Полупроводниковое устройство регулирования напряжения под нагрузкой для силовых трансформаторов распределительных электрических сетей 10-0,4 кВ
Ключевые слова:
регулирование напряжения под нагрузкой, силовой трансформатор, цифровая подстанция, полупроводниковое устройство регулирования, тиристорный ключ
Аннотация
Рассмотрены особенности регулирования напряжения силовых трансформаторов на трансформаторных подстанциях распределительных электрических сетей. Представлен подход к реализации быстродействующего управления напряжением силовых серийно-выпускаемых трансформаторов класса 10/0,4 кВ под нагрузкой посредством полупроводникового устройства регулирования напряжения трансформатора (ПУРНТ). Приведён пример схемотехники построения ПУРНТ на базе тиристорных ключей. Предложены алгоритмы управления напряжением силовых трансформаторов под нагрузкой посредством ПУРНТ, обеспечивающие высокие показатели быстродействия и надёжности. Выполнены экспериментальные исследования функционирования ПУРНТ и работоспособности предложенных алгоритмов управления напряжением на базе имитационного моделирования в среде Matlab/Simulink и физического моделирования с использованием макетного образца ПУРНТ. Описана структура и особенности использованной имитационной Matlab-модели. Даны параметры и показана конструкция макетного образца ПУРНТ. Представлены результаты имитационного и физического моделирований работы ПУРНТ совместно с силовым трансформатором при различных нагрузках и алгоритмах управления.
Анализ результатов экспериментальных исследований показал обоснованность принятых технических решений. Установлено, что использование ПУРНТ позволяет обеспечить высокое быстродействие управления напряжением, высокий КПД устройства, надежность его работы и бездуговую коммутацию регулировочных ответвлений силового трансформатора без прерывания тока и напряжения нагрузки. Алгоритмы работы ПУРНТ позволяют пофазно регулировать напряжения в трёхфазной распределительной сети 0,4 кВ. Отмечена возможность интеграции средств управления и диагностики ПУРНТ в состав современных цифровых подстанций на основе цифрового интерфейса стандарта МЭК 61850.
Литература
1. Янченко С.А., Цырук С.А., Куликов А.И. Анализ методов разгрузки трансформаторов в сетях с высоким уровнем несинусоидальности тока // Промышленная энергетика. 2017. № 7. С. 44—53.
2. ГОСТ 32144—2013. Электрическая энергия совместимость технических средств электромагнитная нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
3. Копейкина Т.В. Вопросы построения и реконструкции распределительных сетей // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 12 (4). С. 592—595.
4. Концепция ПАО «Россети» «Цифровая трансформация 2030». М., 2018.
5. Лавров А.Г., Попов Е.Н. Анализ процессов регулирования напряжения силовых трёхобмоточных трансформаторов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2019. № 10. С. 63—71.
6. Гуков П.О., Кулешов Д.Ю. Способы регулирования напряжения в распределительной электрической сети // Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф. Саратов: ООО «ЦеСАин», 2017. С. 46—49.
7. Pezeshki H., Arefi A., Ledwich G., Wolfs P. Probabilistic Voltage Management Using OLTC and dSTATCOM in Distribution Networks // IEEE Trans. Power Delivery. 2018. V. 33 (2). Pp. 570—580.
8. Лавров А.Г., Попов Е.Н. Анализ режимов регулирования вторичного напряжения трансформаторов с устройствами РПН // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2017. № 5. С. 53—58.
9. Castro J.C., Lagos G.S., González O.A. Simulation and Measuring of Transients in On-Load Tap Changers // IEEE Latin America Trans. 2017. V. 15. No. 10. Pp. 1901—1907.
10. Дед А.В., Лавриков Ю.П., Горюнов В.Н., Кропотин О.В., Смирнов П.С. Определение допустимых диапазонов регулирования медленных изменений напряжения путём имитационного моделирования // Омский научный вестник. 2018. № 5. С. 90—96.
11. Фокеев А.Е., Атрахманов А.А., Даутов Р.Р. Выбор мощности силовых трансформаторов для подстанций напряжением 10(6)/0,4 кВ с учетом влияния нелинейной нагрузки // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. 2020. Т. 23. № 1. С. 65—74.
12. Daratha N., Das B., Sharma J. Coordination Between OLTC and SVC for Voltage Regulation in Unbalanced Distribution System Distributed Generation // IEEE Trans. Power Syst. 2013. V. 29 (1). Pp. 289—299.
13. Mouli G.R.C. e. a. Design of a Power-Electronic-Assisted OLTC for Grid Voltage Regulation // IEEE Trans. Power Delivery. 2014. V. 7. No. 1. Pp. 1086—1095.
