مدلسازی و شبیه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغییرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع

عنوان کامل: مدلسازی و شبیه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغییرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع

تعداد صفحات: 143

دسته: برق، الکترونیک

---

چکیده

در سالهای اخیر، مسایل جدی کیفیت توان در ارتباط با افت ولتاژهای ایجاد شده توسط تجهیزات و مشتریان، مطرح شده است، که بدلیل شدت استفاده از تجهیزات الکترونیکی حساس در فرآیند اتوماسیون است. وقتی که دامنه و مدت افت ولتاژ، از آستانه حساسیت تجهیزات مشتریان فراتر رود، ممکن است این تجهیزات درست کار نکند، و موجب توقف تولید و هزینه­ی قابل توجه مربوطه گردد. بنابراین فهم ویژگیهای افت ولتاژها در پایانه های تجهیزات لازم است. افت ولتاژها عمدتاً بوسیله خطاهای متقارن یا نامتقارن در سیستمهای انتقال یا توزیع ایجاد می­شود. خطاها در سیستمهای توزیع معمولاً تنها باعث افت ولتاژهایی در باسهای مشتریان محلی می­شود. تعداد و ویژگیهای افت ولتاژها که بعنوان عملکرد افت ولتاژها در باسهای مشتریان شناخته می­شود، ممکن است با یکدیگر و با توجه به مکان اصلی خطاها فرق کند. تفاوت در عملکرد افت ولتاژها  یعنی، دامنه و بویژه نسبت زاویه فاز، نتیجه انتشار افت ولتاژها از مکانهای اصلی خطا به باسهای دیگر است. انتشار افت ولتاژها از طریق اتصالات متنوع ترانسفورماتورها، منجر به عملکرد متفاوت افت ولتاژها در طرف ثانویه ترانسفورماتورها می­شود. معمولاً، انتشار افت ولتاژ بصورت جریان یافتن افت ولتاژها از سطح ولتاژ بالاتر به سطح ولتاژ پایین­تر تعریف می­شود. بواسطه امپدانس ترانسفورماتور کاهنده، انتشار در جهت معکوس، چشمگیر نخواهد بود. عملکرد افت ولتاژها در باسهای مشتریان را با مونیتورینگ یا اطلاعات آماری می­توان ارزیابی کرد. هر چند ممکن است این عملکرد در پایانه­های تجهیزات، بواسطه اتصالات سیم­پیچهای ترانسفورماتور مورد استفاده در ورودی کارخانه، دوباره تغییر کند. بنابراین، لازم است بصورت ویژه انتشار افت ولتاژ از باسها به تاسیسات کارخانه از طریق اتصالات متفاوت ترانسفورماتور سرویس دهنده، مورد مطالعه قرار گیرد. این پایان نامه با طبقه بندی انواع گروههای برداری ترانسفورماتور و اتصالات آن و همچنین دسته بندی خطاهای متقارن و نامتقارن به هفت گروه، نحوه انتشار این گروهها را از طریق ترانسفورماتورها با مدلسازی و شبیه­سازی انواع اتصالات سیم پیچها بررسی می­کند و در نهایت نتایج را ارایه می­نماید و این بررسی در شبکه تست چهارده باس IEEE برای چند مورد تایید می­شود.   

کلید واژه­ها: افت ولتاژ، مدلسازی ترانسفورماتور، اتصالات ترانسفورماتور، اشباع، شبیه سازی.

مقدمه

یکی از ضعیفترین عناصر نرم افزارهای مدرن شبیه سازی، مدل ترانسفورماتور است و فرصتهای زیادی برای بهبود شبیه­سازی رفتارهای پیچیده ترانسفورماتور وجود دارد، که شامل اشباع هسته مغناطیسی، وابستگی فرکانسی، تزویج خازنی، و تصحیح ساختاری هسته و ساختار سیم پیچی است.

مدل ترانسفورماتور بواسطه فراوانی طراحیهای هسته و همچنین به دلیل اینکه برخی از پارامترهای ترانسفورماتور هم غیر خطی و هم به فرکانس وابسته­اند، می تواند بسیار پیچیده باشد. ویژگیهای فیزیکی رفتاری که، با در نظر گرفتن فرکانس، لازم است برای یک مدل ترانسفورماتور بدرستی ارائه شود عبارتند از:

• پیکربندیهای هسته و سیم پیچی،
• اندوکتانسهای خودی و متقابل بین سیم پیچها،
•  شارهای نشتی،
• اثر پوستی و اثر مجاورت در سیم پیچها،
• اشباع هسته مغناطیسی،
• هیسترزیس و تلفات جریان گردابی در هسته،
• و اثرات خازنی.

مدلهایی با پیچیدگیهای مختلف در نرم افزارهای گذرا برای شبیه سازی رفتار گذرای ترانسفورماتورها، پیاده سازی شده است. این فصل یک مرور بر مدلهای ترانسفورماتور، برای شبیه سازی پدیده های گذرا که کمتر از رزونانس سیم پیچ اولیه (چند کیلو هرتز) است، می باشد، که شامل فرورزونانس، اکثر گذراهای کلیدزنی، و اثر متقابل هارمونیکها است.

