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

 

توجه :

شما می توانید با خرید این محصول فایل " قلق های پایان نامه نویسی (از عنوان تا دفاع)" را به عنوان هدیه دریافت نمایید.

چكیده 

در سالهای اخیر، مسایل جدی كیفیت توان در ارتباط با افت ولتاژهای ایجاد شده توسط تجهیزات و مشتریان، مطرح شده است، كه بدلیل شدت استفاده از تجهیزات الكترونیكی حساس در فرآیند اتوماسیون است. وقتی كه دامنه و مدت افت ولتاژ، از آستانه حساسیت تجهیزات مشتریان فراتر رود ، ممكن است این تجهیزات درست كار نكند، 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 كه بعنوان عملكرد افت ولتاژها در باسهای مشتریان شناخته می­شود، ممكن است با یكدیگر و با توجه به مكان اصلی خطاها فرق كند. تفاوت در عملكرد افت ولتاژها  یعنی، دامنه و بویژه نسبت زاویه فاز، نتیجه انتشار افت ولتاژها از مكانهای اصلی خطا به باسهای دیگر است. انتشار افت ولتاژها از طریق اتصالات متنوع ترانسفورماتورها، منجر به عملكرد 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 كاهنده، انتشار در جهت معكوس، چشمگیر نخواهد بود. عملكرد افت ولتاژها در باسهای مشتریان را با مونیتورینگ یا اطلاعات آماری می­توان ارزیابی كرد. هر چند ممكن است این عملكرد در پایانه­های تجهیزات، بواسطه اتصالات سیم­پیچهای ترانسفورماتور مورد استفاده در ورودی كارخانه، دوباره تغییر كند. بنابراین، لازم است بصورت ویژه انتشار افت ولتاژ از باسها به تاسیسات كارخانه 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.

 

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

 

Key words:  Voltage Sag, Transformer Modeling, Transformer Connection, Saturation, Simulation.

 

فهرست مطالب 

 

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 تكفاز، بار با اتصال ستاره، بدون ترانسفورماتور. 59

§3-5-2 خطای تكفاز، بار با اتصال مثلث، بدون ترانسفورماتور. 59

§3-5-3 خطای تكفاز، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع دوم. 60

§3-5-4 خطای تكفاز، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع دوم. 60

§3-5-5 خطای تكفاز، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع سوم. 60

§3-5-6 خطای تكفاز، 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 شكل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای Type A شبیه سازی با PSCAD.. 81

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 83

3-22 شكل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای Type B شبیه سازی با PSCAD.. 85

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 87

3-23 شكل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای Type C شبیه سازی با PSCAD.. 89

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 91

3-24 شكل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای Type D شبیه سازی با PSCAD.. 93

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 95

3-25 شكل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای  Type E شبیه سازی با PSCAD.. 97

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 99

3-26 شكل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای Type F شبیه سازی با PSCAD.. 101

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 103

3-27 شكل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای Type G شبیه سازی با PSCAD.. 105

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 107

3-28 شكل موجهای ولتاژ – جریان چند باس شبكه 14 باس IEEE برای خطای Type D در باس 5. 109

3-29 شكل موجهای ولتاژ – جریان چند باس شبكه 14 باس IEEE برای خطای Type G در باس 5. 112

3-30 شكل موجهای ولتاژ – جریان چند باس شبكه 14 باس IEEE برای خطای Type A در باس 5. 115

4- نتیجه گیری و پیشنهادات... 121

مراجع. 123

فهرست شكلها

 

شكل (1-1) مدل ماتریسی ترانسفورماتور با اضافه كردن اثر هسته

صفحه 5

شكل (1-2) ) مدار ستاره­ی مدل ترانسفورماتور قابل اشباع

صفحه 6

شكل (1-3) ترانسفورماتور زرهی تک فاز

صفحه 9

شكل (1-4) مدار الکتریکی معادل شكل (1-3)