14. Якимов И.А., Николаев А.А., Барабаш Р.О., Анохин В.В. Исследование работы тиристорного регулятора напряжения печного трансформатора в режиме стабилизации первичного тока дуговой сталеплавильной печи // Электротехника. 2016. Т. 3. № 4. С. 3—10.
15. Пат. № 2711587 РФ. Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой и устройство для его реализации / Д.И. Панфилов, М.Г. Асташев, А.В. Горчаков // Бюл. изобрет. 2020. № 2.
16. Пат. № 2711589 РФ. Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой и устройство для его реализации / Д.И. Панфилов, М.Г. Асташев, А.В. Горчаков // Там же.
17. Балясов П.П., Мускатиньев А.В. Исследование процессов включения силовых тиристоров в высоковольтных преобразователях // XLVI Огарёвские чтения: Материалы науч. конф. Саранск: Изд-во Национального исследовательского Мордовского гос. ун-та им. Н.П. Огарева. 2018. С. 46—53.
18. Hasan E.O., Hatata A.Y., Badran E.A.-E. Voltage Control of Distribution Systems using Electronic OLTC // Proc. Twentieth Intern. Middle East Power Systems Conf. 2018. V. 48. No. 1. Pp. 845—849.
19. Бойченко О.В., Дячук В.С. Построение информационной модели цифровой подстанции на основе стандарта МЭК 61850 // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 4 (46). Ч. 2. С. 39—42.
20. Topolskiy D.V., Yumagulov N.I., Galiyev A.L. Development of Technical Solutions for Digital Substations Using Ddigital Instrument Combined Current and Voltage Transformers // Proc. Intern. Conf. Industrial Eng., Appl. and Manufacturing. Moscow, 2018. Pp. 872—879.
---
Для цитирования: Панфилов Д.И., Асташев М.Г., Горчаков А.В. Полупроводниковое устройство регулирования напряжения под нагрузкой для силовых трансформаторов распределительных электрических сетей 10—0,4 кВ // Вестник МЭИ. 2020. № 6. С. 82—90. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-82-90.
#
1. Yanchenko S.A., Tsyruk S.A., Kulikov A.I. Analiz Metodov Razgruzki Transformatorov v Setyakh s Vysokim Urovnem Nesinusoidal'nosti Toka. Promyshlennaya Energetika. 2017;7:44—53. (in Russian).
2. GOST 32144—2013. Elektricheskaya Energiya Sovmestimost' Tekhnicheskikh Sredstv Elektromagnitnaya Normy Kachestva Elektricheskoy Energii v Sistemakh Elektrosnabzheniya Obshchego Naznacheniya. (in Russian).
3. Kopeykina T.V. Voprosy Postroeniya i Rekonstruktsii Raspredelitel'nykh Setey. Mezhdunarodnyy Zhurnal Prikladnykh i Fundamental'nykh Issledovaniy. 2016;12 (4):592—595. (in Russian).
4. Kontseptsiya PAO «Rosseti» «Tsifrovaya Transformatsiya 2030». M., 2018. (in Russian).
5. Lavrov A.G., Popov E.N. Analiz Protsessov Regulirovaniya Napryazheniya Silovykh Trekhobmotochnykh Transformatorov. Izvestiya SPbGETU «LETI». 2019;10:63—71. (in Russian).
6. Gukov P.O., Kuleshov D.Yu. Sposoby Regulirovaniya Napryazheniya v Raspredelitel'noy Elektricheskoy Seti. Aktual'nye Problemy Energetiki APK: Materialy VIII Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Saratov: OOO «TSeSAin», 2017:46—49. (in Russian).
7. Pezeshki H., Arefi A., Ledwich G., Wolfs P. Probabilistic Voltage Management Using OLTC and dSTATCOM in Distribution Networks. IEEE Trans. Power Delivery. 2018;33 (2):570—580.
8. Lavrov A.G., Popov E.N. Analiz Rezhimov Regulirovaniya Vtorichnogo Napryazheniya Transformatorov s Ustroystvami RPN. Izvestiya SPbGETU «LETI». 2017;5:53—58. (in Russian).
9. Castro J.C., Lagos G.S., González O.A. Simulation and Measuring of Transients in On-Load Tap Changers. IEEE Latin America Trans. 2017;15;10:1901—1907.
10. Ded A.V., Lavrikov Yu.P., Goryunov V.N., Kropotin O.V., Smirnov P.S. Opredelenie Dopustimykh Diapazonov Regulirovaniya Medlennykh Izmeneniy Napryazheniya Putem Imitatsionnogo Modelirovaniya. Omskiy nauchnyy vestnik. 2018;5:90—96. (in Russian).
