Title Poboljšana analiza i predviđanje sklopnih
prenapona u elektroenergetskoj mreži razvojem
grafičkog sučelja
Title (english) Improved Analysis and Prediction of Switching Overvoltages in Power Grid by Development
of Grafical Interface
Author Krešimir Miklošević
Mentor Marinko Stojkov (mentor)
Committee member Željko Hederić (predsjednik povjerenstva)
Granter Josip Juraj Strossmayer University of Osijek Faculty of Electrical Engineering, Computer Science and Information Technology Osijek (Department of Power Engineering) (Chair of Power Plants and Energy Processes) Osijek
Defense date and country 2018-04-27, Croatia
Scientific / art field, discipline and subdiscipline TECHNICAL SCIENCES Electrical Engineering Power Engineering
Universal decimal classification (UDC ) 621.3 - Electrical engineering
Abstract Iako je dosad uloženo mnogo truda u traženju i razvoju izvornog VF simulacijskog
modela transformatora, još uvijek nema jasnog dogovora koji je simulacijski model adekvatan
pri analizi sklopnih fenomena. Najvažnije poteškoće oko kojih nema jedinstvenog pristupa
tiču se kako dizajnirati model željezne jezgre transformatora s modeliranim svim efektima,
nelinearnim i frekvencijsko ovisnim ponašanjem mnogih koncentriranih parametara
transformatora te neadekvatno utvrđivanje mnogih ulaznih koncentriranih parametara. U
doktorskoj disertaciji su istraživani i prikazani matematički modeli idealnog prekidača te
visokofrekvencijskog distributivnog transformatora različitih snaga i grupe spoja. Osim toga,
a i ne manje bitni, prikazani su i preostali matematički modeli električnih vodova i trošila koji
su potrebni za istraživanu konfiguraciju simulacijskog modela.
Doktorska disertacija daje argumentirane odgovore na najbitnija pitanja vezana za
modeliranje visokofrekvencijskog energetskog transformatora koji se primjenjuje pri
simulaciji visokofrekvencijskih prijelaznih prenapona. Na odgovarajući i originalni način
prezentira razvoj VF modela transformatora te u Matlab – SimPowerSystemsu analizira
dobivene simulacijske rezultate za istraživane sklopne slučajeve. Procjena primjenjivosti
razvijenog frekvencijski ovisnog simulacijskog modela transformatora je također prezentirana
i raspravljana na dva primjera. Prvo na isklopu tereta nazivnom snagom te zatim na isklopu
neopterećenog transformatora. Simulacijsko testiranje je pokazalo da karakteristika sklopnog
prenapona stvorena sklopnom operacijom prekidača jako ovisi o topologiji simulirane mreže.
Nadalje, pokazano je kako se mijenja iznos sklopnog prenapona s obzirom na trenutak isklopa
prekidača. Osim toga u okviru doktorske disertacije razvijen je model za analizu početne
razdiobe prijelaznih prenapona u SN namotu transformatora. Štoviše, izraziti doprinos ovom
radu je grafičko korisničko sučelje koje omogućava generiranje različitih oblika karakteristika
prijelaznih prenapona s ciljem analize utjecaja na početnu razdiobu prijelaznog prenapona na
transformatorima različitih snaga. Nadalje, simulirani su različiti utjecaji promjene
konfiguracije primarnog SN i sekundarnog NN kruga transformatora na visinu i oblik
karakteristike sklopnog prenapona. Posebno su simulirani utjecaji promjene omjera dozemnih
kapaciteta u odnosu na inuktivitet primarnog SN namota s ciljem analize utjecaja na oblik
karakteristike početne raspodjele prijelaznog prenapona. Posebno su za odabrane sklopne
događaje analizirani utjecaji dozemnih, međufaznih i međunamotnih kapaciteta na
karakteristiku sklopnog prenapona. Između ostaloga, cilj doktorske disertacije je detaljno
opisati postupak prikupljanja i određivanja koncentriranih parametara VF modela
XXI
transformatora koji su neophodni za opisivanje i korištenje istoga. Korištenjem ovoga pristupa
razvija se i proširuje baza različitih simuliranih sklopnih utjecaja, a time i sve preciznija
analiza prikupljenih koncentriranih parametara konfiguracijske mreže. Paralelno sa tim
razvija se grafičko korisničko sučelje s ciljem simuliranja različitih sklopnih događaja.
Doktorskom disertacijom posebno su opisane mjere i načini za smanjenje negativnih utjecaja
sklopnih prenapona.
Cilj doktorske disertacije je dijelom poboljšati postojeći razvijeni model transformatora
u Matlab – SimPowerSystemsu, a dijelom taj poboljšani model eksperimentalno i analitički
verificirati u laboratorijskim uvjetima. U svrhu realizacije preostalih znanstvenih doprinosa
osmišljen je laboratorijski postav. Simulacijski model laboratorijskog transformatora je
osmišljen s ciljem eksperimetalne verifikacije na primjeru isklopa male induktivne struje.
