در سالهاي اخير، مسايل جدي كيفيت توان در ارتباط با افت ولتاژهاي ايجاد شده توسط تجهيزات و مشتريان، مطرح شده است، كه بدليل شدت استفاده از تجهيزات الكترونيكي حساس در فرآيند اتوماسيون است. وقتي كه دامنه و مدت افت ولتاژ، از آستانه حساسيت تجهيزات مشتريان فراتر رود … پیشنهاد می کنیم ادامه این مطلب مفید و ارزشمند را در مقاله مدلسازی و شبيه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغييرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع دنبال نمایید. این فایل شامل 142 صفحه و در قالب word ارائه شده است.
مشخصات فایل مدلسازی و شبيه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغييرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع
عنوان: مدلسازی و شبيه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغييرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع
فرمت فایل : word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات : 142
حجم فایل : 4,10 مگابایت
بخشی از مقاله مدلسازی و شبيه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغييرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع را در ادامه مشاهده خواهید نمود.
1-1 مقدمه
يکی از ضعيفترين عناصر نرم افزارهای مدرن شبيه سازی، مدل ترانسفورماتور است و فرصتهای زيادی برای بهبود شبيهسازی رفتارهای پيچيده ترانسفورماتور وجود دارد، که شامل اشباع هسته مغناطيسی، وابستگی فرکانسی، تزويج خازنی، و تصحيح ساختاری هسته و ساختار سيم پيچی است.
مدل ترانسفورماتور بواسطه فراوانی طراحيهای هسته و همچنين به دليل اينکه برخی از پارامترهای ترانسفورماتور هم غير خطی و هم به فرکانس وابستهاند، می تواند بسيار پيچيده باشد. ويژگيهای فيزيکی رفتاری که، با در نظر گرفتن فرکانس، لازم است برای يک مدل ترانسفورماتور بدرستی ارائه شود عبارتند از:
- پيکربنديهای هسته و سيم پيچی،
- اندوکتانسهای خودی و متقابل بين سيم پيچها،
- شارهای نشتی،
- اثر پوستی و اثر مجاورت در سيم پيچها،
- اشباع هسته مغناطيسی،
- هيسترزيس و تلفات جريان گردابی در هسته،
- و اثرات خازنی.
مدلهايی با پيچيدگيهای مختلف در نرم افزارهای گذرا برای شبيه سازي رفتار گذرای ترانسفورماتورها، پياده سازی شده است. اين فصل يک مرور بر مدلهای ترانسفورماتور، برای شبيه سازی پديده های گذرا که کمتر از رزونانس سيم پيچ اوليه (چند کيلو هرتز) است، می باشد، که شامل فرورزونانس، اکثر گذراهای کليدزنی، و اثر متقابل هارمونيکها است.
1-2 مدلهای ترانسفورماتور
يک مدل ترانس را می توان به دو بخش تقسيم کرد:
- معرفی سيم پيچها.
- و معرفی هسته آهنی.
اولين بخش خطی است، و بخش دوم غير خطی، و هر دوی آنها وابسته به فرکانس است. هر يك از اين دو بخش بسته به نوع مطالعهای که به مدل ترانسفورماتور نياز دارد، نقش متفاوتی بازی میکند. برای نمونه، در شبيهسازيهاي فرورزونانس، معرفي هسته حساس است ولی در محاسبات پخش بار و اتصال کوتاه صرفنظر میشود.
برای کلاس بندی مدلهای ترانسفورماتور چند معيار را میتوان بکاربرد:
- تعداد فازها،
- رفتار (پارامترهای خطی/ غير خطی، ثابت/ وابسته به فرکانس)،
- و مدلهای ریاضی.
با دستهبندي مدلسازي ترانسفورماتورها، ميتوان آنها را به سه گروه تقسيم كرد.
- اولین گروه از ماتريس امپدانس شاخه يا ادميتانس استفاده میکند.
