Сравнительный анализ результатов экспериментального исследования несимметричных режимов работы трехфазного трансформатора и данных полнофазного моделирования
Аннотация
Повышение энергоэффективности и качества электроэнергии в распределительных сетях является комплексной задачей, при решении которой следует руководствоваться объективными критериями. Основной критерий при оценке эффективности технических средств и организационных мер по снижению технических и коммерческих потерь и повышению основных показателей качества электрической энергии - данные расчета установившегося режима исследуемой сети. Вместе с тем, значительной проблемой в электроэнергетике остается повышение точности расчета электрических сетей с неравномерно распределенной по фазам нагрузкой, к которым относятся распределительные сети. Традиционно применяющиеся на практике однолинейные схемы замещения не позволяют с достаточной точностью проводить расчет установившегося режима трехфазной электрической сети с множественными источниками несимметрии. В таких условиях целесообразным является переход к использованию полнофазного представления исследуемой сети, что предполагает создание, расчет параметров и применение трехфазных схем замещения электротехнического оборудования.Описана принципиальная методика построения полнофазной модели трехфазного двухобмоточного трансформатора со схемой соединения обмоток звезда - звезда с нулем, широко распространенного в распределительных сетях. На испытательном стенде проведены следующие опыты: холостого хода, короткого замыкания, работы под нагрузкой; холостого хода при питании напряжением нулевой последовательности; холостого хода и работы под нагрузкой при обрыве одной из фаз. Часть экспериментальных данных использовалась для расчета параметров полнофазной схемы замещения и моделирования трехфазного трансформатора в среде MATLAB на основе представленной методики.Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными свидетельствует о высокой степени достоверности и точности проведенного моделирования различных режимов трансформатора. В симметричном режиме максимальная погрешность основных параметров составила 4,78 %, минимальная - 2,13 %. В несимметричном режиме максимальная погрешность - 6,6 %, минимальная - 0,78 %. Это позволяет сделать вывод, что предлагаемая полнофазная модель трехфазного двухобмоточного трансформатора со схемой соединения звезда - звезда с нулем адекватно отражает свойства реального трансформатора. Предложенная методика выявляет важнейшие свойства трехфазного трансформатора - перераспределение магнитных потоков по стержням магнитопровода и наличие напряжения на вторичной обмотке при обрыве одной из фаз первичной обмотки. Можно сделать вывод, что трехфазный трансформатор обладает симметрирующим эффектом.
Литература
2. Бучкина Е.А. и др. Динамика изменений показателей качества электроэнергии распределительных сетей ОАО «МОЭСК» // Управление качеством электрической энергии: Сб. трудов Междунар.̆ науч.- практ.̆ конф. М.: Радуга, 2014.
3. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии. М.: ЭНАС, 2009.
4. Теоретические основы электротехники. Т. 1. Основы теории цепей / под ред. П.А. Ионкина. М.: Высшая школа, 1965.
5. Ульянов C.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970.
6. Сбитнев С.А., Шмелев В.Е., Абрамченко Е.В. Моделирование трехфазной электрической сети малого населенного пункта // Вестник МЭИ. 2015. № 6. С. 44 — 47.
7. Абрамченко Е.В., Сбитнев С.А., Шмелев В.Е. Расчет тестовой распределительной сети на основе трехфазных схем замещения // Сб. науч.-техн. статей сотрудников группы компаний «Россети». М.: Электроэнергия. Передача и распределение, 2017.
8. Гусейнов А.М, Ибрагимов Ф.Ш. Расчет в фазных координатах несимметричных установившихся и переходных режимов в сложных электроэнергетических системах // Электричество. 2012. № 5. С. 10 — 17.
9. Солдатов В.А., Баранов А.А. Аналитическая модель трансформаторов «звезда – треугольник» и «звезда – звезда с нулем» в фазных координатах // Достижения науки и техники АПК. 2011. № 1. С. 76 — 79.
10. Закарюкин В.П., Крюков А.В., Шульгин М.С. Параметрическая идентификация силовых трансформаторов // Вестник ИрГТУ. 2011. № 12. С. 219 — 227.
11. Peng Xiao, David C. Yu, Wei Yan. A Unified Three-Phase Transformer Model for Distribution Load Flow Calculations // IEEE Trans. Power Syst. 2006. V. 21. No.1. Pp. 153 — 159.
12. Izudin Džafić, Rabih A. Jabr, Hans-Theo Neisius. Transformer Modeling for Three-phase Distribution Network Analysis // IEEE Trans. Power Syst. 2015. V. 30. No. 5. Pp. 2604 — 2611.
13. Qiong Wu, Saeed Jazebi, Francisco de Leon. Parameter Estimation of Three-phase Transformer Models for Low-frequency Transient Studies from Terminal Measurements // IEEE Trans. Magnetics. 2017. V. 53. No. 7. Pp. 1 — 8.
14. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины. Ч. 1. М.: Высшая школа, 1979.