فهرست

1-1 مقدمه    2
1-2 مدلهای ترانسفورماتور    3
1-2-1 معرفی مدل ماتریسی Matrix Representation (BCTRAN Model)     4
1-2-2 مدل ترانسفورماتور قابل اشباع  Saturable Transformer Component (STC Model)     6
1-2-3 مدلهای بر مبنای توپولوژی Topology-Based Models    7
2- مدلسازی ترانسفورماتور    13
2-1 مقدمه    13
2-2 ترانسفورماتور ایده آل    14
2-3 معادلات شار نشتی    16
2-4 معادلات ولتاژ    18
2-5 ارائه مدار معادل    20
2-6 مدلسازی ترانسفورماتور دو سیم پیچه    22
2-7 شرایط پایانه ها (ترمینالها)     25
2-8 وارد کردن اشباع هسته به شبیه سازی    28
2-8-1 روشهای وارد کردن اثرات اشباع هسته    29
2-8-2 شبیه سازی رابطه بین  و      33
2-9 منحنی اشباع با مقادیر لحظهای    36
2-9-1 استخراج منحنی مغناطیس کنندگی مدار باز با مقادیر لحظهای    36
2-9-2 بدست آوردن ضرایب معادله انتگرالی    39
2-10 خطای استفاده از منحنی مدار باز با مقادیر RMS    41
2-11 شبیه سازی ترانسفورماتور پنج ستونی در حوزه زمان    43
2-11-1 حل عددی معادلات دیفرانسیل    47
2-12 روشهای آزموده شده برای حل همزمان معادلات دیفرانسیل    53
3- انواع خطاهای نامتقارن و اثر اتصالات ترانسفورماتور روی آن    57
3-1 مقدمه    57
3-2 دامنه افت ولتاژ    57
3-3 مدت افت ولتاژ    57
3-4 اتصالات سیم پیچی ترانس    58
3-5 انتقال افت ولتاژها از طریق ترانسفورماتور    59
3-5-1 خطای تکفاز، بار با اتصال ستاره، بدون ترانسفورماتور    59
3-5-2 خطای تکفاز، بار با اتصال مثلث، بدون ترانسفورماتور    59
3-5-3 خطای تکفاز، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع دوم    60
3-5-4 خطای تکفاز، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع دوم    60
3-5-5 خطای تکفاز، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع سوم    60
3-5-6 خطای تکفاز، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع سوم    60
3-5-7 خطای دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، بدون ترانسفورماتور    61
3-5-8 خطای دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، بدون ترانسفورماتور    61
3-5-9 خطای دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع دوم    61
3-5-10 خطای دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع دوم    61
3-5-11 خطای دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع سوم    62
3-5-12 خطای دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع سوم    62
3-5-13 خطاهای دو فاز به زمین    62
3-6 جمعبندی انواع خطاها    64
3-7 خطای TYPE A، ترانسفورماتور DD    65
3-8 خطای TYPE B، ترانسفورماتور DD    67
3-9 خطای TYPE C، ترانسفورماتور DD    69
3-10 خطاهای TYPE D و TYPE F و TYPE G، ترانسفورماتور DD    72
3-11 خطای TYPE E، ترانسفورماتور DD    72
3-12 خطاهای نامتقارن، ترانسفورماتور YY    73
3-13 خطاهای نامتقارن، ترانسفورماتور YGYG    73
3-14 خطای TYPE A، ترانسفورماتور DY    73
3-15 خطای TYPE B، ترانسفورماتور DY    74
3-16 خطای TYPE C، ترانسفورماتور DY    76
3-17 خطای TYPE D، ترانسفورماتور DY    77
3-18 خطای TYPE E، ترانسفورماتور DY    78
3-19 خطای TYPE F، ترانسفورماتور DY    79
3-20 خطای TYPE G، ترانسفورماتور DY    80
3-21 شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE A شبیه سازی با PSCAD    81
شبیه سازی با برنامه نوشته شده    83
3-22 شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE B شبیه سازی با PSCAD    85
شبیه سازی با برنامه نوشته شده    87
3-23 شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE C شبیه سازی با PSCAD    89
شبیه سازی با برنامه نوشته شده    91
3-24 شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE D شبیه سازی با PSCAD    93
شبیه سازی با برنامه نوشته شده    95
3-25 شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای  TYPE E شبیه سازی با PSCAD    97
شبیه سازی با برنامه نوشته شده    99
3-26 شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE F شبیه سازی با PSCAD    101
شبیه سازی با برنامه نوشته شده    103
3-27 شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE G شبیه سازی با PSCAD    105
شبیه سازی با برنامه نوشته شده    107
3-28 شکل موجهای ولتاژ – جریان چند باس شبکه 14 باس IEEE برای خطای TYPE D در باس 5    109
3-29 شکل موجهای ولتاژ – جریان چند باس شبکه 14 باس IEEE برای خطای TYPE G در باس 5    112
3-30 شکل موجهای ولتاژ – جریان چند باس شبکه 14 باس IEEE برای خطای TYPE A در باس 5    115
4- نتیجه گیری و پیشنهادات    121
مراجع    123

جهت دانلود محصول اینجا کلیک نمایید