Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии

Исследованы пути повышения качества сетевого напряжения у потребителей электроэнергии. В пакете программ Matlab (Simulink 4) выполнено исследование системы регулирования напряжения силового трансформатора с РПН типа РНОА – 110/800....

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2007
Hauptverfasser:	Жорняк, Л.Б., Осинская, В.И.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України 2007
Schriftenreihe:	Електротехніка і електромеханіка
Schlagworte:	Електричні машини та апарати
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142889
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии / Л.Б. Жорняк, В.И. Осинская // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 4. — С. 15-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-142889
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1428892018-10-20T01:23:30Z Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии Жорняк, Л.Б. Осинская, В.И. Електричні машини та апарати Исследованы пути повышения качества сетевого напряжения у потребителей электроэнергии. В пакете программ Matlab (Simulink 4) выполнено исследование системы регулирования напряжения силового трансформатора с РПН типа РНОА – 110/800. Досліджені питання підвищення якості напруги мережі споживачів електроенергії. Виконано дослідження системи регулювання напруги силового трансформатора з РПН типу РНОА – 110/800 в пакеті програм Matlab (Simulink 4). Problems of the mains voltage quality increase for electric power consumers are investigated. Investigation of a power transformer voltage regulation system with an on-load regulator of РНОА – 110/800 type is made in Matlab (Simulink 4). 2007 Article Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии / Л.Б. Жорняк, В.И. Осинская // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 4. — С. 15-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 2074-272X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142889 621.314.214.33 ru Електротехніка і електромеханіка Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати
spellingShingle	Електричні машини та апарати Електричні машини та апарати Жорняк, Л.Б. Осинская, В.И. Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии Електротехніка і електромеханіка
description	Исследованы пути повышения качества сетевого напряжения у потребителей электроэнергии. В пакете программ Matlab (Simulink 4) выполнено исследование системы регулирования напряжения силового трансформатора с РПН типа РНОА – 110/800.
format	Article
author	Жорняк, Л.Б. Осинская, В.И.
author_facet	Жорняк, Л.Б. Осинская, В.И.
author_sort	Жорняк, Л.Б.
title	Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии
title_short	Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии
title_full	Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии
title_fullStr	Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии
title_full_unstemmed	Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии
title_sort	исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством рпн для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии
publisher	Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
publishDate	2007
topic_facet	Електричні машини та апарати
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/142889
citation_txt	Исследование методов моделирования работы системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН для повышения качества электроснабжения потребителей электроэнергии / Л.Б. Жорняк, В.И. Осинская // Електротехніка і електромеханіка. — 2007. — № 4. — С. 15-21. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Електротехніка і електромеханіка
work_keys_str_mv	AT žornâklb issledovaniemetodovmodelirovaniârabotysistemyregulirovaniânaprâženiâsilovogotransformatorasustrojstvomrpndlâpovyšeniâkačestvaélektrosnabženiâpotrebitelejélektroénergii AT osinskaâvi issledovaniemetodovmodelirovaniârabotysistemyregulirovaniânaprâženiâsilovogotransformatorasustrojstvomrpndlâpovyšeniâkačestvaélektrosnabženiâpotrebitelejélektroénergii
first_indexed	2025-07-10T15:59:10Z
last_indexed	2025-07-10T15:59:10Z
_version_	1837276234003775488
