一種超導變壓器PSCAD模型的制作方法
本發明涉及一種PSCAD模型，具體講涉及一種用于仿真超導變壓器工作特性的超導變壓器PSCAD模型。
背景技術：
超導變壓器由于具有體積小、重量輕、效率高、無火災隱患和環境保護等優點而受到廣泛的關注。超導變壓器的超導特性可在新一代智能變電系統中發揮多重的功能，既能起到無損變壓作用又能限制故障短路電流，提高電網的穩定性、可靠性和安全性。
超導變壓器的工作原理為正常運行下低壓側繞組線圈處于超導狀態，電阻基本為零，當故障時出現短路過流時，低壓側超導帶材由于失超特性呈現較大的電阻，且隨著溫度的升高，失超電阻逐漸增大，這勢必對電力系統造成影響。
目前針對具有限流功能的超導變壓器還停留在理論研究階段，所以有必要在PSCAD中搭建超導變壓器的準確模型，從而幫助我們研究超導變壓器對現有系統產生的影響，對今后的研究分析進行指導。
因此，如何精確描述超導變壓器的PSCAD模型，從而提高系統的穩定性和可靠性，是本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
為了解決現有技術中所存在的上述問題，本發明提供一種超導變壓器PSCAD模型。
本發明提供的技術方案是：一種超導變壓器PSCAD模型，其改進之處在于：所述PSCAD模型包括超導變壓器模塊、MATLAB計算模塊、信號控制模塊、PSCAD電流采集模塊；所述信號控制模塊控制所述超導變壓器模塊低壓側繞組類型，所述PSCAD電流采集模塊采集所述超導變壓器模塊的低壓側繞組電流并發送給所述MATLAB計算模塊，所述MATLAB計算模塊根據所述超導變壓器模塊的低壓側繞組電流計算所述超導變壓器模塊低壓側繞組的溫度和阻值。
優選的，所述超導變壓器模塊包括星形連接且中性點接地的高壓側繞組和三角形連接的低壓側繞組。
進一步，所述高壓側繞組為銅導線繞組，所述低壓側繞組類型包括超導帶材繞組和銅導線繞組。
優選的，所述MATLAB計算模塊用如下公式(1)和公式(2)計算所述超導變壓器模塊低壓側超導繞組的溫度T并輸出：
其中：I-超導變壓器模塊低壓側超導繞組電流；
c-為超導變壓器模塊低壓側超導繞組的比熱容；
R-為超導變壓器模塊低壓側超導繞組阻值；
t-PSCAD電流采集模塊的采樣周期；
L-超導變壓器模塊低壓側超導繞組的長度；
S-超導變壓器模塊低壓側超導繞組的截面積；
Top-超導變壓器模塊工作時的環境溫度，在液氮池中為77K；
m-超導變壓器模塊低壓側超導繞組質量；
T0-超導變壓器模塊低壓側超導繞組上一采樣周期迭代的溫度，其初始值為70K；
Ec-超導變壓器模塊低壓側超導繞組過流時的臨界場強；
Jc0-超導變壓器模塊低壓側超導繞組過流時的臨界電流密度；
Tc-超導變壓器模塊低壓側超導繞組過流時的臨界溫度；
T-超導變壓器模塊低壓側超導繞組的溫度。
進一步，所述MATLAB計算模塊接收PSCAD電流采集模塊采集到的所述超導變壓器模塊低壓側繞組電流I，并判斷電流I是否小于所述超導變壓器模塊低壓側繞組的過流臨界電流I0：當所述電流I小于過流臨界電流I0時，所述MATLAB 計算模塊輸出所述超導變壓器模塊的低壓側繞組阻值R為0；否則，所述MATLAB計算模塊根據公式(1)和公式(2)計算所述超導變壓器模塊低壓側繞組阻值R并輸出。
優選的，所述超導變壓器模塊、所述MATLAB計算模塊、所述信號控制模塊和所述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變壓器模塊高壓側繞組的三相輸入端和接地端、低壓側繞組的三相輸出端、以及所述MATLAB計算模塊的阻值輸出端和溫度輸出端。
優選的，所述超導變壓器模塊與外電路相連，所述外電路與故障設置模塊相連，所述故障設置模塊設置所述外電路中的故障類型、故障發生時間和故障持續時間。
進一步，所述故障類型包括單相接地故障、兩相接地故障和三相短路故障。
與最接近的技術方案相比，本發明具有如下顯著進步：
1、本發明所采用的仿真軟件PSCAD是一種對電力電子級數仿真有優勢的軟件，因此，所建立的模型準確度較高，仿真速度快。
2、本發明提供的超導變壓器PSCAD模型應用了PSCAD模塊化封裝功能，精確的描述了超導變壓器的工作原理及其限流功能，用于電力系統仿真分析更加快捷方便。
3、本發明所提供的超導變壓器PSCAD模型可以對外輸出超導變壓器溫度變化，并且能檢測故障運行時超導帶材繞組阻抗變化，具有實時監測和直觀的特點。
4、該模型可以靈活仿真對比當電力系統發生故障時超導變壓器和常規變壓器對線路電流所產生的影響。