- گروه دوم توسعه مدل ترانسفورماتور قابل اشباع به ترانسفورماتورهای چند فاز است. هر دو نوع مدل در نرم افزار EMTP پياده سازی شده است، و هر دوی آنها برای شبيه سازی برخی از طراحيهای هسته، محدوديتهای جدی دارد.
- وگروه سوم مدلهای براساس توپولوژی، كه گروه بزرگی را تشکيل می دهد و روشهای زيادی بر اساس آن ارائه شده است. اين مدلها از توپولوژی هسته بدست می آید و میتواند بصورت دقيق هر نوع طراحی هسته را در گذراهای فرکانس پايين، در صورتيکه پارامترها بدرستی تعيين شود، مدل کند.
1-2-1 معرفی مدل ماتریسي Matrix Representation (BCTRAN Model)
معادلات حالت دائم يک ترانسفورماتور چند سيم پيچه چند فاز را میتوان با استفاده از ماتريس امپدانس شاخه بيان کرد:
در محاسبات گذرا، رابطه فوق بايد بصورت زير نوشته شود:
که و به ترتيب بخش حقيقی و موهومی هستند، که المانهای آنها را میتوان از آزمایشهای تحريک بدست آورد.
اين روش دارای تزويج فاز به فاز است، که ويژگیهای ترمينال ترانسفورماتور را مدل میکند، ولی فرقی بين توپولوژی هسته و سيم پيچ قائل نمیشود زيرا در همه طراحيهای هسته، رفتار رياضی يکسان اعمال میشود.
همچنين چون ماتريس امپدانس شاخه برای جريانهای تحريکِ بسيار کم يا هنگامی که اين جريانهاي تحريك بطور کلی ناديده گرفته میشود، ماتريس منفرد[1] میشود، موجب ايجاد برخي مشكلات از لحاظ دقت در محاسبات فوق ميگردد[1]. بعلاوه، امپدانسهای اتصال کوتاه، که مشخصههای بسيار مهمی از ترانسفورماتور را توصيف میکند، در اندازه گيری با چنين تحريکهايی از دست میرود. برای حل اين مشکلات، ماتريس ادميتانس بايد استفاده شود:
که هميشه وجود دارد و عناصر آن مستقيما از آزمایشهای اتصال کوتاه استاندارد بدست میآيد.
برای مطالعات گذرا، بايد به دو مولفه مقاومتی والقائی تقسيم شود و ترانسفورماتور با معادله زير توصيف ميگردد:
همه اين مدلها خطی هستند، هر چند، در بسياری از مطالعات گذرا لازم است اثرات اشباع و هيسترزيس وجود داشته باشد. در اين حالت براي وارد كردن اثرات اشباع، اثرات جريان تحريک را میتوان خطی کرد و در ماتريس توصيف مدل قرار داد، ولي اين کار در زمان اشباع هسته میتواند منجر به خطاهاي شبیه سازی شود.
در روش ديگر، تحريک از ماتريس توصيف مدل حذف میشود و بصورت خارجی بصورت عناصر غير خطی به ترمينالهای مدلها متصل میشود (شکل 1-1).
شكل (1-1) مدل ماتريسي ترانسفورماتور با اضافه كردن اثر هسته
چنين اتصال خارجی برای هسته هميشه از نظر توپولوژی درست نيست، اما در بسياری از موارد بخوبی کفايت میکند.
اگر چه اين مدلها از نظر تئوری برای فرکانسی که اطلاعات پلاک در آن بدست آمده است، معتبر است، با اين حال بطور منطقی برای فرکانس های زير kHz 1 دقیق هستند.
1-2-2 مدل ترانسفورماتور قابل اشباع
Saturable Transformer Component (STC Model)
اين مدل بر مبنای مدار ستاره است (شکل 1-2 ). شاخه اصلی بعنوان يک شاخه R-L تزویج نشده است، و هر يک از سيم پيچهای ديگر بعنوان ترانسفورماتور دو سيم پيچه هستند.
