Способ определения параметров схемы замещения трансформаторов «звезда/звезда-с-нулем» для построения цифровых моделей распределительных сетей Российский патент 2023 года по МПК G01R31/72 G01R27/02 

Описание математической модели распределительных сетей начинается с математического описания трансформатора. В распределительных сетях с коммунально-бытовыми и смешанными нагрузками чаще всего применяются трансформаторы Y/Yн. Для того, чтобы математически описать трансформатор необходимо составить его схему замещения и определить ее параметры.

На первом этапе расчета определяются Z_1к - комплексное сопротивление первичной обмотки трансформатора в режиме короткого замыкания, Z_2к - комплексное сопротивление вторичной обмотки трансформатора в режиме короткого замыкания Z_1х - комплексное сопротивление первичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода, Z_2х - комплексное сопротивление вторичной обмотки трансформатора в режиме холостого хода.

Способ определения параметров схемы замещения трансформаторов «звезда/звезда-с-нулем» для построения цифровых моделей распределительных сетей, включающий регистрацию с помощью измерительного комплекса массивов токов и напряжений, определение комплексных сопротивлений и первичной и вторичных обмоток трансформатора в режиме короткого замыкания, комплексных сопротивлений и первичной и вторичной обмоток трансформатора в режиме холостого хода и определение комплексных проходимостей и , характеризующих магнитную систему первичной и вторичной обмоток трансформатора:

и комплексного сопротивления Z_Fe, учитывающего размагничивающее действие вихревых токов в баке трансформатора:

Z_Fe =

где - комплексное сопротивление нулевой последовательности трансформатора.

Для доказательства адекватности математической модели трансформатора, некоторые расчетные величины будут сравниваться с данными, снятыми с трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда-звезда-с-нулем».

Новые существенные признаки

1. Определение по величинам Z_0, Z_2к и Z_2х значение сопротивления Z_Fe, учитывающее влияние вихревых токов в баке трансформатора.

2. Определение проводимостей Y₁₁ и Y₁₂, характеризующих магнитную систему трансформатора.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы для достижения технического результата, на который распространяется исчерпываемый объем правовой охраны.

Технический результат

Технический результат заключается в возможности определения параметров математической модели трансформатора со схемой соединения «звезда-звезда-с-нулем» и обеспечения сходимости опытных и расчетных величин в соответствии с законами электротехники.

На фиг.1 изображена схема замещения трансформатора со схемой соединения обмоток «звезда/звезда-с-нулем».

На фиг.2 изображена проверка сходимости вещественной и мнимой части рассчитанных первичных токов трансформатора.

Расчет проводится на основе расчетной схемы, представленной на фиг. 1, и ее системы уравнений, составленных по законам Кирхгофа:

После определения параметров Y_11, Y₁₂ а также Z_Fe. , начальная фаза напряжения U_a принимается равной нулю:

Анализируя треугольники фазных U_a, U_b, U_c и линейных напряжений U_ab, U_bc, U_ca, по теореме косинусов определяются начальные фазы напряжений U_b и U_c

и записываем комплексные значения фазных напряжений на выходе трансформатора:

модули U_a, U_b, U_c - значения фазных напряжений, зарегистрированных измерительным комплексом в текущий момент времени.

На основании экспериментальных для каждого промежутка времени значений P_a, P_b, P_c, Q_a, Q_b, Q_c запишем комплексные значения мощностей на выходе трансформатора:

Также, основываясь на данных измерительного комплекса и значении фазовых углов, для выбранного промежутка времени, запишем комплексные значения вторичных токов трансформатора:

Выполним проверку произведенных вычислений с данными полученными с помощью измерительного комплекса, результаты проверки приведены в таблице 1

Таблица 1. Сравнение опытных и расчетных значений модуля I_N IN опыт 51,6 40,86 43,19 43,67 39,24 56,72 39,1 50,59 52,48 53,03 IN расчет 51,6 40,86 43,19 43,67 39,24 56,72 39,1 50,59 52,48 53,03

По второму закону Кирхгофа определяются ЭДС вторичных обмоток трансформатора (уравнения 8-10):

где Z_a, Z_b, Z_c - эквивалентные комплексные сопротивления фазных нагрузок трансформатора:

Так как расчеты выполняются с электрическими величинами, приведенными ко вторичным напряжениям, то ЭДС первичных обмоток трансформатора равны:

На основании уравнений магнитной системы трансформатора, связывающей первичные и вторичные токи трансформатора, определяются величины первичных токов (уравнения 5-7).

Результаты проверки полученных значений по первому закону Кирхгофа приведены на фиг. 2.

Массив значений фазных напряжений источника позволит оценить колебания напряжений в сети 10 кВ на уровне напряжений в сети 0,4 кВ, и может быть использован в расчетах суточных и недельных режимов, что позволяет получить более достоверную информацию о реакции сети на запрашиваемые мощности потребителей.

Используя массивы UAи, UBи, UСи, Za, Zb, Zc, суточных графиков нагрузки, математическое описание сети 10 кВ и трансформатора, позволяет получить массивы расчетных значений Ua, Ub, Uc, Iat, Ibt, Ict, Int, Pa, Pb, Pc, Qa, Qb, Qc, сравнение которых с исходными данными подобных массивов позволит сделать вывод об адекватности математической модели сети 10 кВ и трансформатора.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к определению параметров схемы замещения трансформаторов напряжения со схемой соединения обмоток «звезда/звезда-с-нулем» для построения цифровых моделей распределительных сетей. Сущность: способ включает регистрацию с помощью измерительного комплекса массивов токов и напряжений. При этом определяют комплексные сопротивления и первичной и вторичной обмоток трансформатора в режиме короткого замыкания, комплексные сопротивления и первичной и вторичной обмоток трансформатора в режиме холостого хода и комплексные проходимости и характеризующие магнитную систему первичной и вторичной обмоток трансформатора

,

,

а также комплексное сопротивление Z_Fe, учитывающее размагничивающее действие вихревых токов в баке трансформатора Z_Fe = , где - комплексное сопротивление нулевой последовательности трансформатора. Технический результат: возможность определения параметров математической модели трансформатора со схемой соединения «звезда/звезда-с-нулем», включая комплексные проходимости, характеризующие магнитную систему первичной и вторичной обмоток трансформатора, и комплексное сопротивление, учитывающее размагничивающее действие вихревых токов в баке трансформатора, а также обеспечение сходимости расчетных и измеряемых величин при математическом описании трансформатора. 1 табл., 2 ил.

Способ определения параметров схемы замещения трансформаторов «звезда/звезда-с-нулем» для построения цифровых моделей распределительных сетей, включающий регистрацию с помощью измерительного комплекса массивов токов и напряжений, отличающийся тем, что определяют комплексные сопротивления и первичной и вторичной обмоток трансформатора в режиме короткого замыкания, комплексные сопротивления и первичной и вторичной обмоток трансформатора в режиме холостого хода и определяют комплексные проходимости и , характеризующие магнитную систему первичной и вторичной обмоток трансформатора

,

,

и комплексное сопротивление Z_Fe, учитывающее размагничивающее действие вихревых токов в баке трансформатора

Z_Fe = ,

где - комплексное сопротивление нулевой последовательности трансформатора.