5、通過設置信號控制模塊和故障設置模塊，即可仿真常規變壓器在不同故障類型下的低壓側三相電流波形變化特性，又可仿真超導變壓器在不同故障類型下的低壓側三相限流波形變化特征，通過對比二者低壓側輸出電流波形變壓特征，有助于超導變壓器的限流特性分析。
附圖說明
圖1為超導變壓器PSCAD模型的內部模型原理圖。
圖2為封裝后的超導變壓器PSCAD模型。
圖3為MATLAB計算模塊的計算流程圖。
具體實施方式
為了更好地理解本發明下面結合說明書附圖和實施例對本發明的內容做進一步的說明。
本發明提供一種超導變壓器PSCAD模型，其等效電路模型如圖1所示：該模型包括超導變壓器模塊，信號控制模塊，PSCAD電流采集模塊和MATLAB計算模塊；其中超導變壓器模塊為三相超導變壓器，三相超導變壓器的高壓側為星形連接(1)，中性點接地，低壓側為三角形連接(2)；
超導變壓器PSCAD模型應用PSCAD模塊化封裝功能封裝于同一芯片當中，如圖2所示：芯片接口包括超導變壓器模塊高壓側繞組的三相輸入端和接地端、低壓側繞組的三相輸出端、以及MATLAB計算模塊的阻值輸出端和溫度輸出端。
當超導變壓器模塊用于模擬仿真超導變壓器時，其高壓側為常規銅線繞組，低壓側為超導帶材繞組。
超導變壓器模塊的低壓側通過PSCAD電流采集模塊與MATLAB計算模塊相連，MATLAB計算模塊的工作流程如圖3所示：PSCAD電流采集模塊采集超導變壓器在接通不同外圍電路情況下低壓側繞組的電流，并將電流輸出至MATLAB計算模塊，MATLAB計算模塊用如下公式(1)和公式(2)計算所述超導變壓器模塊低壓側超導繞組的溫度T并輸出：
其中：I-超導變壓器模塊低壓側超導繞組電流；
c-為超導變壓器模塊低壓側超導繞組的比熱容；
R-為超導變壓器模塊低壓側超導繞組阻值；
t-PSCAD電流采集模塊的采樣周期；
L-超導變壓器模塊低壓側超導繞組的長度；
S-超導變壓器模塊低壓側超導繞組的截面積；
Top-超導變壓器模塊工作時的環境溫度，在液氮池中為77K；
m-超導變壓器模塊低壓側超導繞組質量；
T0-超導變壓器模塊低壓側超導繞組上一采樣周期迭代的溫度，其初始值為70K；
Ec-超導變壓器模塊低壓側超導繞組過流時的臨界場強；
Jc0-超導變壓器模塊低壓側超導繞組過流時的臨界電流密度；
Tc-超導變壓器模塊低壓側超導繞組過流時的臨界溫度；
T-超導變壓器模塊低壓側超導繞組的溫度。
另外，MATLAB計算模塊接收PSCAD電流采集模塊采集到的所述超導變壓器模塊低壓側繞組電流I，并判斷電流I是否小于所述超導變壓器模塊低壓側繞組的過流臨界電流I0：當所述電流I小于過流臨界電流I0時，所述MATLAB計算模塊輸出所述超導變壓器模塊的低壓側繞組阻值R為0；否則，所述MATLAB計算模塊根據公式(1)和公式(2)計算所述超導變壓器模塊低壓側繞組阻值R并輸出。
MATLAB計算模塊計算得到的超導變壓器模塊低壓側超導繞組阻值R返回給超導變壓器模塊，用此阻值R更新調整超導變壓器模塊低壓側超導繞組的等效電阻阻值后，下一周期Δt繼續循環上述工作，以此得到超導變壓器模塊的限流仿真特性。
本發明所提供的超導變壓器PSCAD模型，可通過信號控制模塊靈活調節對低壓側繞組是否采用超導帶材繞組模擬仿真。通過信號控制模塊中信號輸入開關的開啟可使超導變壓器模塊低壓側采用超導帶材繞組仿真模擬超導變壓器，將所建立的模型接入外電路中，利用PSCAD軟件的故障發生模塊在外電路中分別設置單相接地故障、兩相短路故障以及三相短路故障進行超導變壓器限流特征分析，獲得不同故障下，超導變壓器的限流波形變化特征。PSCAD軟件中故障設置模塊的Fault_selection用來設定故障類型；Timed Fault Logic用于設置故障發生的時間及故障持續時間。然后，繼續調節信號輸入開關至關斷，低壓側不再采用超導帶材繞組進行仿真而采用常規銅繞線繞組，此時，接入的變壓器可看作同等容 量，相同變比的常規變壓器。利用PSCAD軟件的故障發生模塊在外電路中分別設置單相接地故障、兩相短路故障以及三相短路故障進行超導變壓器限流特征分析，獲得不同故障下，常規變壓器的三相波形變化特征。可以將前后獲得的波形進行對比，以更好地分析超導變壓器的限流特性。
以上僅為本發明的實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均在申請待批的本發明的權利要求范圍之內。
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