fulltext	Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №4 15 УДК 621.314.214.33 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАБОТЫ СИСТЕМЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА С УСТРОЙСТВОМ РПН ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ Жорняк Л.Б., к.т.н., доц., Осинская В.И. Запорожский национальный технический университет Украина, 69063, Запорожье, ул. Жуковского, 64, ЗНТУ, кафедра электрических аппаратов тел.(0612) 64-46-25, факс:64-21-41, e-mail:zproton@zntu.edu.ua Досліджені питання підвищення якості напруги мережі споживачів електроенергії. Виконано дослідження системи регулювання напруги силового трансформатора з РПН типу РНОА – 110/800 в пакеті програм Matlab (Simulink 4). Исследованы пути повышения качества сетевого напряжения у потребителей электроэнергии. В пакете программ Matlab (Simulink 4) выполнено исследование системы регулирования напряжения силового трансформатора с РПН типа РНОА – 110/800. Одна из важных задач, возникающих в процессе автоматизации управления режимами работы элек- трических сетей, – поддержание заданных уровней напряжения на шинах подстанций. Централизованное регулирование напряжения на подстанциях преду- сматривает широкое использование силовых транс- форматоров и автотрансформаторов, содержащих устройство регулирования под нагрузкой (РПН). Ав- томатизация управления силовых трансформаторов с РПН в распределительных сетях с помощью широко распространенных автоматических регуляторов на- пряжения трансформаторов – эффективное средство улучшения качества регулирования и поддержания оптимальных уровней напряжения [1]. На узловых подстанциях связи сетей различного номинального напряжения регулирование напряжения приводит к перераспределению потоков реактивной мощности в энергосистеме. В этом случае даже небольшие изме- нения напряжения на одной из регулируемых под- станций могут привести к значительным перераспре- делениям потоков реактивной мощности. Питающие сети энергосистемы, как правило, не- однородны. Высокую степень неоднородности созда- ют автотрансформаторы связи в замкнутых контурах, что обусловливает неблагоприятное потокораспреде- ление и, как следствие этого, снижение экономично- сти работы сети. Для экономического распределения мощностей в контур включается дополнительная ЭДС, создающая уравнительную мощность [2]. Эта ЭДС, имеющая сдвиг по фазе по отношению к основ- ному напряжению, создается последовательным регу- лировочным трансформатором с соответствующей схемой соединения обмоток. Регулирование осущест- вляется устройством, аналогичным по принципу дей- ствия РПН трансформаторов. Внедрение ЭВМ во всех звеньях управления режимами работы электрических сетей – современная тенденция создания автоматизи- рованных систем энергетики [3, 4]. Энергосистемы уже имеют значительный арсенал вычислительных средств, который в настоящее время быстро изменя- ется как в качественном, так и в количественном от- ношении. Широко применяются также системы теле- механики, которые используются для сбора, обработ- ки информации и передачи управляющих воздействий на энергетические объекты. Научно-исследова- тельскими организациями разработан целый ряд ал- горитмов и программ оптимального регулирования напряжения с целью получения минимума потерь ак- тивной мощности и снижения ущерба от некачест- венного электроснабжения потребителей. Все это обусловливает актуальность внедрения систем авто- матизированного управления режимами электриче- ских систем. Составная задача таких систем – телере- гулирование напряжения на подстанциях в темпе из- менения схемы и режима работы сети путем про- граммного объединения технических средств, распо- лагаемых непосредственно на подстанциях и диспет- черских пунктах энергосистемы, что позволяет осу- ществить автоматизацию дистанционного управления с выходом через управляющий вычислительный ком- плекс непосредственно на подстанции. В настоящее время показатели качества напряже- ния у потребителей электроэнергии часто не отвечают установленным нормам [1]. Это свойственно как для производственных, так и для городских сетей. Пробле- ма качества электроэнергии тесно связана с надежно- стью и ресурсом работы различного рода потребителей [2]. Более того, особо требовательные из потребителей могут функционировать только при высоком качестве напряжения [3, 4]. Важнейшим параметром качества