مدلسازی و شبیه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغییرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع

دانلود مقاله مدلسازی و شبیه سازی اثر اتصالات ترانسفورماتور بر چگونگی انتشار تغییرات ولتاژ در شبکه با در نظر گرفتن اثر اشباع

مقاله کامل کارشناسی ارشد برق به همراه جداول و نمودارها و فرمول و منابع معتبر

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 مقاله 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.

فهرست مطالب:
فصل اول:
۱-۱ مقدمه
۱-۲ مدلهای ترانسفورماتور
۱-۲-۱ معرفی مدل ماتریسی Matrix Representation (BCTRAN Model)
۱-۲-۲ مدل ترانسفورماتور قابل اشباع  Saturable Transformer Component (STC Model)
۱-۲-۳ مدلهای بر مبنای توپولوژی Topology-Based Models
فصل دوم:
۲- مدلسازی ترانسفورماتور
۲-۱ مقدمه
۲-۲ ترانسفورماتور ایده آل
۲-۳ معادلات شار نشتی
۲-۴ معادلات ولتاژ
۲-۵ ارائه مدار معادل
۲-۶ مدلسازی ترانسفورماتور دو سیم پیچه
۲-۷ شرایط پایانه ها (ترمینالها)
۲-۸ وارد کردن اشباع هسته به شبیه سازی
۲-۸-۱ روشهای وارد کردن اثرات اشباع هسته
۲-۸-۲ شبیه سازی رابطه بین و 
۲-۹ منحنی اشباع با مقادیر لحظهای
۲-۹-۱ استخراج منحنی مغناطیس کنندگی مدار باز با مقادیر لحظهای
۲-۹-۲ بدست آوردن ضرایب معادله انتگرالی
۲-۱۰ خطای استفاده از منحنی مدار باز با مقادیر RMS
۲-۱۱ شبیه سازی ترانسفورماتور پنج ستونی در حوزه زمان
۲-۱۱-۱ حل عددی معادلات دیفرانسیل
۲-۱۲ روشهای آزموده شده برای حل همزمان معادلات دیفرانسیل
فصل سوم:
۳- انواع خطاهای نامتقارن و اثر اتصالات ترانسفورماتور روی آن
۳-۱ مقدمه
۳-۲ دامنه افت ولتاژ
۳-۳ مدت افت ولتاژ
۳-۴ اتصالات سیم پیچی ترانس
۳-۵ انتقال افت ولتاژها از طریق ترانسفورماتور
۳-۵-۱ خطای تکفاز، بار با اتصال ستاره، بدون ترانسفورماتور
۳-۵-۲ خطای تکفاز، بار با اتصال مثلث، بدون ترانسفورماتور
۳-۵-۳ خطای تکفاز، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع دوم 
۳-۵-۴ خطای تکفاز، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع دوم  
۳-۵-۵ خطای تکفاز، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع سوم
۳-۵-۶ خطای تکفاز، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع سوم
۳-۵-۷ خطای دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، بدون ترانسفورماتور
۳-۵-۸ خطای دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، بدون ترانسفورماتور
۳-۵-۹ خطای دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع دوم
۳-۵-۱۰ خطای دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع دوم
۳-۵-۱۱ خطای دو فاز به هم، بار با اتصال ستاره، ترانسفورماتور نوع سوم
۳-۵-۱۲ خطای دو فاز به هم، بار با اتصال مثلث، ترانسفورماتور نوع سوم 
۳-۵-۱۳ خطاهای دو فاز به زمین
۳-۶ جمعبندی انواع خطاها
۳-۷ خطای TYPE A ، ترانسفورماتور DD
۳-۸ خطای TYPE B ، ترانسفورماتور DD
۳-۹ خطای TYPE C ، ترانسفورماتور DD
۳-۱۰ خطاهای TYPE D و TYPE F و TYPE G ، ترانسفورماتور DD
۳-۱۱ خطای TYPE E ، ترانسفورماتور DD
۳-۱۲ خطاهای نامتقارن ، ترانسفورماتور YY
۳-۱۳ خطاهای نامتقارن ، ترانسفورماتور YGYG
۳-۱۴ خطای TYPE A ، ترانسفورماتور DY
۳-۱۵ خطای TYPE B ، ترانسفورماتور DY
۳-۱۶ خطای TYPE C ، ترانسفورماتور DY
۳-۱۷ خطای TYPE D ، ترانسفورماتور DY
۳-۱۸ خطای TYPE E ، ترانسفورماتور DY
۳-۱۹ خطای TYPE F ، ترانسفورماتور DY
۳-۲۰ خطای TYPE G ، ترانسفورماتور DY
۳-۲۱ شکل موجهای ولتاژ- جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE A شبیه سازی با PSCAD شبیه سازی با برنامه نوشته شده
۳-۲۲ شکل موجهای ولتاژ- جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE B شبیه سازی با PSCAD شبیه سازی با برنامه نوشته شده
۳-۲۳ شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE C شبیه سازی با PSCAD شبیه سازی با برنامه نوشته شده
۳-۲۴ شکل موجهای ولتاژ- جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE D شبیه سازی با PSCAD شبیه سازی با برنامه نوشته شده
۳-۲۵ شکل موجهای ولتاژ – جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای  TYPE E شبیه سازی با PSCAD شبیه سازی با برنامه نوشته شده
۳-۲۶ شکل موجهای ولتاژ- جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE F شبیه سازی با PSCAD شبیه سازی با برنامه نوشته شده
۳-۲۷ شکل موجهای ولتاژ- جریان ترانسفورماتور پنج ستونی برای خطای TYPE G شبیه سازی با PSCAD شبیه سازی با برنامه نوشته شده
۳-۲۸ شکل موجهای ولتاژ -جریان چند باس شبکه ۱۴ باس IEEE برای خطای TYPE D در باس ۵
۳-۲۹ شکل موجهای ولتاژ – جریان چند باس شبکه ۱۴ باس IEEE برای خطای TYPE G در باس ۵
۳-۳۰ شکل موجهای ولتاژ – جریان چند باس شبکه ۱۴ باس IEEE برای خطای TYPE A در باس ۵
فصل چهارم:
۴- نتیجه گیری و پیشنهادات
مراجع
فهرست شکلها
