变压器暂态仿真模型及基于支持向量机的变压器保护原理研究

论文摘要

随着国民经济的不断发展，对电力的需求日益增加，同时要求电力系统的容量不断增加。大容量的电力变压器被广泛采用，对电力变压器保护快速性和可靠性提出新的要求。目前，作为电力变压器主保护的差动保护在识别励磁涌流和内部故障时准确率较低，这个问题多年来不断的困扰着电力变压器保护的研究工作者，也是目前电力系统科研的前沿性课题。解决这一问题首先我们应该进一步深入认识变压器内部故障机理，并建立变压器内部故障精确的暂态仿真模型，这是提高变压器保护性能的必要条件。基于内部故障模型获取准确的特征参数，才能使新的变压器保护原理的提出成为可能。 本文基于电磁感应理论建立了新的变压器励磁涌流和内部故障仿真模型，同时利用新兴的支持向量机学习算法制定了识别励磁涌流和内部故障电流的新方案。本文从以下几方面进行论述： 1、本文首先主要明确了开展本课题研究工作的目的和实用意义，分析了变压器磁化曲线模型、正常变压器模型、变压器内部故障模型、变压器保护方案等国内外相关方面的研究工作，并作以总结，同时提出了本论文的研究内容。 2、本文对统计学习理论的基本概念和定理给予简要阐述，其中包括机器学习问题表示，经验风险最小化，复杂性及推广能力，一致性条件和关键定理，VC维，推广性的界，结构风险最小化，核函数等，为后续研究奠定了理论基础。 3、变压器暂态仿真的准确与否，磁化曲线的建模是至关重要的。本文在对现有铁磁材料磁化曲线拟合方法研究的基础上，提出基于支持向量机的磁化曲线拟合方法。其主要思想就是将磁化曲线的每一部分都是用一个函数来表示的，通过试验数据并使用支持向量机寻找决策函数，得到完整的磁化曲线模型。利用仿真试验证明了此方法的有效性。 4、励磁涌流的仿真是开展变压器差动保护研究的基础。本文在认真分析了前人的励磁涌流的仿真研究成果基础上，提出变权重的励磁涌流仿真方法。其主要思想为依据极限磁滞回环与局部磁滞回环具有分形特征这一特点，在进行了励磁涌流仿真时，改变压缩权重。仿真试验证明此方法的有效性。 5、目前变压器内部故障研究还处于初级阶段，本文在对变压器内部故障机理分析研究的基础上，提出基于磁路的单相变压器、三相三柱变压器和三相

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的背景
• 1.3 铁磁材料磁滞回环形成方法研究现状
• 1.3.1 铁磁材料主磁滞回环拟合方法研究现状
• 1.3.2 铁磁材料次磁滞回环形成研究现状
• 1.4 电力变压器正常运行时仿真模型的研究现状
• 1.4.1 利用现有软件搭建仿真电路的方法
• 1.4.2 仿真建模方法
• 1.5 电力变压器内部故障时仿真模型研究现状
• 1.5.1 利用现有软件搭建仿真电路的方法
• 1.5.2 仿真建模方法
• 1.6 电力变压器主保护的研究现状和发展趋势
• 1.6.1 仅利用电流量的变压器保护技术
• 1.6.2 基于电压波形特征的变压器保护技术
• 1.6.3 同时利用电流和电压量的变压器保护技术
• 1.6.4 小波分析理论和智能技术在变压器保护中的应用
• 1.7 本论文所做的主要工作
• 第二章 统计学习理论的基本内容
• 2.1 引言
• 2.2 机器学习问题表示
• 2.3 经验风险最小化
• 2.4 复杂性及推广能力
• 2.5 一致性条件和关键定理
• 2.6 VC维
• 2.7 推广性的界
• 2.8 结构风险最小化
• 2.9 核函数
• 2.10 本章小结
• 第三章 变压器励磁涌流的暂态仿真研究
• 3.1 引言
• 3.2 分形理论基础
• 3.2.1 分形的分类及特性
• 3.2.2 分维及其计算方法
• 3.3 非线性E支持向量回归机的基本原理
• 3.4 非线性E支持向量回归机算法实现
• 3.4.1 利用二次规划求解支持向量回归问题
• 3.4.2 其他支持向量回归的改进算法
• 3.5 局部磁滞回环算法
• 3.6 励磁涌流算法仿真
• 3.6.1 单相变压器数学模型
• 3.6.2 微分方程求解算法—龙格库塔法
• 3.6.3 仿真流程
• 3.6.4 仿真及分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 变压器内部故障仿真研究
• 4.1 引言
• 4.2 变压器本身或电源有无接地点的影响分析
• 4.3 变压器内部故障短路磁路模型
• 4.3.1 单相变压器内部故障短路磁路模型
• 4.3.2 三相三柱变压器内部故障短路磁路模型
• 4.3.3 三相五柱变压器内部故障短路磁路模型
• 4.4 计及涡流损耗的变压器内部故障短路磁路模型
• 4.4.1 变压器铁芯涡流损耗的模型
• 4.4.2 计及涡流绕组单相变压器内部故障短路磁路模型
• 4.4.3 计及涡流绕组三相三柱变压器内部故障短路磁路模型
• 4.4.4 计及涡流绕组三相五柱变压器内部故障短路磁路模型
• 4.5 变压器内部故障模型参数确定
• 4.5.1 串联电阻确定
• 4.5.2 典型接线的模型电压参数确定及模型变换
• 4.5.3 零序磁导的确定
• 4.5.4 漏磁导的确定
• 4.6 仿真计算
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于支持向量分类机的变压器励磁涌流识别研究
• 5.1 引言
• 5.2 支持向量分类机的基本原理
• 5.3 C-SVM分类问题算法实现
• 5.4 变压器励磁涌流和内部故障特征提取
• 5.4.1 特征提取原理
• 5.4.2 训练样本选取
• 5.5 基于支持向量分类机的变压器励磁涌流和内部故障识别
• 5.5.1 样本的预处理
• 5.5.2 支持向量机参数的选取及分类边界获取
• 5.5.3 支持向量机识别结果
• 5.5.4 结论
• 5.6 本章小节
• 第六章 结论
• 6.1 本文取得的主要研究成果和结论
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研工作