электроэнергии является уровень напряжения. Для наиболее экономичной и безаварийной работы потре- бителя необходимо, чтобы отклонение фактической величины напряжения, при котором он получает элек- троэнергию, от своего номинального значения не пре- вышало установленной нормами допустимой величи- ны. При этом желательно, чтобы отклонения напряже- ния вообще были минимальными. Требования к точно- сти поддержания напряжения различны для разных ви- дов нагрузок. Особенно нежелательно отклонение на- пряжения в сторону его уменьшения, которое приносит убытки во всех областях промышленности [2-8]. Также понижение напряжения увеличивает потери мощности в электросетях [2, 3]. Поскольку колебания напряжения являются принципиально неизбежными (ввиду изме- нения режимов работы сетей и потребителей), то для обеспечения необходимых уровней напряжения требу- ется его регулирование. Практически во всех энергосистемах применяет- ся большое количество устройств, которые обеспечи- вают поддержание необходимого уровня напряжения. Это, прежде всего, трансформаторы с регулируемым под нагрузкой коэффициентом трансформации, кон- денсаторные батареи, реакторы, синхронные компен- 16 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №4 саторы, генераторы электростанций, и т. п. [2, 9]. Ука- занные устройства оснащаются регуляторами, кото- рые обеспечивают поддержание напряжения на опре- деленном уровне. Основными средствами регулиро- вания напряжения в электрических сетях являются силовые трансформаторы с устройствами регулиро- вания под нагрузкой (РПН). Существуют три основ- ных направления повышения качества электроэнер- гии. В первую очередь, это – рационализация средств электроснабжения. К этому направлению относят по- вышение мощности сети, питание нелинейных потре- бителей повышенным напряжением и др. Второе на- правление предусматривает усовершенствование са- мих потребителей: обеспечение номинальной загруз- ки электродвигателей, использование многофазных схем выпрямления, включение в состав потребителя корректирующих устройств и т. д. Третье направле- ние предполагает использование устройств коррекции качества – регуляторов одного или нескольких пара- метров электроэнергии или связанных с ними пара- метров потребляемой мощности [4, 5]. Наиболее экономически предпочтительным в на- стоящее время является третье направление, посколь- ку изменение структуры сети или обновление всех потребителей требует значительных затрат. Для обес- печения надежной работы существующего оборудо- вания необходимо применять методы и средства ре- гулирования качества электрической энергии. Автоматическое регулирование напряжения на шинах электростанций и районных подстанций пре- имущественно осуществляется в виде встречного ре- гулирования, при котором в период наибольших на- грузок напряжение устанавливается выше номиналь- ного напряжения сети (с целью компенсации потерь напряжения у потребителей). В период же наимень- ших нагрузок напряжение автоматически понижается. В условиях эксплуатации стремятся, по возможности, уменьшить количество переключений ответвлений трансформатора, сознательно идя на некоторое сни- жение качества регулирования, но добиваясь этим по- вышения надежности систем электроснабжения. Для этого задают закон регулирования, который нечувст- вителен к кратковременным колебаниям напряжения, но реагирующий на отклонения, большие, чем зона нечувствительности. Для повышения устойчивости регулирования в [4, 5] предложена модель, которая позволяет учиты- вать знак производной огибающей регулируемого на- пряжения, что позволяет не производить дополни- тельного переключения ответвлений трансформатора, если регулируемый параметр находится вне зоны не- чувствительности регулятора, но под влиянием внеш- них факторов движется в эту зону. Оценка устойчиво- сти исследуемой системы автоматического регулиро- вания (CAP) в [6-9] совмещена с оценкой качества его переходных процессов (последние в случае устойчи- вой системы будут с течением времени затухать). В свою очередь, переходный процесс в системе оцени- вается по ее реакции на возможные наибольшие скач- ки задающих или возбуждающих воздействий напря- жения. Очевидно, что синтезированная система отно- сится к существенно нелинейным, а исследование ее устойчивости рационально осуществить путем ком- пьютерного моделирования. Математическую модель CAP напряжения силового трансформатора с РПН ти- па РНОА – 110/800 (с восемью ступенями переключе- ний) можно реализовать зависимостями [4]: ( ) ( )( ) ( )( )[ ];min2у1 ItIKUtUKtu −−−= ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ≥ ≤τ− ≥ ≤≤ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ≤ ≤τ− ≤ = − + ;0 ; ; если, ;если, ;0 ; ; если, ог в.