پایان نامه مدلسازی و شبیه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار

چکیده

در سالهای اخیر، مسایل جدی کیفیت توان در ارتباط با افت ولتاژهای ایجاد شده توسط تجهیزات و مشتریان، مطرح شده است، که بدلیل شدت استفاده از تجهیزات الکترونیکی حساس در فرآیند اتوماسیون است. وقتی که دامنه و مدت افت ولتاژ، از آستانه حساسیت تجهیزات مشتریان فراتر رود ، ممکن است این تجهیزات درست کار نکند، 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 که بعنوان عملکرد افت ولتاژها در باسهای مشتریان شناخته می­شود، ممکن است با یکدیگر و با توجه به مکان اصلی خطاها فرق کند. تفاوت در عملکرد افت ولتاژها  یعنی، دامنه و بویژه نسبت زاویه فاز، نتیجه انتشار افت ولتاژها از مکانهای اصلی خطا به باسهای دیگر است. انتشار افت ولتاژها از طریق اتصالات متنوع ترانسفورماتورها، منجر به عملکرد 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 کاهنده، انتشار در جهت معکوس، چشمگیر نخواهد بود. عملکرد افت ولتاژها در باسهای مشتریان را با مونیتورینگ یا اطلاعات آماری می­توان ارزیابی کرد. هر چند ممکن است این عملکرد در پایانه­های تجهیزات، بواسطه اتصالات سیم­پیچهای ترانسفورماتور مورد استفاده در ورودی کارخانه، دوباره تغییر کند. بنابراین، لازم است بصورت ویژه انتشار افت ولتاژ از باسها به تاسیسات کارخانه 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.

کلید 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 تکفاز، بار با اتصال ستاره، بدون ترانسفورماتور. 59

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

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

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

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

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

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 83

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

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 87

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

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 91

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

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 95

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

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 99

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

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 103

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

شبیه سازی با برنامه نوشته شده. 107

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

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

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

4- نتیجه گیری و پیشنهادات... 121

مراجع. 123