11. Fokeev A.E., Atrakhmanov A.A., Dautov R.R. Vybor Moshchnosti Silovykh Transformatorov dlya Podstantsiy Napryazheniem 10(6)/0,4 kV s Uchetom Vliyaniya Nelineynoy Nagruzki. Vestnik IzhGTU im. M.T. Kalashnikova. 2020;23;1: 65—74. (in Russian).
12. Daratha N., Das B., Sharma J. Coordination Between OLTC and SVC for Voltage Regulation in Unbalanced Distribution System Distributed Generation. IEEE Trans. Power Syst. 2013;29 (1):289—299.
13. Mouli G.R.C. e. a. Design of a Power-Electronic-Assisted OLTC for Grid Voltage Regulation. IEEE Trans. Power Delivery. 2014;7;1:1086—1095.
14. Yakimov I.A., Nikolaev A.A., Barabash R.O., Anokhin V.V. Issledovanie raboty Tiristornogo Regulyatora Napryazheniya Pechnogo Transformatora v Rezhime Stabilizatsii Pervichnogo Toka Dugovoy Staleplavil'noy Pechi. Elektrotekhnika. 2016;3;4:3—10. (in Russian).
15. Pat. № 2711587 RF. Sposob Upravleniya Napryazheniem Transformatora pod Nagruzkoy i Ustroystvo dlya Ego Realizatsii. D.I. Panfilov, M.G. Astashev, A.V. Gorchakov. Byul. izobret. 2020;2. (in Russian).
16. Pat. № 2711589 RF. Sposob Upravleniya Napryazheniem Transformatora pod Nagruzkoy i Ustroystvo dlya Ego Realizatsii. D.I. Panfilov, M.G. Astashev, A.V. Gorchakov. Tam zhe. (in Russian).
17. Balyasov P.P., Muskatin'ev A.V. Issledovanie Protsessov Vklyucheniya Silovykh Tiristorov v Vysokovol'tnykh Preobrazovatelyakh. XLVI Ogarevskie Chteniya: Materialy Nauch. Konf. Saransk: Izd-vo Natsional'nogo Issledovatel'skogo Mordovskogo Gos. Un-ta im. N.P. Ogareva. 2018:46—53. (in Russian).
18. Hasan E.O., Hatata A.Y., Badran E.A.-E. Voltage Control of Distribution Systems using Electronic OLTC. Proc. Twentieth Intern. Middle East Power Systems Conf. 2018;48;1:845—849.
19. Boychenko O.V., Dyachuk V.S. Postroenie Informatsionnoy Modeli Tsifrovoy Podstantsii na Osnove Standarta MEK 61850. Mezhdunarodnyy Nauchno-issledovatel'skiy Zhurnal. 2016;4 (46);2:39—42. (in Russian).
20. Topolskiy D.V., Yumagulov N.I., Galiyev A.L. Development of Technical Solutions for Digital Substations Using Ddigital Instrument Combined Current and Voltage Transformers. Proc. Intern. Conf. Industrial Eng., Appl. and Manufacturing. Moscow, 2018:872—879.
---
For citation: Panfilov D.I., Astashev M.G., Gorchakov A.V. A Solid-State On-Load Tap Changer for the Power Transformers of 10—0.4 kV Distribution Networks. Bulletin of MPEI. 2020;6:82—90. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-82-90.
2. ГОСТ 32144—2013. Электрическая энергия совместимость технических средств электромагнитная нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
3. Копейкина Т.В. Вопросы построения и реконструкции распределительных сетей // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. № 12 (4). С. 592—595.
4. Концепция ПАО «Россети» «Цифровая трансформация 2030». М., 2018.
5. Лавров А.Г., Попов Е.Н. Анализ процессов регулирования напряжения силовых трёхобмоточных трансформаторов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2019. № 10. С. 63—71.
6. Гуков П.О., Кулешов Д.Ю. Способы регулирования напряжения в распределительной электрической сети // Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы VIII Междунар. науч.-практ. конф. Саратов: ООО «ЦеСАин», 2017. С. 46—49.
7. Pezeshki H., Arefi A., Ledwich G., Wolfs P. Probabilistic Voltage Management Using OLTC and dSTATCOM in Distribution Networks // IEEE Trans. Power Delivery. 2018. V. 33 (2). Pp. 570—580.
8. Лавров А.Г., Попов Е.Н. Анализ режимов регулирования вторичного напряжения трансформаторов с устройствами РПН // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2017. № 5. С. 53—58.