зз н.з н.н 1 в.зн.з н.н ог н.зз н.з н.н 1 dt dU utu utu U U utuu U U dt dU utu utu U U K i i i m (1) ( ) ( ) ( )⎩ ⎨ ⎧ ≥ ≤ Δ±→ → в.з1. н.з1 ном рег ; если, min utu utu UU t tU ( ) ( ) ( )⎩ ⎨ ⎧ ≥ ≤ Δ±=→ в.з1. н.з1 номmin ; если, рег utu utu UUtU t В данных зависимостях приняты следующие обозначения: ( )tu – приведенное действующее на- пряжение на шинах подстанции с учетом токовой компенсации; в.зн.з , uu – соответственно нижняя и верхняя границы зоны нечувствительности трансфор- матора, которые задаются из условий надежности; уU – уставка регулятора, которая соответствует но- минальному напряжению номU на шинах подстан- ции; ( )tU – текущее действующее значение номи- нального напряжения; minI – ток в шинах подстанции в режиме минимальной нагрузки; ( )tI – текущее дей- ствующее значение этого тока; н.нU – действующее напряжение на шинах низкой стороны трансформато- ра; iU – действующее напряжение, которое индуци- руется в обмотке трансформатора при подключении i-того ответвления; 1K – коэффициент, характери- зующий чувствительность регулятора; minmax ном 2 05.0 II U K − = – коэффициент, определяющий на- клон характеристики встречного регулирования; maxI – ток нагрузки в режиме максимума; зτ – время за- держки сигнала; н.з1в.з1, uu – соответственно верхняя и нижняя границы зоны, обусловленные качеством регулирования напряжения; dt dUог – производная огибающей контролируемого действующего напря- жения; регt – время регулирования, в течение которо- го значение напряжения возвращается в зону нечувст- вительности (заданную надежностью системы). Следует отметить, что чем шире зона регулиро- вания 2в.з1в.з uuU −=Δ и больше время задержки сигнала зτ , тем ниже качество регулирования напря- жения, но выше надежность, поскольку меньше пере- Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №4 17 ключений. Логическое условие 0ог ≤dtdU позволя- ет повысить устойчивость регулирования за счет уменьшения числа переключений отпаек трансформа- тора, когда регулируемый параметр находится за зо- ной нечувствительности регулятора. Выполненный авторами анализ состояния рассматриваемых вопро- сов свидетельствует о том, что существующие модели систем регулирования напряжения силовых транс- форматоров с устройствами РПН не позволяют в пол- ной мере исследовать переходные процессы в этих устройствах при переключении отпаек трансформато- ров, а в связи с этим – ограничивают возможность ис- следования режимов данных устройств и нахождение эффективных алгоритмов управления ими. Статья по- священа созданию на основе анализа уточненной мо- дели системы регулирования напряжения силового трансформатора с устройством РПН и исследованию на этой модели рациональных алгоритмов переклю- чения отпаек силового трансформатора, обеспечи- вающих повышение качества сетевого напряжения при одновременном повышении эксплуатационной надежности РПН. Для решения зависимости (1) авторами создана в пакете программ Matlab (Simulink 4) [10] имитацион- ная модель трехфазного двухобмоточного силового трансформатора с РПН, показанная на рис. 1. Применяемый пакет прикладных программ (ППП) Matlab 5.2 дает возможность решать широкий круг математических задач и содержит в своем соста- ве программу Simulink [10], с помощью которой мож- но задавать схемы моделирования исследуемых сис- тем и получать результаты моделирования в удобном, наглядном виде. Поскольку каналы регулирования напряжения в сторону его уменьшения или увеличе- ния работают одинаково, то в модели был реализован только один канал, что значительно упростило расче- ты. Кроме этого можно учитывать, что при значи- тельных отклонениях напряжения система регулиро- вания проводит переключение устройства РПН без задержки (по крайней мере, на два положения). По- этому для упрощения модели полагалось, что устрой- ство РПН имеет лишь две