صفحه 9

شكل (2-1) ترانسفورماتور

صفحه 14

شكل (2-2) ترانسفورماتور ایده ال

صفحه 14

شكل (2-3) ترانسفورماتور ایده ال بل بار

صفحه 15

شكل (2-4) ترانسفورماتور با مولفه های شار پیوندی و نشتی

صفحه 16

شكل (2-5) مدرا معادل ترانسفورماتور

صفحه 20

شكل (2-6) دیاگرام شبیه سازی یک ترانسفورماتور دو سیم پیچه

صفحه 24

شكل (2-7) ترکیب RL موازی

صفحه 26

شکل (2-8) ترکیب RC موازی

صفحه 27

شكل (2-9) منحنی مغناطیس کنندگی مدار باز ترانسفورماتور

صفحه 30

شكل (2-10) رابطه بین  و           

صفحه 30

شكل (2-11) دیاگرام شبیه سازی یک ترانسفورماتور دو سیم پیچه با اثر اشباع

صفحه 32

شكل (2-12) رابطه بین و

صفحه 32

شكل (2-13) رابطه بین و

صفحه 32

شكل (2-14) منحنی مدار باز با مقادیر  rms

صفحه 36

شكل (2-15) شار پیوندی متناظر شكل (2-14) سینوسی

صفحه 36

شکل (2-16) جریان لحظه ای متناظر با تحریک ولتاژ سینوسی

صفحه 36

شكل (2-17) منحنی مدار باز با مقادیر لحظه­ای

صفحه 40

شكل (2-18) منحنی مدار باز با مقادیر rms

صفحه 40

شكل (2-19) میزان خطای استفاده از منحنی rms  

صفحه 41

شكل (2-20) میزان خطای استفاده از منحنی لحظه­ای

صفحه 41

شكل (2-21) مدار معادل مغناطیسی ترانسفورماتور سه فاز سه ستونه

صفحه 42

شكل (2-22) مدار معادل الكتریكی ترانسفورماتور سه فاز سه ستونه

صفحه 43

شكل (2-23) مدار معادل مغناطیسی ترانسفورماتور سه فاز پنج ستونه

صفحه 44

شكل (2-24) ترانسفورماتور پنج ستونه

صفحه 45

شكل (2-25) انتگرالگیری در یك استپ زمانی به روش اولر

صفحه 47

شكل (2-26) انتگرالگیری در یك استپ زمانی به روش trapezoidal

صفحه 49

شكل (3-1) دیاگرام فازوری خطاها

صفحه 62

شكل (3-2) شكل موج ولتاژ Vab

صفحه 63

شكل (3-3)  شكل موج ولتاژ Vbc

صفحه 63

شكل (3-4) شكل موج ولتاژ Vca

صفحه 63

شكل (3-5)  شكل موج ولتاژ Vab

صفحه 63

شكل (3-6) شكل موج جریان iA

صفحه 64

شكل (3-7) شكل موج جریان iB

صفحه 64

شكل (3-8) شكل موج جریان iA

صفحه 64

شكل (3-9) شكل موج جریان iA

صفحه 64

شكل (3-10)  شكل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc

صفحه 65

شكل (3-11)  شكل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc

صفحه 68

شكل (3-12)  شكل موجهای جریان ia , ib , ic

صفحه 68

شكل (3-13)  شكل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc

صفحه 69

شكل (3-14)  شكل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc

صفحه 69

شكل (3-15)  شكل موجهای جریان , iB iA

صفحه 69

شكل (3-16)  شكل موج جریان iA

صفحه 70

شكل (3-16)  شكل موج جریان iB

صفحه 70

شكل (3-17)  شكل موج جریان iC

صفحه 70

شكل (3-18)  شكل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc

صفحه 71

شكل (3-19)  شكل موجهای جریان ia , ib , ic

صفحه 71

شكل (3-20)  شكل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc

صفحه 73

شكل (3-21)  شكل موجهای جریان ia , ib , ic

صفحه 73

شكل (3-22)  شكل موجهای جریان ia , ib , ic

صفحه 74

شكل (3-23) شكل موج ولتاژ Va

صفحه 74

شكل (3-24) شكل موج ولتاژ Vb

صفحه 74

شكل (3-25) شكل موج ولتاژ Vc

صفحه 74

شكل (3-26) شكل موج جریانiA

صفحه 74

شكل (3-27) شكل موج جریان iB

صفحه 74

شكل (3-28) شكل موج جریان iC

صفحه 74

شكل (3-29) شكل موج جریانiA

صفحه 75

شكل (3-30) شكل موج جریان iB

صفحه 75

شكل (3-31) موج جریان iC

صفحه 75

شكل (3-32) شكل موج جریانiA

صفحه 75

شكل (3-33) شكل موج جریان iB

صفحه 75

شكل (3-34) شكل موج جریان iC

صفحه 75

شكل (3-35) شكل موج ولتاژ Va

صفحه 76

شكل (3-36) شكل موج ولتاژ Vb

صفحه 76

شكل (3-37) شكل موج ولتاژ Vc

صفحه 76

شكل (3-38) شكل موج جریانiA

صفحه 76

شكل (3-39) شكل موج جریان iB

صفحه 76

شكل (3-40) شكل موج جریان iC

صفحه 76

شكل (3-41) شكل موج جریانiA

صفحه 76

شكل (3-42) شكل موج جریان iB

صفحه 76

شكل (3-43) شكل موج جریان iC

صفحه 76

شكل (3-44) شكل موج ولتاژ Va

صفحه 77

شكل (3-45) شكل موج ولتاژ Vb

صفحه 77

شكل (3-46) شكل موج ولتاژ Vc

صفحه 77

شكل (3-47) شكل موج جریانiA

صفحه 77

شكل (3-48) شكل موج جریان iB

صفحه 77

شكل (3-49) شكل موج جریان iC

صفحه 77

شكل (3-50) شكل موج جریانiA

صفحه 77

شكل (3-51) شكل موج جریان iB

صفحه 77

شكل (3-52) شكل موج جریان iC

صفحه 77

شكل (3-53) شكل موج ولتاژ Va

صفحه 78

شكل (3-54) شكل موج ولتاژ Vb

صفحه 78

شكل (3-55) شكل موج ولتاژ Vc

صفحه 78

شكل (3-56) شكل موج جریانiA

صفحه 78

شكل (3-57) شكل موج جریان iB

صفحه 78

شكل (3-58) شكل موج جریان iC

صفحه 78

شكل (3-59) شكل موج جریانiA

صفحه 78

شكل (3-60)  شكل موج جریان iB

صفحه 78

شكل (3-61) شكل موج جریان iC

صفحه 78

شكل (3-62) شكل موج ولتاژ Va

صفحه 79

شكل (3-63) شكل موج ولتاژ Vb

صفحه 79

شكل (3-64) شكل موج ولتاژ Vc

صفحه 79

شكل (3-65) شكل موج جریانiA

صفحه 79

شكل (3-66) شكل موج جریان iB

صفحه 79

شكل (3-67) شكل موج جریان iC

صفحه 79

شكل (3-68) شكل موج جریانiA

صفحه 79

شكل (3-69) شكل موج جریان iB

صفحه 79

شكل (3-70) شكل موج جریان iC

صفحه 79

شكل (3-71) شكل موج ولتاژ Va

صفحه 80

شكل (3-72)  شكل موج ولتاژ Vb

صفحه 80

شكل (3-73) شكل موج ولتاژ Vc

صفحه 80

