В этом примере показана работа двух моделей трансформатора-регулятора на отводах нагрузки (OLTC).
Гилберт Сибилле (Гидро-Квебек)
Распределительная сеть 25 кВ, состоящая из трех параллельно соединенных 30-км распределительных фидеров, подает питание на нагрузку 36 МВт/10 Мвар (отставание 0,964 ПФ) от системы 120 кВ, 1000 МВА и регулирующий трансформатор OLTC 120kV/25 кВ. Компенсация реактивной мощности обеспечивается на шине нагрузки блоком конденсаторов 15 Мвар. Одна и та же схема дублируется для сравнения характеристик двух различных моделей трансформаторов OLTC:
Модель 1 представляет собой детальную модель, в которой представлены все переключатели OLTC и характеристики трансформатора. Эту модель можно использовать либо в непрерывном, либо в дискретном режиме «имитационного типа» Powergui для получения подробных форм волн, либо в методе фазорного моделирования для наблюдения изменений фазорных напряжений и токов. Для моделирования модели 1 в непрерывном или дискретном режиме необходимо удалить модель 2 из примера.
Модель 2 является упрощенной фазорной моделью, где трансформатор и OLTC моделируются источниками тока. Эта модель может использоваться только с фазорным режимом «simulation type» Powergui. Она выполняется намного быстрее, и она должна быть предпочтительной моделью для исследований стабильности переходных процессов, когда несколько таких устройств используются в одной и той же системе.
В обеих моделях трансформаторов OLTC реализован трехфазный регулирующий трансформатор номиналом 47 MVA, 120 kV/25 кВ, Wye/Delta, с подключенным OLTC на стороне высокого напряжения (120 кВ). Трансформаторы OLTC используются для регулирования напряжения системы на шинах B2 и B4 25 кВ.
Регулирование напряжения осуществляется путем изменения коэффициента поворота трансформатора. Это достигается путем соединения на каждой фазе витков обмотки (регулирующей обмотки) последовательно с каждой обмоткой 120/sqrt (3) кВ. Девять (9) переключателей OLTC позволяют выбирать 8 различных отводов (положения отводов от 1 до 8, плюс отвод 0, обеспечивающий номинальное отношение 120kV/25 кВ). Реверсивный переключатель, входящий в состав OLTC, позволяет реверсировать соединения регулирующей обмотки так, что она подключается либо аддитивно (положительные положения отводов), либо вычитающе (отрицательные положения отводов). Для фиксированного вторичного напряжения 25 кВ каждый отвод обеспечивает коррекцию напряжения +/-0,01875 пу или +/-1,875% от номинального напряжения 120 кВ. Поэтому в общей сложности 17 положений отводов, включая отводы 0, позволяют изменять напряжение от 0,85 pu (102 кВ) до 1,15 pu (138 кВ) с шагом 0,01875 pu (2,25 кВ).
Напряжения положительной последовательности, измеренные на шинах B2 и B4, подаются на вход регуляторов напряжения (вход «Vmeas» трансформаторных блоков). Откройте два меню блоков трансформаторов и просмотрите их параметры. Регуляторы напряжения находятся в рабочем состоянии (параметр 'Регулятор напряжения' = 'вкл'). Опорное напряжение устанавливается равным 1,04 pu. Для начала моделирования с напряжениями 25-KV, близкими к 1,04 pu на шинах B2 и B4, исходные положения отводов устанавливаются на -4, так что трансформаторы повышают напряжение на коэффициент 1/( 1-4 * 0,01875) = 1,081.
Детальная модель построена с фиксированным количеством отводов (8). Следует отметить, что модель фазора обеспечивает большую гибкость, поскольку позволяет выбирать соединения первичной и вторичной обмоток (wye или Delta), а также изменять количество отводов и использовать OLTC на основной или вторичной стороне.
Посмотрите под маской, чтобы увидеть, как построены модели трансформаторов. Детальная модель построена из трех блоков многообмоточных трансформаторов и трех подсистем OLTC, которые содержат переключатели, выполняющие выбор отводов и реверсирование обмотки регулирования. Переход отводов осуществляется путем временного короткого замыкания двух смежных отводов трансформатора через резисторы (сопротивления 5 Ом и время перехода 60 мс, как указано в меню блока). Фазорная модель построена с источниками тока, эмулирующими импеданс трансформатора, зависящий от сопротивлений обмотки, реактивов утечки и положения отводов. Обе модели используют регулятор напряжения, который генерирует импульсы на выходах «Вверх» или «Вниз» и приказывает изменить отвод либо в положительном, либо в отрицательном направлении. Регулирование напряжения зависит от заданной полосы нечувствительности (DB = в два раза больше шага напряжения или 0,0375 pu). Это означает, что максимальная погрешность напряжения на шинах B2 и B4 должна составлять 0,01875 pu. Если максимальное число отводов не достигнуто (-8 или + 8), напряжение должно оставаться в диапазоне: (Vref-DB/2 < V < 1,04 + DB/2) = (1,021 < V < 1,059).
Поскольку выбор ответвления является относительно медленным механическим процессом (4 сек на ответвление, как указано в параметре «Время выбора ответвления» блочных меню), время остановки моделирования устанавливается равным 2 минутам (120 с). Трехфазный программируемый источник напряжения используется для изменения напряжения системы 120 кВ для наблюдения за производительностью OLTC. Первоначально источник вырабатывает свое номинальное напряжение. Затем последовательно снижают напряжение (0,95 pu при t = 10 с) и увеличивают (1,10 pu при t = 50 с).
Запустите моделирование и следите за работой OLTC в области.
Трассировка 1 показывает положение отвода.
Дорожка 2 показывает наложение напряжений положительной последовательности на шине 120 кВ B1 (желтый), на шине 25 кВ B2 (пурпурный) и шине B4 (голубой).
Следы 3 и 4 показывают активную и реактивную мощность, измеренную на стороне 120 кВ (шины B1 и B3).
При запуске моделирования OLTC находятся в положении -4, а результирующее напряжение на шине B2 и B4 равно 1,038 pu. При t = 10 с внутреннее напряжение источника резко понижается до 0,95 pu, так что напряжения 25 кВ падают до 0,986 pu, вне допустимого диапазона напряжения (1,021 < V < 1,059). Регулятор напряжения затем подает команду на дальнейшее повышение напряжения, и OLTC стабилизируется при отводе = -6 (V = 1,025 pu). При t = 50 с внутреннее напряжение источника внезапно увеличивается до 1,10 pu, так что напряжения 25 кВ теперь достигают 1,19 pu. Затем регулятор напряжения начинает уменьшать напряжение, перемещая отводы вверх, и OLTC стабилизируются на отводе = + 1 (V = 1,043 pu).
Моделирование только с фазорной моделью
Чтобы оценить увеличение скорости моделирования, обеспечиваемое фазорной моделью, удалите детальную модель трансформатора и замените ее дубликатом фазорной модели. Перезапустите моделирование. Модель работает примерно в 2,5 раза быстрее, главным образом потому, что выключатели OLTC детализированной модели не моделируются.
Примечание.Сбои напряжения, наблюдаемые в модели фазора при понижении напряжения источника (t = 10 с) и повышении (t = 50 с), могут игнорироваться. Они вызваны функциями переноса первого порядка (одна постоянная времени цикла), которые используются внутри модели для разрыва алгебраических циклов.