Modified Hotspot Temperature Model for Transformers Considering Renewable Energy Output and Harmonics

HUANG Jingwen; DU Zhiye; XU Jian; HE Jingxuan; GAN Yan; CHEN Jia

doi:10.7500/AEPS20240930004

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Modified Hotspot Temperature Model for Transformers Considering Renewable Energy Output and Harmonics

Basic Research | 更新时间：2025-09-25

- Modified Hotspot Temperature Model for Transformers Considering Renewable Energy Output and Harmonics
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 16, Pages: 132-141(2025)
- 作者机构：
  
  1.武汉大学电气与自动化学院，湖北省武汉市 430072
  2.电网环境保护全国重点实验室（武汉大学），湖北省武汉市 430072
  3.国网湖北物资公司（国网湖北招标公司），湖北省武汉市 430077
  4.国家电网有限公司华中分部，湖北省武汉市 430077
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China Central China Branch(52140023000K)
- DOI：10.7500/AEPS20240930004
  CLC：
- Received：30 September 2024，
  
  Revised：2025-03-17，
  
  Published Online：26 June 2025，
  
  Published：25 August 2025
- 稿件说明：
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黄菁雯,杜志叶,徐箭等.计及新能源出力和谐波的变压器热点温度修正模型[J].电力系统自动化,2025,49(16):132-141.

HUANG Jingwen,DU Zhiye,XU Jian,et al.Modified Hotspot Temperature Model for Transformers Considering Renewable Energy Output and Harmonics[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(16):132-141.
黄菁雯,杜志叶,徐箭等.计及新能源出力和谐波的变压器热点温度修正模型[J].电力系统自动化,2025,49(16):132-141. DOI： 10.7500/AEPS20240930004.

HUANG Jingwen,DU Zhiye,XU Jian,et al.Modified Hotspot Temperature Model for Transformers Considering Renewable Energy Output and Harmonics[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(16):132-141. DOI： 10.7500/AEPS20240930004.

摘要

针对新能源出力波动性及谐波电流引起的电力变压器绕组温度升高问题，提出了新能源送出变压器热点温度修正方法。基于此，构建了基于三维Copula的新能源送出变压器热点温度概率密度模型，考虑新能源接入比例及其与风光荷相关性变化的影响，得到了新能源出力波动与热点温度的对应关系。引入谐波损耗因子计算谐波电流作用下变压器的损耗，分析了总谐波畸变率与负载率对热点温度的耦合影响。以风光火打捆送出系统为例，借助风光出力历史数据，计算了送出变压器热点温度并评估了热老化风险。结果表明，提出的修正模型能够应对不同新能源出力场景下的变压器热点温度计算。随着新能源接入比例、负荷相关性、总谐波畸变率与负载率的提升，热点温度超过极端情况的风险概率大大增加，故在高比例新能源并网系统中更需要关注变压器的温升问题。

Abstract

Aiming at the problem of winding temperature rising in power transformers caused by renewable energy output fluctuations and harmonic currents

a hotspot temperature correction method for renewable energy transmission transformers is proposed. Based on this

a 3D Copula-based probability density model for hotspot temperature of renewable energy transmission transformers is established. Considering the impact of renewable energy penetration rate and its correlation variation with wind-photovoltaic-load

the corresponding relationship between renewable energy output fluctuations and hotspot temperature is obtained. Harmonic loss factors are introduced to calculate transformer losses under harmonic currents

and the coupling effects of total harmonic distortion (THD) and load rate on hotspot temperature are analyzed. Taking a wind-photovoltaic-thermal bundling transmission system as an example

using historical wind and photovoltaic output data

the hotspot temperature of the transmission transformer is calculated and its thermal aging risk is evaluated. Results show that the proposed modified model can handle hotspot temperature calculations for transformers in various renewable energy output scenarios. With the increase in the renewable energy penetration rate

load correlation

THD and load rate

the risk probability of hotspot temperature exceeding extreme conditions significantly rises. Therefore

greater attention to the problems of transformer temperature rise is required in high-penetration renewable energy integration systems.

关键词

Keywords

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