9. Castro J.C., Lagos G.S., González O.A. Simulation and Measuring of Transients in On-Load Tap Changers // IEEE Latin America Trans. 2017. V. 15. No. 10. Pp. 1901—1907.
10. Дед А.В., Лавриков Ю.П., Горюнов В.Н., Кропотин О.В., Смирнов П.С. Определение допустимых диапазонов регулирования медленных изменений напряжения путём имитационного моделирования // Омский научный вестник. 2018. № 5. С. 90—96.
11. Фокеев А.Е., Атрахманов А.А., Даутов Р.Р. Выбор мощности силовых трансформаторов для подстанций напряжением 10(6)/0,4 кВ с учетом влияния нелинейной нагрузки // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. 2020. Т. 23. № 1. С. 65—74.
12. Daratha N., Das B., Sharma J. Coordination Between OLTC and SVC for Voltage Regulation in Unbalanced Distribution System Distributed Generation // IEEE Trans. Power Syst. 2013. V. 29 (1). Pp. 289—299.
13. Mouli G.R.C. e. a. Design of a Power-Electronic-Assisted OLTC for Grid Voltage Regulation // IEEE Trans. Power Delivery. 2014. V. 7. No. 1. Pp. 1086—1095.
14. Якимов И.А., Николаев А.А., Барабаш Р.О., Анохин В.В. Исследование работы тиристорного регулятора напряжения печного трансформатора в режиме стабилизации первичного тока дуговой сталеплавильной печи // Электротехника. 2016. Т. 3. № 4. С. 3—10.
15. Пат. № 2711587 РФ. Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой и устройство для его реализации / Д.И. Панфилов, М.Г. Асташев, А.В. Горчаков // Бюл. изобрет. 2020. № 2.
16. Пат. № 2711589 РФ. Способ управления напряжением трансформатора под нагрузкой и устройство для его реализации / Д.И. Панфилов, М.Г. Асташев, А.В. Горчаков // Там же.
17. Балясов П.П., Мускатиньев А.В. Исследование процессов включения силовых тиристоров в высоковольтных преобразователях // XLVI Огарёвские чтения: Материалы науч. конф. Саранск: Изд-во Национального исследовательского Мордовского гос. ун-та им. Н.П. Огарева. 2018. С. 46—53.
18. Hasan E.O., Hatata A.Y., Badran E.A.-E. Voltage Control of Distribution Systems using Electronic OLTC // Proc. Twentieth Intern. Middle East Power Systems Conf. 2018. V. 48. No. 1. Pp. 845—849.
19. Бойченко О.В., Дячук В.С. Построение информационной модели цифровой подстанции на основе стандарта МЭК 61850 // Международный научно-исследовательский журнал. 2016. № 4 (46). Ч. 2. С. 39—42.
20. Topolskiy D.V., Yumagulov N.I., Galiyev A.L. Development of Technical Solutions for Digital Substations Using Ddigital Instrument Combined Current and Voltage Transformers // Proc. Intern. Conf. Industrial Eng., Appl. and Manufacturing. Moscow, 2018. Pp. 872—879.
---
Для цитирования: Панфилов Д.И., Асташев М.Г., Горчаков А.В. Полупроводниковое устройство регулирования напряжения под нагрузкой для силовых трансформаторов распределительных электрических сетей 10—0,4 кВ // Вестник МЭИ. 2020. № 6. С. 82—90. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-82-90.
#
1. Yanchenko S.A., Tsyruk S.A., Kulikov A.I. Analiz Metodov Razgruzki Transformatorov v Setyakh s Vysokim Urovnem Nesinusoidal'nosti Toka. Promyshlennaya Energetika. 2017;7:44—53. (in Russian).
2. GOST 32144—2013. Elektricheskaya Energiya Sovmestimost' Tekhnicheskikh Sredstv Elektromagnitnaya Normy Kachestva Elektricheskoy Energii v Sistemakh Elektrosnabzheniya Obshchego Naznacheniya. (in Russian).
3. Kopeykina T.V. Voprosy Postroeniya i Rekonstruktsii Raspredelitel'nykh Setey. Mezhdunarodnyy Zhurnal Prikladnykh i Fundamental'nykh Issledovaniy. 2016;12 (4):592—595. (in Russian).
4. Kontseptsiya PAO «Rosseti» «Tsifrovaya Transformatsiya 2030». M., 2018. (in Russian).
5. Lavrov A.G., Popov E.N. Analiz Protsessov Regulirovaniya Napryazheniya Silovykh Trekhobmotochnykh Transformatorov. Izvestiya SPbGETU «LETI». 2019;10:63—71. (in Russian).