شكل (1-2) ) مدار ستارهي مدل ترانسفورماتور قابل اشباع
معادله يک ترانسفورماتور N سيم پيچه تک فاز، بدون هسته، همان شکل معادله (1-4) را دارد، هر چند، ضرب ماتریس متقارن است، که بطور کلی درست نيست[2]. اثرات اشباع و هيسترزيس با اضافه کردن يک القاگر غير خطی اضافی در نقطه ستاره مدل میشود. مدل STC میتواند با اضافه کردن پارامتر رلوکتانس توالی صفر، به ترانسفورماتور سه فاز توسعه یابد، اما كاربرد آن محدود میشود. اطلاعات ورودی شامل مقادیرR-L هر شاخه ستاره، نسبت دورها، و اطلاعاتی برای شاخه مغناطيس کننده است.
اين مدل دارای محدودیتهای عمدهای است:
- اين مدل را برای بيش از سه سيم پيچ نمی توان بکار برد، چون مدار ستاره برای N > 3 معتبر نيست،
- اندوکتانس مغناطيس کننده با مقاومت بصورت موازی، به نقطه ستاره متصل شده است، که هميشه از لحاظ توپولوژی نقطه اتصال درستی نيست،
- و ناپايداريهای عددی برای موارد سه سيم پيچه گزارش شده است، هر چند مشخص شده که اين مشکل، ناشي از استفاده از مقدار منفی برای راکتانس اتصال کوتاه بوجود میآید [3]، [4].
1-2-3 مدلهای بر مبنای توپولوژی Topology-Based Models
اين گروه به دو زير گروه تقسيم شده است.
مدلهايی که با استفاده از دوگانی بدست میآيند (يعنی مدلها با يک روش مداری، بدون هيچگونه توصيف رياضی قبلی، و مدلهای هندسی، ساخته میشوند، که برای آن يک توپولوژی هسته درنظر گرفته میشود، اما روش حل آنها از مسيری با توصيفات رياضی انجام میشود).
1-2-3-1 مدلهای با مبنای دوگانی[2]
مدلهای مداری معادل که از لحاظ توپولوژی ترانسفورماتور درست هستند را میتوان از يک مدل مداری مغناطيسی با استفاده از نظريه دوگانی بدست آورد [5] ، [6].
در اين روش مدلهايی ارايه میشود که دارای اثرات اشباع در هر ستون جداگانه هسته، تزويج مغناطيسی فاز ميانی[3]، و اثرات نشتی است. در مدار مغناطيسی معادل، سيم پيچها بعنوان منابع نيروی محرک مغناطيسی (MMF)، مسيرهای نشتی بصورت رلوکتانسهای خطی، و هستههای مغناطيسی بصورت رلوکتانسهای قابل اشباع ظاهر میشود. معادلات مش و گره مدار مغناطيسی به ترتيب دوگان معادلات گره و مش الکتريکی معادل است.
برای اينکه مدلها، به لحاظ عملی مفيد باشد، جريان منتجه ازترانسفورماتور با ترانسفورماتور ايدهال جايگزين میشود تا تزويج و جداسازی اولیه از ثانويه را برای هسته فراهم کند، و نيز نسبت دورهای اولیه به ثانويه را حفظ کند. نسبت دورها طوری انتخاب میشود كه پارامترهای هسته به سيم پيچ فشار ضعيف ارجاع شود. مقاومت سيم پيچ و اتصالات سيم پيچها، خارج از ترانسفورماتورهای تزويج کننده گذاشته میشود. مزيت اين کار اين است که عملکرد هسته معادل، مستقل از نحوه اتصالات سيم پيچ است. مقاومت سيم پيچ، تلفات هسته، و اثرات تزويج خازنی بطور مستقيم از تبديل دوگاني بدست نمیآيد، ولی میتوان آن را به اين مدار الکتريکی معادل اضافه کرد. شکل (1-4) مدار معادل ترانسفورماتور زرهی تک فاز شكل (1-3) را با سيم پيچ متمرکز نشان میدهد که از اين طريق بدست آمده است.