شکل (۱-۱) مدل ماتریسی ترانسفورماتور با اضافه کردن اثر هسته
شکل (۱-۲) ) مدار ستاره­ی مدل ترانسفورماتور قابل اشباع
شکل (۱-۳) ترانسفورماتور زرهی تک فاز
شکل (۱-۴) مدار الکتریکی معادل شکل (۱-۳)
شکل (۲-۱) ترانسفورماتور
شکل (۲-۲) ترانسفورماتور ایده ال
شکل (۲-۳) ترانسفورماتور ایده ال بل بار
شکل (۲-۴) ترانسفورماتور با مولفه های شار پیوندی و نشتی
شکل (۲-۵) مدرا معادل ترانسفورماتور
شکل (۲-۶) دیاگرام شبیه سازی یک ترانسفورماتور دو سیم پیچه
شکل (۲-۷) ترکیب RL موازی
شکل (۲-۸) ترکیب RC موازی
شکل (۲-۹) منحنی مغناطیس کنندگی مدار باز ترانسفورماتور
شکل (۲-۱۰) رابطه بین  و           
شکل (۲-۱۱) دیاگرام شبیه سازی یک ترانسفورماتور دو سیم پیچه با اثر اشباع
شکل (۲-۱۲) رابطه بین و
شکل (۲-۱۳) رابطه بین و
شکل (۲-۱۴) منحنی مدار باز با مقادیر  rms
شکل (۲-۱۵) شار پیوندی متناظر شکل (۲-۱۴) سینوسی
شکل (۲-۱۶) جریان لحظه ای متناظر با تحریک ولتاژ سینوسی
شکل (۲-۱۷) منحنی مدار باز با مقادیر لحظه­ای
شکل (۲-۱۸) منحنی مدار باز با مقادیر rms
شکل (۲-۱۹) میزان خطای استفاده از منحنی rms  
شکل (۲-۲۰) میزان خطای استفاده از منحنی لحظه­ای
شکل (۲-۲۱) مدار معادل مغناطیسی ترانسفورماتور سه فاز سه ستونه
شکل (۲-۲۲) مدار معادل الکتریکی ترانسفورماتور سه فاز سه ستونه
شکل (۲-۲۳) مدار معادل مغناطیسی ترانسفورماتور سه فاز پنج ستونه
شکل (۲-۲۴) ترانسفورماتور پنج ستونه
شکل (۲-۲۵) انتگرالگیری در یک استپ زمانی به روش اولر
شکل (۲-۲۶) انتگرالگیری در یک استپ زمانی به روش trapezoidal
شکل (۳-۱) دیاگرام فازوری خطاها
شکل (۳-۲) شکل موج ولتاژ Vab
شکل (۳-۳)  شکل موج ولتاژ Vbc
شکل (۳-۴) شکل موج ولتاژ Vca
شکل (۳-۵)  شکل موج ولتاژ Vab
شکل (۳-۶) شکل موج جریان iA
شکل (۳-۷) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۸) شکل موج جریان iA
شکل (۳-۹) شکل موج جریان iA
شکل (۳-۱۰)  شکل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc
شکل (۳-۱۱)  شکل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc
شکل (۳-۱۲)  شکل موجهای جریان ia , ib , ic
شکل (۳-۱۳)  شکل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc
شکل (۳-۱۴)  شکل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc
شکل (۳-۱۵)  شکل موجهای جریان , iB iA
شکل (۳-۱۶)  شکل موج جریان iA
شکل (۳-۱۶)  شکل موج جریان iB
شکل (۳-۱۷)  شکل موج جریان iC
شکل (۳-۱۸)  شکل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc
شکل (۳-۱۹)  شکل موجهای جریان ia , ib , ic
شکل (۳-۲۰)  شکل موجهای ولتاژ Va , Vb , Vc
شکل (۳-۲۱)  شکل موجهای جریان ia , ib , ic
شکل (۳-۲۲)  شکل موجهای جریان ia , ib , ic
شکل (۳-۲۳) شکل موج ولتاژ Va
شکل (۳-۲۴) شکل موج ولتاژ Vb
شکل (۳-۲۵) شکل موج ولتاژ Vc
شکل (۳-۲۶) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۲۷) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۲۸) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۲۹) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۳۰) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۳۱) موج جریان iC
شکل (۳-۳۲) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۳۳) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۳۴) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۳۵) شکل موج ولتاژ Va
شکل (۳-۳۶) شکل موج ولتاژ Vb
شکل (۳-۳۷) شکل موج ولتاژ Vc
شکل (۳-۳۸) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۳۹) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۴۰) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۴۱) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۴۲) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۴۳) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۴۴) شکل موج ولتاژ Va
شکل (۳-۴۵) شکل موج ولتاژ Vb
شکل (۳-۴۶) شکل موج ولتاژ Vc
شکل (۳-۴۷) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۴۸) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۴۹) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۵۰) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۵۱) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۵۲) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۵۳) شکل موج ولتاژ Va
شکل (۳-۵۴) شکل موج ولتاژ Vb
شکل (۳-۵۵) شکل موج ولتاژ Vc
شکل (۳-۵۶) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۵۷) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۵۸) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۵۹) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۶۰)  شکل موج جریان iB
شکل (۳-۶۱) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۶۲) شکل موج ولتاژ Va
شکل (۳-۶۳) شکل موج ولتاژ Vb
شکل (۳-۶۴) شکل موج ولتاژ Vc