секции. Трансформатор с регулированием напряжения под нагрузкой был смо- делирован в пакете Matlab при использовании управ- ляемой передаточной системы (FACTS) [10]. Это бы- ло возможно, поскольку РПН используется для пере- ключения нагрузки и передачи тока в обмотках трансформатора без разрыва цепи. Так как реальное время переключения обмоток (30–60 мс) составляет намного меньше фактического времени выбора от- ветвления (3–10 сек), то этот блок можно представить векторной моделью для исследования устойчивости энергосистемы в диапазоне от нескольких секунд до нескольких минут. На рис. 1 приняты следующие обозначения вво- дов и выводов трансформатора: 1) A, B, C – три ввода, соединенные с обмоткой 1; 2) a, b, c – три вывода, соединенные с обмоткой 2; 3) Vm – входное напряжение, которое контролиру- ется регулятором напряжения (этот параметр вводит- ся для трансформатора в третьем окне на рис. 3); дан- ное напряжение представляет собой цифровой сигнал, соответствующий измеренному напряжению на вво- дах трансформатора (со стороны 1 или 2) или на дис- танционной шине; 4) переключение отпаек в положение "ВЫШЕ" или "НИЖЕ" – вводится в третьем и четвертом окнах на рис. 4, когда определено управление устройством РПН, а, подав импульс на тот или иной вход, проис- ходит изменение импульса с логического 0 на логиче- скую 1; 5) m – выходной вектор симулирования, содержа- щий 16 выходных сигналов, которые являются как комплексными величинами (векторы тока, векторы напряжения), так и сигналами управления. Задать значения последних можно в блоке "Вы- бор шины" (Bus Selector). Параметры внешнего контроля устройства РПН определяются в блоке меню. Регулирование напряже- ния одной фазы регулируемого трансформатора проис- ходит при изменении коэффициента трансформации V2/V1 устройством РПН (рис. 2). Устройство РПН мо- жет подсоединяться как к обмотке 1 (схема на рис. 2, а) так и к обмотке 2 (схема на рис. 2, б), а также выбирать любое количество ответвлений (начиная с нуля – для безвитковой коррекции и заканчивая максимально возможным числом Ntap – с максимальной витковой коррекцией). Устройство РПН имеет реверс, что по- зволяет подсоединять регулировочную обмотку встречно или согласно. Коэффициент умножения Vnom2/Vnom1 (см. рис. 2) называется коррекцией на- пряжения и определяется как: 1/(1 + N·ΔU) –для РПН на обмотке 1 или (1 + N·ΔU) –для РПН на обмотке 2. Здесь N – номер ответвления; ΔU – приращение на- пряжение на отпайке относительно напряжения обмот- ки 1 или 2. Отрицательное значение N соответствует реверсивному переключению (пунктирная линия). Автоматический контроль напряжения на регу- лируемом трансформаторе осуществляется системой управления напряжением обычно на обмотках или шинах. Такая система управления в данном случае обеспечивается блоком "Three-Phase OLTC Regulating Transformer", которая автоматически определяет по- ложение ответвлений, сравнивая измеренное напря- жение Vm с заданным в блоке относительным значе- нием напряжения Vref. При каждом переключения отпаек регулятор по- дает импульс на вход "ВЫШЕ" или "НИЖЕ" элемента управления (контроллера) устройством РПН. Для дальнейшего переключения регулятор проверяет со- ответствие следующему выражению: abs (Vm – Vref) > DeadBand/2 в течение времени (during time) t > Delay, (2) где Vref – заданное значение напряжения в блоке управления; DeadBand – параметр зоны нечувстви- тельности ΔU регулятора напряжения; Delay – временная задержка при переключении отпаек. Выбор управления происходит по следующему алгоритму: 1) определяется вход Vm; 2) устанавливается позиция "ВЫШЕ" или "НИЖЕ"; 3) прикладывается импульс на вход "ВЫШЕ" или "НИЖЕ" и осуществляется смена отпаек в пря- мом или обратном порядке, таким образом, сигнал меняется с логического нуля на единицу. Диалоговые окна (рис. 3 и 4) задают параметры соответственно трансформатора и РПН (Transformer parameters; OLTC and Voltage Regulator parameters). 18 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №4 Рис. 1. Модель трехфазного регулируемого двухобмоточного силового трансформатора с РПН а) б) Рис. 2. Схема регулирования напряжения на одной фазе трехфазного регулируемого трансформатора: а) на первой обмотке: ( ) 1 2 1 2 1 1 nom nom V V UNV V × Δ⋅+ = ; б) на второй обмотке: ( ) 1 2 1 2 1 nom nom V V UN V V ×Δ⋅+= Для моделирования задавались следующие пара- метры: 1) номинальная мощность (ВА) и частота (Гц) [Pnom; Fnom]; 2) обмотка 1 [V1 R1 X1] – с номинальным меж- фазным напряжением обмотки 1 (В); сопротивлением обмотки (о.