6. Gukov P.O., Kuleshov D.Yu. Sposoby Regulirovaniya Napryazheniya v Raspredelitel'noy Elektricheskoy Seti. Aktual'nye Problemy Energetiki APK: Materialy VIII Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. Saratov: OOO «TSeSAin», 2017:46—49. (in Russian).
7. Pezeshki H., Arefi A., Ledwich G., Wolfs P. Probabilistic Voltage Management Using OLTC and dSTATCOM in Distribution Networks. IEEE Trans. Power Delivery. 2018;33 (2):570—580.
8. Lavrov A.G., Popov E.N. Analiz Rezhimov Regulirovaniya Vtorichnogo Napryazheniya Transformatorov s Ustroystvami RPN. Izvestiya SPbGETU «LETI». 2017;5:53—58. (in Russian).
9. Castro J.C., Lagos G.S., González O.A. Simulation and Measuring of Transients in On-Load Tap Changers. IEEE Latin America Trans. 2017;15;10:1901—1907.
10. Ded A.V., Lavrikov Yu.P., Goryunov V.N., Kropotin O.V., Smirnov P.S. Opredelenie Dopustimykh Diapazonov Regulirovaniya Medlennykh Izmeneniy Napryazheniya Putem Imitatsionnogo Modelirovaniya. Omskiy nauchnyy vestnik. 2018;5:90—96. (in Russian).
11. Fokeev A.E., Atrakhmanov A.A., Dautov R.R. Vybor Moshchnosti Silovykh Transformatorov dlya Podstantsiy Napryazheniem 10(6)/0,4 kV s Uchetom Vliyaniya Nelineynoy Nagruzki. Vestnik IzhGTU im. M.T. Kalashnikova. 2020;23;1: 65—74. (in Russian).
12. Daratha N., Das B., Sharma J. Coordination Between OLTC and SVC for Voltage Regulation in Unbalanced Distribution System Distributed Generation. IEEE Trans. Power Syst. 2013;29 (1):289—299.
13. Mouli G.R.C. e. a. Design of a Power-Electronic-Assisted OLTC for Grid Voltage Regulation. IEEE Trans. Power Delivery. 2014;7;1:1086—1095.
14. Yakimov I.A., Nikolaev A.A., Barabash R.O., Anokhin V.V. Issledovanie raboty Tiristornogo Regulyatora Napryazheniya Pechnogo Transformatora v Rezhime Stabilizatsii Pervichnogo Toka Dugovoy Staleplavil'noy Pechi. Elektrotekhnika. 2016;3;4:3—10. (in Russian).
15. Pat. № 2711587 RF. Sposob Upravleniya Napryazheniem Transformatora pod Nagruzkoy i Ustroystvo dlya Ego Realizatsii. D.I. Panfilov, M.G. Astashev, A.V. Gorchakov. Byul. izobret. 2020;2. (in Russian).
16. Pat. № 2711589 RF. Sposob Upravleniya Napryazheniem Transformatora pod Nagruzkoy i Ustroystvo dlya Ego Realizatsii. D.I. Panfilov, M.G. Astashev, A.V. Gorchakov. Tam zhe. (in Russian).
17. Balyasov P.P., Muskatin'ev A.V. Issledovanie Protsessov Vklyucheniya Silovykh Tiristorov v Vysokovol'tnykh Preobrazovatelyakh. XLVI Ogarevskie Chteniya: Materialy Nauch. Konf. Saransk: Izd-vo Natsional'nogo Issledovatel'skogo Mordovskogo Gos. Un-ta im. N.P. Ogareva. 2018:46—53. (in Russian).
18. Hasan E.O., Hatata A.Y., Badran E.A.-E. Voltage Control of Distribution Systems using Electronic OLTC. Proc. Twentieth Intern. Middle East Power Systems Conf. 2018;48;1:845—849.
19. Boychenko O.V., Dyachuk V.S. Postroenie Informatsionnoy Modeli Tsifrovoy Podstantsii na Osnove Standarta MEK 61850. Mezhdunarodnyy Nauchno-issledovatel'skiy Zhurnal. 2016;4 (46);2:39—42. (in Russian).
20. Topolskiy D.V., Yumagulov N.I., Galiyev A.L. Development of Technical Solutions for Digital Substations Using Ddigital Instrument Combined Current and Voltage Transformers. Proc. Intern. Conf. Industrial Eng., Appl. and Manufacturing. Moscow, 2018:872—879.
---
For citation: Panfilov D.I., Astashev M.G., Gorchakov A.V. A Solid-State On-Load Tap Changer for the Power Transformers of 10—0.4 kV Distribution Networks. Bulletin of MPEI. 2020;6:82—90. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-82-90.
