变压器作为整个电力网络的关键设备之一,其可靠运行是整个电力网络安全运行的重要保障。电流差动保护是变压器的主保护,当变压器空载合闸或者外部故障切除电压恢复后,变压器产生的励磁涌流会流过差动回路,导致差动保护误动作。因此如何消除励磁涌流带来的影响一直是变压器保护的研究热点。目前针对励磁涌流的研究主要有涌流识别和涌流抑制,现有的涌流识别方法多挖掘波形单相特征,忽略了相与相间的关联性,可能影响涌流识别的正确率;风电场不脱网运行(低电压穿越)过程中谐波分量会导致风电场送出变压器的差动保护将故障电流误识别为励磁涌流,因此迫切需要寻找一种不受谐波影响的涌流识别方法;励磁涌流识别方法虽避免了差动保护误动,但涌流仍会影响变压器寿命和电网安全稳定运行,因此还需寻找励磁涌流抑制方法去消除涌流带来的不利影响。本文在国家自然科学基金(51277184)的支持下,研究了变压器差动保护原理和励磁涌流产生机理,分别针对常规应用和风电场接入两种情况,提出了两种变压器励磁涌流识别方法,针对涌流识别不能消除励磁涌流不利影响的问题,提出了集成低通滤波和反并联晶闸管的软启动涌流抑制方法。论文主要工作内容如下:(1)根据变压器差动保护的基本原理以及励磁涌流的产生机理,推导了三相励磁涌流频域解析式。常规的励磁涌流频率分析都只针对单相变压器进行研究,但本文为了进一步分析变压器相与相间的关联性,推导了三相变压器励磁涌流频域解析式,并研究不同初始条件(合闸初相角和饱和磁通条件)下,励磁涌流幅值变化特性,同时研究不同初始条件下励磁涌流时域和频域的自相关特性和互相关特性,寻找消除励磁涌流对变压器差动保护影响的方法。(2)针对现有励磁涌流识别方法忽略相与相之间关联性的问题,提出了一种基于多变量多尺度模糊熵(Multiscale Multivariate Fuzzy Entropy,MMFE)的变压器励磁涌流识别方法。MMFE继承了传统多变量多尺度熵(Multiscale Multivariate Sample Entropy,MMSE)可评价信号自身复杂度和通道间互相关性的优点,并通过模糊隶属度函数对MMSE硬阈值判据进行了软化改进。根据励磁涌流和故障电流的MMFE曲线明显分布在不同区域的特点,提出了基于MMFE的涌流识别方法,该方法将由尺度因子和MMFE值组成的二维空间划分为动作区和制动区,定义电流MMFE熵值面积与给定的制动区面积的比值为MMFE熵值面积比,通过比较熵值面积比与常数1的大小关系识别变压器励磁涌流和故障电流。在ATP/EMTP平台和动态模拟系统中建立变压器模型,研究了变压器不同运行工况下所提方法识别的正确性和有效性。(3)针对风电场送出变压器在风电场低电压穿越过程中发生内部故障时,变压器励磁涌流识别易受风电场短路电流谐波分量影响的问题,提出了一种基于多元经验模态分解(Multivariate Empirical Mode Decomposition,MEMD)预处理后MMFE特征向量(MEMD-MMFE)的风电场送出变压器励磁涌流识别方法。风电场低电压穿越过程中,送出变压器内部故障时受风电场短路电流谐波分量影响,2次谐波制动算法可能将故障电流误识别为励磁涌流,导致差动保护误制动。而且短路电流的谐波分量同样会影响电流的MMFE曲线,单纯的靠MMFE变换不能可靠识别风电场送出变压器的励磁涌流。因此,结合MEMD可对多通道信号自适应同步联合分析的优点,提出了基于MEMD-MMFE的励磁涌流识别方法。该方法首先将三相电流经过MEMD进行预处理;然后对预处理后的电流信号进行MMFE变换,得到MEMD-MMFE熵值面积;最后通过比较变压器电流的熵值面积与保护判据门槛值的关系来辨识励磁涌流和故障电流。在Matlab/Simulink平台搭建风电场接入系统模型,分析不同运行工况下所提方法识别的正确性和有效性。(4)针对现有涌流主动抑制方法启动时间慢或谐波分量大的问题,提出了一种基于软启动的变压器涌流抑制方法。该方法是将反并联晶闸管和高阶滤波电路组成涌流抑制器,通过涌流抑制器实现变压器一次侧电压平滑启动(软启动),达到主动抑制涌流的目的。针对反并联晶闸管导通过程主要产生奇次谐波的特点,对比了高阶阻尼滤波、高阶阻尼陷波等电路的滤波效果,选取含RC阻容阻尼的高阶陷波电路作为滤波电路,并对其参数进行优化设计。再将反并联晶闸管与滤波电路串联,结合变压器端电压闭环反馈控制构建基于软启动的励磁涌流抑制方案。基于Matlab/Simulink建立了涌流抑制器模型,通过仿真三相变压器组和三相三柱式变压器不同接线方式下的电压、电流和磁通特性,验证涌流抑制器对涌流的抑制效果。