е.); сопротивлением утечки (о.е.); 3) соединение обмотки 1 может быть: Y (неза- земленная звезда); Yg (заземленная звезда); треуголь- ник D1 (угол сдвига фаз составляет 30 градусов); тре- угольник D11 (угол сдвига - 30 градусов); 4) обмотка 2 [V2, R2, X2]; 5) соединение обмотки 2; 6) регулировочная обмотка [Rt, Xt] – с сопротив- лением цепи и сопротивлением утечки, зависящим от положения ответвлений; сопротивление (в о.е.) необ- ходимо выставить относительно максимального по- ложения отпаек. 7) ветвь намагничивания [Rm, Xm] – с активным сопротивлением (о.е.) и реактивным сопротивлением (о.е.) параллельных ветвей, смоделированными в за- висимости от потерь в стали и токов намагничивания (без учета насыщения). 8) величина выходного тока обмотки 2 [Mag Phase] – начальная величина положительно направ- ленного вектора тока (в о.е.), выходящего из обмотки 2. (Ток, входящий в обмотку 1 определяется так же). Начальное значение токов [0, 0]. После запуска сис- темы, она примет установившееся состояние после окончания переходного процесса. Исходные параметры РПН и регулятора напря- жения для моделирования следующие (см. рис. 4): 1) подсоединение устройства РПН – к обмотке 1 либо обмотке 2; 2) напряжение ступени (Delta U) на одну отпайку; 3) минимальное или максимальное положение РПН [MinTap MaxTap]. 4) начальное положение отпаек N устанавливает- ся с учетом выражения MaxTapNMinTap ≤≤ ; 5) время выбора отпайки – определяет механиче- Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №4 19 скую задержку времени в секундах, позволяющую устройству РПН переместиться на 1 позицию. Вре- менной диапазон составляет 3–10 секунд; Рис.3. Исходные значения параметров трехфазного трансформатора с РПН Рис. 4. Исходные значения параметров РПН и регулятора напряжения 6) внешнее управление устройством РПН осуще- ствляется регулятором напряжения; 7) регулятор напряжения [Vref DeadBand Delay] – этот параметр недоступен, когда выбрана установка внешних параметров управления устройством. В нашем случае регулятор установлен в положение "Вкл" ("on"). Определяется относительное напряжение Vref (в о.е.), зона нечувствительности гистерезисного регулято- ра (в о.е.) и время задержки в секундах, за которое от- клонение напряжения должно быть выше половины ве- личины зоны нечувствительности устройства при пря- мом и обратном ходе регулирования. Зона нечувстви- тельности устанавливается равной величине, превы- шающей в 2 раза напряжение ступени в окне "Напряже- ние ступени DeltaU". Все параметры указаны на рис. 4. Распределительная сеть (см. рис. 1) имеет на стороне высокого напряжения 220 кВ, трехфазный трансформатор с РПН, соединенный по схеме Y/Δ, мощностью 125 МВА типа РНОА – 110/800, на сто- роне низкого напряжения 110 кВ – 50 км параллельно соединенных питающих линий с источником на 136 МВт/20 МВАр. Компенсация реактивной мощности, поступающая на шину нагрузки, составляет 45 МВАр. Для сравнения характеристик, рассчитанных на двух разных моделях, дублируем эту же цепь на вы- ходах В2 и В4. Модель 1 является типичной моделью трансформатора с РПН и может быть использована как для дискретных решений (с целью получения точных волновых графиков), так и для векторного моделирования (для наблюдения изменений величин токов и напряжений). Модель 2 является упрощенной векторной моде- лью, в которой трансформатор с РПН управляет ис- точниками тока. Такая модель используется только при векторном моделировании и для исследования установившихся процессов (так как отличается по- вышенным быстродействием). Функционирование двухтрансформаторных мо- делей с РПН происходит следующим образом. Оба трансформатора с РПН имеют параметры: 47 МВА, 120 кВ/25 кВ, Y/Δ, соединены на высоковольтной стороне (220 кВ) и предназначены для регулирования напряжения на шинах B2 и B4. Регулирование напря- жения происходит изменением коэффициента транс- формации. Данное регулирование происходит при различном соединении фаз; обмотка с отводами (ре- гулировочная обмотка) соединена последовательно с каждой обмоткой (отличается на 220/√3 кВ). Таблица 1 Обозначение сигналов, принятых в модели на рис. 1 Сигнал Группа сигналов Сигнал Описание 1-3 VABC (cmplx) VA (pu), VB (pu), VC (pu) Векторные напряжения (фаза на землю) на вводах A, B, C (о.