شكل (1-3) ترانسفورماتور زرهی تک فاز
شكل (1-4) مدار الکتريکی معادل شكل (1-3)
ازجمله کارهای مهم اين روش مدلسازي ترانسفورماتور، كه در چند سال اخير ارايه شده است در زير آمده است:
- در 1981، Dick and Watson طرز بدست آوردن مدل يک ترانسفورماتور هسته متمرکز سه ستونه را ارايه کردند [7]. بخش عمده اين کار پيشنهاد يک مدل هيسترزيس جدید و تعيين پارامترهای ترانسفورماتور از طريق اندازه گيری بود.
- در 1991، Arturi اين تکنيک را برای يک ترانسفورماتور راه انداز پنچ ستونه که در شرايط اشباع عميق کار می کرد، بکار برد [8].
- در 1994، De León and Semlyen يک مدل جامع ترانسفورماتور را پيشنهاد کرد که از روش هيبرید، و يك ترکيب دوگاني که برای بدست آوردن مدل هسته آهنی استفاده شد، و تکنيک محاسبه اندوکتانسهای نشتی بدست میآمد [9].
- در 1994، Narang and Brierley از دوگانی برای بدست آوردن مدار معادل هسته مغناطيسی استفاده کردند که توسط يک سيم پيچ سه فاز ساختگی (مجازی) با يک ماتريس ادمیتانس که تزويج مغناطيسی صحيح را بين سيم پيچها بوجود می آورد، مرتبط بود [10].
- در 1999، Mork طرز بدست آوردن مدل ترانسفورماتور پنچ ستونه با هسته سيم پيچی شده را ارايه کرد، که با دادن نتيجهاي دقيقاً مشابه پديده فرورزنانس، تاييد شد [11].
و گروه دوم :
1-2-3-2 مدلهای هندسی[4]
مدلهاي مطابق با توپولوژی را می توان براساس فرمول زير قرار داد:
که در آن تزويج بين معادلات الکتريکی و مغناطيسی با در نظر گرفتن توپولوژی هسته لحاظ میشود.
خلاصهاي از برخی مدلهای ارائه شده در زير می آید:
- مدل مغناطيسی تزويج شده توسط Yacamini and Bronzeado برای شبيه سازی گذراهای هجومی توسعه یافت [12]. چون نفوذ پذيری عناصر فرومغناطيس با چگالی شار تغيير میکند، ماده مغناطيسی به دو بخش تقسيم میشود، که هر يک اساساً دارای چگالی شار يکنواخت است. پيوند بين معادلات مغناطيسی، ، و معادله (1-5) قانون مداری آمپر است.
- مدل مداری مغناطيسی اصلاح شده توسط Arrillaga و ديگران ارائه شد [13]. اين مدل برای بدست آوردن ماتريس اندوکتانس از نظریه هسته نرماليزه كردن استفاده میکند. پرمیانسهای نشتی را میتوان از آزمايشهای مدار باز و اتصال کوتاه بدست آورد، طول موثر و سطح مقطع مسيرهای نشتی مورد نياز نيست.
- GMTRAN توسطHatziargyriou و ديگران توسعه یافت [14]. معادلات مغناطيسی شامل معادله (1-5) و ماتريس اندوکتانس بود. مهمترين بخش اين مدل بدست آوردن از توپولوژی هسته است.
- SEATTLE XFORMER توسطChen در ATP توسعه یافت و تکميل شد [15].در اين مدل شارهای نشی بعنوان متغيرهای حالت انتخاب شدند. که اين، معادله (1-5) با رابطه است. بخش عمده اين مدل بدست آوردن ماتريس است.
مدلهای زياد ديگری برای ترانسفورماتورها در گذراهای فرکانس پايين و متوسط ارائه شده است، [20]- [16]. چون همه آنها بر مبنای يک توصيف رياضی از توپولوژی هسته هستند، آنها را میتوان در گروه دوم مدلهای با مبنای توپولوژی قرار داد.
