مدلسازي و شبيه¬سازي اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگي انتشار تغييرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن

چكيده
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 ، ممكن است اين تجهيزات درست كار نكند، و موجب توقف توليد و هزينه¬ي قابل توجه مربوطه گردد. بنابراين فهم ويژگيهاي افت ولتاژها در پايانه هاي تجهيزات لازم است. افت ولتاژها عمدتاً بوسيله خطاهاي متقارن يا نامتقارن در سيستمهاي انتقال يا توزيع ايجاد مي¬شود. خطاها در سيستمهاي توزيع معمولاً تنها باعث افت ولتاژهايي در باسهاي مشتريان محلي مي¬شود. تعداد و ويژگيهاي افت ولتاژها كه بعنوان عملكرد افت ولتاژها در باسهاي مشتريان شناخته مي¬شود، ممكن است با يكديگر و با توجه به مكان اصلي خطاها فرق كند. تفاوت در عملكرد افت ولتاژها  يعني، دامنه و بويژه نسبت زاويه فاز، نتيجه انتشار افت ولتاژها از مكانهاي اصلي خطا به باسهاي ديگر است. انتشار افت ولتاژها از طريق اتصالات متنوع ترانسفورماتورها، منجر به عملكرد متفاوت افت ولتاژها در طرف ثانويه ترانسفورماتورها مي¬شود. معمولاً، انتشار افت ولتاژ بصورت جريان يافتن افت ولتاژها از سطح ولتاژ بالاتر به سطح ولتاژ پايين¬تر تعريف مي¬شود. بواسطه امپدانس ترانسفورماتور كاهنده، انتشار در جهت معكوس، چشمگير نخواهد بود. عملكرد افت ولتاژها در باسهاي مشتريان را با مونيتورينگ يا اطلاعات آماري مي¬توان ارزيابي كرد. هر چند ممكن است اين عملكرد در پايانه¬هاي تجهيزات، بواسطه اتصالات سيم¬پيچهاي ترانسفورماتور مورد استفاده در ورودي كارخانه، دوباره تغيير كند. بنابراين، لازم است بصورت ويژه انتشار افت ولتاژ از باسها به تاسيسات كارخانه از طريق اتصالات متفاوت ترانسفورماتور سرويس دهنده، مورد مطالعه قرار گيرد. اين پايان 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 مدلسازي و شبيه¬سازي انواع اتصالات سیم پیچها بررسی می¬کند و در نهایت نتایج را ارایه می¬نماید و این بررسی در شبکه تست چهارده باس IEEE برای چند مورد تایید می-شود.

 
                                             فهرست مطالب

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