е.) трансформа- тора 4-6 Vabc (cmplx) Va (pu), Vb (pu), Vc (pu) Векторные напряжения (фаза на землю) на выво- дах a, b, c (о.е.) трансфор- матора 7-9 IABC (cmplx) IA (pu), IB (pu), IC (pu) Векторные входные токи на фазах A, B, C 10-12 Iabc (cmplx) Ia (pu), Ib (pu), Ic (pu) Векторные выходные токи на фазах a, b, c 13-14 Z (cmplx) Z1 (pu), Z0 (pu) Положительное и нулевое значения комплексного сопротивления (R+jX) 15 Tap (От- пайка) Tap Положение отпайки 16 Ready (Готово) Ready Логический сигнал кон- троллера устройства РПН. Этот сигнал показывает работу регулятора напря- жения. Сигнал "Готово" (1) поступает после заверше- ния выбора отпайки и по- казывает готовность к вы- бору следующей. Импуль- сы "ВЫШЕ" и "НИЖЕ" блокируются до подачи следующего сигнала го- товности (т.е. пока сигнал "Готово" равен 0) 20 Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №4 Девять положений регулятора позволяют пере- ключать 8 отпаек (включая нулевую с коэффициентом трансформации 220 кВ/110 кВ). Реверс в устройстве РПН позволяет встречно или согласно подсоединять регулировочную обмотку. Для фиксированного зна- чения вторичного напряжения 110 кВ каждое ответв- ление обеспечивает витковую коррекцию ±0.01875 о.е. (или ±1.875% номинального напряжения 220 кВ). Общее число положений составляет 17 (так как вклю- чает нулевую отпайку) и позволяет изменять напря- жение в пределах от 0.85%. (при напряжении 187 кВ) до 1.15% (при напряжении 253 кВ) со ступенью 0.01875% (с напряжением 1.4 кВ). Положительное напряжение, измеряемое на шинах В4 и В2, использу- ется как входное напряжение регулятора (input 'Vmeas' of the transformer blocks). Параметры меню блока трансформатора были такими: – подключен регулятор напряжения ('Voltage regulator ''on'); – установлено относительное напряжение 1.04%; – для запуска модели выбирается начальное по- ложение -4, а напряжение трансформатора увеличива- ется коэффициентом 1/(1-4·0,01875)=1,081. Первая модель имеет постоянное число ответв- лений (равное 8), а векторная модель является более гибкой и позволяет подобрать любое соединение об- моток трансформатора и менять число отпаек при не- обходимости. Переключение отпаек происходит при кратковременном закорачивании двух смежных отпа- ек через резисторы (с сопротивлением 5 Ом, време- нем переключения – 60 мс, которое вводится через блок меню). В векторной модели питание от источни- ка тока характеризуется величиной падения напряже- ния, которая зависит от сопротивления обмотки, реак- тивного сопротивления утечки и положения отпаек. Обе модели снабжены регуляторами напряжения, ко- торые вырабатывают импульсы в положениях "при- бавить" или "убавить" для переключения в прямом или обратном направлении. Регулирование напряже- ния зависит от величины зоны нечувствительности DB (которая вдвое превышает величину напряжения ступени и составляет 0,00375 о.е.). Это означает, что максимальное отклонение напряжения на шинах В2 и В4 должно составлять 0,01875 о.е. Пока максимальная величина количества отпаек (-8 или +8) не будет дос- тигнута, напряжение остается в пределах: (Vref – DB/2< V <1.04+DB/2) = (1.021 < V< 1.059). Так как механический процесс выбора ответвле- ния происходит относительно быстро (4 сек.), то ус- танавливается время симуляции, равное 120 секун- дам. Трехфазный источник, изменяющий напряжение в сети 220 кВ, предназначен для исследования харак- теристик РПН. Изначально источник вырабатывает свое номинальное напряжение. Затем напряжение па- дает до 0.95·Un за 10 секунд и вновь повышается до 1.1·Un через 50 секунд. Все процессы при запуске на- блюдаются на осциллографе (Scope). На рис. 5 приве- дены осциллограммы процесса переключения отпаек. В частности, осциллограмма а) показывает текущее положение отпайки, равное -4; осциллограмма б) – положительное напряжение (220 кВ) на шине В1 (график 1), 110 кВ на шине В2 (график 2) и на шине В4 (график 3). Осциллограммы в) и г) – активную и реактивную мощности, рассчитанные на высоко- вольтной стороне (при 220 кВ) для шин В1 и В3. Рис. 5. Осциллограммы процессов: а) переключения отпаек; б) напряжения на шинах В1, В2 и В4; в) активной мощности на стороне высокого напряжения (220 кВ); г) реактивной мощности на стороне высокого напряжения (220 кВ) Електротехніка і Електромеханіка. 