شکل (۳-۶۵) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۶۶) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۶۷) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۶۸) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۶۹) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۷۰) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۷۱) شکل موج ولتاژ Va
شکل (۳-۷۲)  شکل موج ولتاژ Vb
شکل (۳-۷۳) شکل موج ولتاژ Vc
شکل (۳-۷۴) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۷۵) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۷۶) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۷۷) شکل موج جریانiA
شکل (۳-۷۸) شکل موج جریان iB
شکل (۳-۷۹) شکل موج جریان iC
شکل (۳-۸۰) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۸۱) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۸۲) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۸۳) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۸۴) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۸۵) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۸۶) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۸۷) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۸۸) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۸۹) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۹۰) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۹۱) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۹۲) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۹۳) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۹۴) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۹۵) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۹۶) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۹۷) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۹۸) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۹۹) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۰۰) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۰۱) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۰۲) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۰۳) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۰۴) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۰۵) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۰۶) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۰۷) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۰۸) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۰۹) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۱۰) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۱۱) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۱۲) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۱۳) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۱۴) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۱۵) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۱۶) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۱۷) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۱۸) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۱۹) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۲۰) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۲۱) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۲۲) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۲۳) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۲۴) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۲۵) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۲۶) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۲۷) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۲۸) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۲۹) شکل موجهای ولتاژ) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۳۰) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۳۱) شکل موجهای جریان) (kV با PSCAD
شکل (۳-۱۳۲) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۳۳) شکل موجهای ولتاژ با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۳۴) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۳۵) شکل موجهای جریان با برنامه نوشته شده
شکل (۳-۱۳۶) شکل موجهای ولتاژ) (kV
شکل (۳-۱۳۷) شکل موجهای ولتاژ) (kV
شکل (۳-۱۳۸) شکل موجهای جریان (kA)
شکل (۳-۱۳۹) شکل موجهای ولتاژ) (kV
شکل (۳-۱۴۰) شکل موجهای ولتاژ) (kV
شکل (۳-۱۴۱) شکل موجهای جریان (kA)
شکل (۳-۱۴۲) شکل موجهای جریان (kA)
شکل (۳-۱۴۳) شکل موجهای جریان (kA)
شکل (۳-۱۴۴) شکل موجهای جریان (kA)
شکل (۳-۱۴۵) شبکه ۱۴ باس IEEE