段中部电流列向量； 该多导体传输线的其他空间段的电压和电流递归关系式符合现有多导 体传输线时域有限差分法中给 出的关系式。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115034057 A 2一种变压器绕组暂态 模型 技术领域 [0001]本发明属于电气设备的在线监测领域， 具体是指对多导体传输线的时域有限差分 法进行创新处 理， 构造出 可以与外 部网络解耦的一种变压器绕组暂态模型。 背景技术 [0002](1)常规的多导体传输线时域有限差分法 [0003]根据如 《高电压技术》 期刊2007年5月的第33卷、 第5期、 杨爱民等人发表的 《变压器 绕组内VFTO波过程的建模与计算》 提到的现有变压器绕组模型建模方法， 将待研究的半径 为r、 具有N匝绕线的变压器绕组等效为长度为2 πr、 具有N根导线的多导体传输线， 其中导体 编号为1,2,3, …,N， 而且该多导体传输线的首端在左， 末端在右， 第i号导线的末端与第i+1 号导线的首端相连(i ＝1,2,3， …， N‑1)。 [0004]关于多导体传输线的暂态分析， 时域有限差分法(finite ‑difference， time ‑ domain， FDTD)常被用来 实现传输线 方程时域数值方法的近似求解。 目前该方向的研究成果 大多只停留在对离线变压器单绕组的精细数学建模 上。 根据如Wiley ‑IEEE出版社2008年出 版、 Clayton R.Paul等人撰写的 《Analysis  of Multiconductor  Transmission  Lines》 的 第8.1.8节、 第8.2.3.1节、 第9.2.3节所示的多导体传输线时域有限差分法理论， 将绕组等 效的多导体传输线的各导线按长度方向分成P个等长空间段(P为大于0的某一整数)， 且各 空间段按照从左往右的顺序从1开始编号， 将求解时间T划分为Q个等长时间段(Q为大于0的 某一整数)， 并且为了保证离散化的稳定性和二阶计算精度， 将各 空间段和时间段进一步剖 分成两半， 并对电压电流的空间和时间作交织处理。 在外部网络可以给出同一位置、 相同时 间电压和电流间关系的终端 条件下， 该多导体传输线的第1空间段和 第P空间段的电压和电 流递归关系式为： [0005] [0006] [0007]式中C和G分别为该变压器绕组各导线之间的单位长度电容矩阵和电导矩阵， Δz 为每个空间段 的长度长， Δt每个时间段 的长度， 为第m时间段 的第1空间段左侧端部电 压列向量， 为第m+1时间段的第1空间段左侧端部电压列向量， 为第m时间段的第P 空间段右侧端部电压列向量， 为第m+1时间段的第P空间段右侧端部电压列向量， 为 第m时间段的第1空间段左侧端部电流列向量， 为第m+1时间段的第1空间段左侧端部电 流列向量， 为第m时间段的第P空间段右侧端部电流列向量， 为第m+1时间段的第P空 间段右侧端部电流列向量， 为第m+1/2时间段的第1空间段中部电流列向量， 为第 m+1/2时间段的第P空间段中部电流列向量。 [0008]将多导体传 输线模型视为多端口网络， 利用式(1 ‑1)、 (1‑2)联立式(1 ‑3)所示各导说　明　书 1/5 页 3 CN 115034057 A 3