15. Селезнев В.Ю., Сбитнев С.А., Шмелев В.Е., Горюшин Ю.А. Новый матричный метод моделирования режимов магистральных и распределительных электрических сетей по трехфазным схемам замещения // Интеллектуальная электроэнергетика, автоматика, высоковольтное оборудование: Материалы XX Междунар. науч.-техн. конф. М., 2014.
---
Для цитирования: Шмелев В.Е., Абрамченко Е.В., Сбитнев С.А. Сравнительный анализ результатов экспериментального исследования несимметричных режимов работы трехфазного трансформатора и данных полнофазного моделирования // Вестник МЭИ. 2018. № 3. С. 51—59. DOI: 10.24160/1993-6982-2018-3-51-59.
#
1. VorotnitskiyV.E. Snizhenie Poter' Elektroenergii v elektricheskih Setyah Rossii — Strategicheskiĭ Put' Povysheniya ih Energeticheskoĭ Effektivnosti. Doklad na IV Mezhdunar. Forume po Energoeffektivnosti i Energosberezheniyu ENES [Elektron. Resurs] http://www. sro-eo.ru/data/Doki_SRO/enes2015_doklad_see_vve.pdf. (Data Obrashcheniya 05.06.2017). (in Russian).
2. Buchkina E.A. i dr. Dinamika Izmeneniy Pokazateley Kachestva Elektroenergii Raspredelitel'nyh Setey OAO «MOESK». Upravlenie Kachestvom Elektricheskoĭ Energii: Sb. Trudov Mezhdunar. Nauch.- prakt. Konf. M.: Raduga, 2014. (in Russian).
3. Zhelezko Yu.S. Poteri Elektroenergii. Reaktivnaya Moshchnost'. Kachestvo Elektroenergii. M.: ENAS, 2009. (in Russian).
4. Teoreticheskie Osnovy Elektrotekhniki. T. 1. Osnovy Teorii Tsepey / pod Red. P.A. Ionkina. M.: Vysshaya Shkola, 1965. (in Russian).
5. Ul'yanov S.A. Elektromagnitnye Perekhodnye Protsessy V Elektricheskih Sistemah. M.: Energiya, 1970. (in Russian).
6. Sbitnev S.A., SHmelevV.E., AbramchenkoE.V. Modelirovanie Trekhfaznoy Elektricheskoy Seti Malogo Naselennogo Punkta. Vestnik MPEI. 2015;6:44 — 47. (in Russian).
7. Abramchenko E.V., Sbitnev S.A., Shmelev V.E. Raschet Testovoy Raspredelitel'noy Seti na Osnove Trekh- faznyh Skhem Zameshcheniya. Sb. Nauch.-tekhn. Sta-tey Sotrudnikov Gruppy Kompaniy «Rosseti». M.: Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie, 2017. (in Russian).
8. Guseynov A.M, Ibragimov F.Sh. Raschet v Faznyh Koordinatah Nesimmetrichnyh Ustanovivshihsya i Perekhodnyh Rezhimov v Slozhnyh Elektroenergeticheskih Sistemah. Elektrichestvo. 2012;5:10 — 17. (in Russian).
9. Soldatov V.A., Baranov A.A. Analiticheskaya Model' Transformatorov «Zvezda – Treugol'nik» i «Zvezda – Zvezda s Nulem» v Faznyh Koordinatah. Dostizheniya Nauki i Tekhniki APK. 2011;1:76 — 79. (in Russian).
10. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V., Shul'gin M.S. Parametricheskaya Identifikatsiya Silovyh Transformatorov. Vestnik IrGTU. 2011;12:219 — 227. (in Russian).
11. Peng Xiao, David C. Yu, Wei Yan. A Unified Three-Phase Transformer Model for Distribution Load Flow Calculations. IEEE Trans. Power Syst. 2006;21;1: 153 — 159.
12. Izudin Džafić, Rabih A. Jabr, Hans-Theo Neisius. Transformer Modeling for Three-phase Distribution Network Analysis. IEEE Trans. Power Syst. 2015;30;5: 2604 — 2611.
13. Qiong Wu, Saeed Jazebi, Francisco de Leon. Parameter Estimation of Three-phase Transformer Models for Low-frequency Transient Studies from Terminal Measurements. IEEE Trans. Magnetics. 2017;53;7:1 — 8.
14. Bruskin D.E., Zorohovich A.E., Hvostov V.S. Elektricheskie Mashiny. Ch. 1. M.: Vysshaya Shkola, 1979. (in Russian).
15. Seleznev V.Yu., Sbitnev S.A., Shmelev V.E., Goryushin Yu.A. Novyy Matrichnyy Metod Modelirovaniya Rezhimov Magistral'nyh i Raspredelitel'nyh Elektricheskih Setey po Trekhfaznym Skhemam Zameshcheniya. Intellektual'naya Elektroenergetika, Avtomatika, Vysokovol'tnoe Oborudovanie: Materialy XX Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. M., 2014.
---
For citation: Shmelev V.E., Abramchenko E.V., Sbitnev S.A. A Comparative Analysis of the Results from Experimental Investigation of Imbalanced Operation Modes of a Three-phase Transformer and Full-phase Simulation Data. MPEI Vestnik. 2018;3:51—59. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2018-3-51-59.