شكل (3-74) شكل موج جریانiA

صفحه 80

شكل (3-75) شكل موج جریان iB

صفحه 78

شكل (3-76) شكل موج جریان iC

صفحه 80

شكل (3-77) شكل موج جریانiA

صفحه 80

شكل (3-78) شكل موج جریان iB

صفحه 80

شكل (3-79) شكل موج جریان iC

صفحه 80

شكل (3-80) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 81

شكل (3-81) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 81

شكل (3-82) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 82

شكل (3-83) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 82

شكل (3-84) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 83

شكل (3-85) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 83

شكل (3-86) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 84

شكل (3-87) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 84

شكل (3-88) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 85

شكل (3-89) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 85

شكل (3-90) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 86

شكل (3-91) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 86

شكل (3-92) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 87

شكل (3-93) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 87

شكل (3-94) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 88

شكل (3-95) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 88

شكل (3-96) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 89

شكل (3-97) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 89

شكل (3-98) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 90

شكل (3-99) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 90

شكل (3-100) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 91

شكل (3-101) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 91

شكل (3-102) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 92

شكل (3-103) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 92

شكل (3-104) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 93

شكل (3-105) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 93

شكل (3-106) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 94

شكل (3-107) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 94

شكل (3-108) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 95

شكل (3-109) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 95

شكل (3-110) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 96

شكل (3-111) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 96

شكل (3-112) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 97

شكل (3-113) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 97

 شكل (3-114) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 98

شكل (3-115) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 98

شكل (3-116) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 99

شكل (3-117) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 99

شكل (3-118) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 100

شكل (3-119) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 100

شكل (3-120) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 101

شكل (3-121) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 101

شكل (3-122) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 102

شكل (3-123) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 102

شكل (3-124) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 103

شكل (3-125) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 103

شكل (3-126) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 104

شكل (3-127) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 104

شكل (3-128) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 105

شكل (3-129) شكل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD

صفحه 105

شكل (3-130) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 106

شكل (3-131) شكل موجهای جریان) (kV با PSCAD

صفحه 106

شكل (3-132) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 107

شكل (3-133) شكل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده

صفحه 107

شكل (3-134) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 108

شكل (3-135) شكل موجهای جریان با برنامه نوشته شده

صفحه 108

شكل (3-136) شكل موجهای ولتاژ) (kV

صفحه 109

شكل (3-137) شكل موجهای ولتاژ) (kV

صفحه 110

شكل (3-138) شكل موجهای جریان (kA)

صفحه 111

شكل (3-139) شكل موجهای ولتاژ) (kV

صفحه 112

شكل (3-140) شكل موجهای ولتاژ) (kV

صفحه 113

شكل (3-141) شكل موجهای جریان (kA)

صفحه 114

شكل (3-142) شكل موجهای جریان (kA)

صفحه 115

شكل (3-143) شكل موجهای جریان (kA)

صفحه 116

شكل (3-144) شكل موجهای جریان (kA)

صفحه 117

شكل (3-145) شبكه 14 باس IEEE

صفحه 118

برق