اين تحقيق از مدلهای فرکانس پايين و فرکانس متوسط ترانسفورماتور برای شبيه سازی اين گذراهای استفاده میکند.
در فصل آينده بصورت مشروح به مدلسازی ترانسفورماتور با اثر اشباع خواهيم پرداخت و ابتدا از مدلسازی ترانسفورماتور ایدهال آغاز خواهیم کرد، سپس معادلات شار نشتی را با توجه به اینکه مدلسازی باید بازتاب رفتار بیرونی المان باشد، شرایط پایانه های ترانسفورماتور را بررسی میکنیم و در ادامه فصل بصورت مشروح و به روشهای مختلف اشباع ترانسفورماتوررا وارد مدل خود خواهیم نمود و در قسمت بعد منحنی اشباع با مقادیر لحظه ای را توضیح میدهیم و به بررسی مقدار خطای حاصل از عدم استفاده از منحنی اشباع با مقادیر لحظه ای خواهيم پرداخت و در نهایت بصورت مشروح شبیه سازی ترانسفورماتور پنج ستونی را در حوزه زمان بررسی میکنیم.
فهرست مطالب مقاله مدلسازی و شبيه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغييرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع, در ادامه قابل مشاهده می باشد.
- 1-1 مقدمه 2
- 1-2 مدلهای ترانسفورماتور 3
- 1-2-1 معرفی مدل ماتریسي 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 ايده آل 14
- 2-3 معادلات شار نشتی 16
- 2-4 معادلات ولتاژ 18
- 2-5 ارائه مدار معادل 20
- 2-6 مدلسازی ترانسفورماتور دو سيم پيچه 22
- 2-7 شرايط پايانه ها (ترمينالها) 25
- 2-8 وارد کردن اشباع هسته به شبيه سازی 28
- 2-8-1 روشهاي وارد کردن اثرات اشباع هسته 29
- 2-8-2 شبيه سازي رابطه بين و 33
- 2-9 منحنی اشباع با مقادير لحظهای 36
- 2-9-1 استخراج منحنی مغناطيس کنندگی مدار باز با مقادير لحظهای 36
- 2-9-2 بدست آوردن ضرايب معادله انتگرالي 39
- 2-10 خطاي استفاده از منحني مدار باز با مقادير RMS 41
- 2-11 شبيه سازي ترانسفورماتور پنج ستوني در حوزه زمان 43
- 2-11-1 حل عددي معادلات ديفرانسيل 47
- 2-12 روشهاي آزموده شده براي حل همزمان معادلات ديفرانسيل 53
- 3- انواع خطاهاي نامتقارن و اثر اتصالات ترانسفورماتور روي آن 57
- 3-1 مقدمه 57
- 3-2 دامنه افت ولتاژ 57
- 3-3 مدت افت ولتاژ 57
- 3-4 اتصالات سيم پيچی ترانس 58
- 3-5 انتقال افت ولتاژها از طريق ترانسفورماتور 59
- 3-5-1 خطاي تكفاز، بار با اتصال ستاره، بدون ترانسفورماتور 59
- 3-5-2 خطاي تكفاز، بار با اتصال مثلث، بدون ترانسفورماتور 59
- 3-5-3 خطاي تكفاز، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع دوم 60
- 3-5-4 خطاي تكفاز، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع دوم 60
- 3-5-5 خطاي تكفاز، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع سوم 60
- 3-5-6 خطاي تكفاز، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع سوم 60
- 3-5-7 خطاي دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، بدون ترانسفورماتور 61
- 3-5-8 خطاي دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، بدون ترانسفورماتور 61
- 3-5-9 خطاي دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع دوم 61
- 3-5-10 خطاي دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع دوم 61