2007. №4 21 Моделирование начинается с запуска системы в положении -4, полученное напряжение на шинах В2 и В4 составило при этом 1,038·Un. При времени t=10 секунд внешнее напряжение источника снизилось до 0,95·Un, падение напряжения при 25 кВ составило 0,986·Un, что не соответствует допустимому диапазо- ну (1,021 < V < 1,059). Регулятор повышает напряже- ние и РПН останавливается на -6 отпайке (V=1,025·Un) (см. рис. 5, а). Через 50 секунд внешнее напряжение источника увеличилось до 1,1·Un, поэто- му регулятор напряжения подает сигнал на пониже- ние напряжения до (V=1.043·Un), и РПН устанавлива- ется в положении +1 (осциллограмма на рис. 5, а). Перепады напряжения в модели происходят при t = 10 секунд (напряжение увеличивается) и t=50 се- кунд (напряжение уменьшается) (см. рис. 5). Это вы- звано передаточной функцией (задающий цикл за оп- ределенный промежуток времени), принятой в алгеб- раических циклических моделях. Проверка окончания процесса переключения трансформатора с одной ступени на другую происхо- дит по формуле (1). Расчетные графики напряжений U (в безразмерном виде: через ноль или единицу, – в за- висимости от длительности переходного процесса в момент переключения отпаек на РПН типа РНОА – 110/800 с восемью ступенями переключений) пред- ставлены на рис. 6 – рис. 8. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 10 20 30 40 50 t. c U. o.e. Рис. 6. График сигнала возбуждения РПН 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 10 20 30 40 t. c U. o.e. Рис. 7. График переходного процесса при апериодическом характере сигнала управления Um 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 0 10 20 30 40 t. c U. o.e. Рис. 8. График переходного процесса при колебательном характере сигнала управления Um Эти графики позволяют оценить насколько быст- ро в синтезированной системе автоматического регу- лирования напряжения силового трансформатора с РПН типа РНОА – 110/800 происходит затухание пере- ходных процессов при воздействии на них ступенчато- го возбуждения. А также – требуется ли дополнитель- ное переключение ответвлений РПН, пока не закон- чился переходный процесс? Если графики демонстри- руют затухание переходного процесса, то процесс пе- реключений можно закончить, а броски напряжения у потребителя уменьшить. Это, в свою очередь, позволит при модернизации существующих подстанций сокра- тить затраты за счет увеличения времени службы кон- тактов устройств РПН силовых трансформаторов, сни- жения потерь мощности и электроэнергии в сетях, пре- дупредить нежелательные аварийные режимы работы у потребителей этой энергии. ЛИТЕРАТУРА [1] ГОСТ 13109-87. Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения. Взамен ГОСТ 13109-67. Введ. 16.12.87. – М.: Изд-во стандартов, 1988. – 20 с. [2] Говоров Ф.П. К вопросу о регулировании напряжения в городских электрических сетях// Энергетика и электри- фикация. – 1993. - №4. – С. 42-44. [3] Розанов Ю.К., Рябчинский М.В. Современные методы улучшения качества электроэнергии (аналитический об- зор) // Электротехника. – 1998. - №3. – С. 10-17. [4] Мокин Б.И., Выговский Ю.Ф. Автоматические регуля- торы в электрических сетях. – К.: Техніка, 1985. – 104 с. [5] В.В. Грабко. Моделі і засоби регулювання напруги за допомогою трансформаторів з пристроями РПН. Моно- графія. – Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2005, 109 с. [6] Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. – К.: Техника, 1981. – 160 с. [7] Поспелов Г.Е., Сыч Н.М. Потери мощности и энергии в электрических сетях / Под ред. Г.Е. Поспелова. – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 216 с. [8] Орлов В.С. Дополнительные потери мощности и энер- гии при отклонении напряжения и частоты // Изв. Вузов: Сер. Энергетика. – 1985. - №6. – С. 19-23. [9] Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирова- ние напряжения в электрических системах. – М.: Энер- гоатомиздат, 1985. – 216 с. [10] Дьяконов В.П. Simulink 4. Специальный справочник. – СП: Питер, 2002. – 528 с. Поступила 05.10.2006

Institution

Ähnliche Einträge