- 3-5-11 خطاي دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع سوم 62
- 3-5-12 خطاي دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع سوم 62
- 3-5-13 خطاهاي دو فاز به زمين 62
- 3-6 جمعبندي انواع خطاها 64
- 3-7 خطاي TYPE A ، ترانسفورماتور DD 65
- 3-8 خطاي TYPE B ، ترانسفورماتور DD 67
- 3-9 خطاي TYPE C ، ترانسفورماتور DD 69
- 3-10 خطاهاي TYPE D و TYPE F و TYPE G ، ترانسفورماتور DD 72
- 3-11 خطاي TYPE E ، ترانسفورماتور DD 72
- 3-12 خطاهاي نامتقارن ، ترانسفورماتور YY 73
- 3-13 خطاهاي نامتقارن ، ترانسفورماتور YGYG 73
- 3-14 خطاي TYPE A ، ترانسفورماتور DY 73
- 3-15 خطاي TYPE B ، ترانسفورماتور DY 74
- 3-16 خطاي TYPE C ، ترانسفورماتور DY 76
- 3-17 خطاي TYPE D ، ترانسفورماتور DY 77
- 3-18 خطاي TYPE E ، ترانسفورماتور DY 78
- 3-19 خطاي TYPE F ، ترانسفورماتور DY 79
- 3-20 خطاي TYPE G ، ترانسفورماتور DY 80
- 3-21 شكل موجهاي ولتاژ – جريان ترانسفورماتور پنج ستوني براي خطاي TYPE A شبيه سازي با PSCAD 81
- شبيه سازي با برنامه نوشته شده 83
- 3-22 شكل موجهاي ولتاژ – جريان ترانسفورماتور پنج ستوني براي خطاي TYPE B شبيه سازي با PSCAD 85
- شبيه سازي با برنامه نوشته شده 87
- 3-23 شكل موجهاي ولتاژ – جريان ترانسفورماتور پنج ستوني براي خطاي TYPE C شبيه سازي با PSCAD 89
- شبيه سازي با برنامه نوشته شده 91
- 3-24 شكل موجهاي ولتاژ – جريان ترانسفورماتور پنج ستوني براي خطاي TYPE D شبيه سازي با PSCAD 93
- شبيه سازي با برنامه نوشته شده 95
- 3-25 شكل موجهاي ولتاژ – جريان ترانسفورماتور پنج ستوني براي خطاي TYPE E شبيه سازي با PSCAD 97
- شبيه سازي با برنامه نوشته شده 99
- 3-26 شكل موجهاي ولتاژ – جريان ترانسفورماتور پنج ستوني براي خطاي TYPE F شبيه سازي با PSCAD 101
- شبيه سازي با برنامه نوشته شده 103
- 3-27 شكل موجهاي ولتاژ – جريان ترانسفورماتور پنج ستوني براي خطاي TYPE G شبيه سازي با PSCAD 105
- شبيه سازي با برنامه نوشته شده 107
- 3-28 شكل موجهاي ولتاژ – جريان چند باس شبكه 14 باس IEEE براي خطاي TYPE D در باس 5 109
- 3-29 شكل موجهاي ولتاژ – جريان چند باس شبكه 14 باس IEEE براي خطاي TYPE G در باس 5 112
- 3-30 شكل موجهاي ولتاژ – جريان چند باس شبكه 14 باس IEEE براي خطاي TYPE A در باس 5 115
- 4- نتيجه گيري و پيشنهادات 121
- مراجع 123
در صورت تمایل شما می توانید مقاله مدلسازی و شبيه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغييرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع را به قیمت 29900 تومان از سایت فراپروژه دانلود نمایید. اگر در هر کدام از مراحل خرید یا دانلود با سوال یا ابهامی مواجه شدید می توانید از طریق آدرس contact-us@faraproje.ir و یا ارسال پیامک به شماره: 09382333070 با ما در تماس باشید. با اطمینان از وب سایت فراپروژه خرید کنید، زیرا پشتیبانی سایت همیشه همراه شماست.
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.