Laboratorijski postav se sastoji od laboratorijskog transformatora, NN prekidača i
kapacitivnog tereta. Dobiveni mjerni rezultati pokazuju pojavu brzoga impulsnog tranzijenta s
karakterstičnom sklopnom karakteristikom. Za potrebe evaluacije korišteni su i analitički
modeli isklopa male induktivne struje te isklopa realne prigušnice. Pokazalo se da korišteni
analitički modeli isklopa prigušnice i isklopa male induktivne struje s očekivanom
preciznošću reflektiraju eksperimentalne i simulacijske rezultate.
Abstract (english) Although much effort has been invested so far in the search and development of the
original VF simulation transformer model, there is still no clear agreement which simulation
model is adequate for the analysis of switching phenomena. The most important difficulties
around which there is no unified approach are how to design a transformer core model with
modeled all effects, nonlinear and frequency dependent behavior of many concentrated
transformer parameters and inadequate determination of many input concentrating
parameters. The mathematical models of the ideal HV switch and the high frequency
distributive transformer of various forces and group of compounds were explored and
presented in the dissertation. In addition, and not lees important, the remaining mathematical
models of electrical power lines and loads required for the researched configuration of the
simulation model are shown.
The doctoral dissertation gives arguments on the most important issues related to the
modeling of a high frequency energy transformer applied in the simulation of high frequency
transient surges. In the appropriate and original way it presents the development of the VF
transformer model and in Matlab - SimPowerSystems it analyzes the obtained simulation
results for research switching cases. The assessment of the applicability of the developed
frequency - dependent simulation transformer model is also presented and discussed in two
examples. First, when the real coil is loaded with nominal power and secuund when the
unloaded transformer switch off. Simulation testing has shown that the circuit breaker
characteristic created by the circuit breaker operation is heavily dependent on the topology of
the simulated network. Furthermore, it is shown how the amount of overvoltage switches is
changed with considering to the switch - off moment. In addition, a model for analyzing the
initial distribution of transient overvoltage in the HV transformer coil has been developed
within the PhD dissertation.
Moreover, the contribution to this paper is a graphical user interface that enables the
generation of different form overvoltage characteristics with the purpose of analyzing the
impact on the initial distribution of transient overvoltages on transformers of different rated
power. Furthermore, different impacts of changing the configuration of the primary HV and
secondary LV circuits to the value and shape of the switching overvoltage are simulated.
XXIII
Especially simulated effects of changing the ratio of total capacities to the primary HV
winding inductance with the value of analyzing the influence on the shape characteristics of
the initial distribution of the transient overvoltage. Especially for the selected switching cases,
the effects of total, interphase and interwinding capacities on the switching overvoltage
characteristic are analyzed. Among other things, the aim of the doctoral dissertation is to
describe in detail the procedure for collecting and determining concentrated HF transformer
parameters that are necessary for describing and using it. By using this approach, the basis for
various simulated switching impacts is developed and expanded, and thus more precise
analysis of the compiled configuration parameters of the configuration network. Parallel with
this, a graphical user interface is developed to simulate different switch cases. The doctoral
dissertation specifically describes measures and ways to reduce the negative effects of
switching overvoltage.
The aim of the dissertation is partly to improve the existing developed model of
transformers in Matlab - SimPowerSystems, and partly to improve this model experimentally
and analytically in laboratory conditions. For the purpose of realizing the remaining scientific
contributions, a laboratory setup was designed. The simulator model of the laboratory
transformer was designed with the aim of experimental verification on the example of a small
inductance current. The laboratory setup consists of a laboratory transformer, a rapid LV
switch, and a capacitive load. The obtained measurement results show the occurrence of a fast
transient with a switching characteristic. For the purposes of the evaluation, the analytical
models of the low inductance current circuit breaker and the real damper disconnection were
used. It has been shown that the analytical models of the load shutdown and the low
inductance current cuts with the expected accuracy reflect the experimental and simulation
results.
Keywords
Energetski transformator
Visokofrekvencijski model
Predviđanje
Sklopni prenaponi
Trenutak uklopa
Digitalna simulacija
Prekidač
Efektivni kapaciteti
Vrednovanje modela
Mjerenje sklopnih prenapona
Keywords (english)
Power Transformer
High Frequency Model
Prediction
Switching Overvoltages
Closing Time
Digital Simulation
Electromagnetic Transient
Circuit Breaker
Effective Capacitance
Model Validation
Switching Overvoltages Measurement.
Language croatian
URN:NBN urn:nbn:hr:200:864618
Promotion 2018-04-27
Study programme Title: Postgraduate doctoral study programme; specializations in: branch Power Engineering and Communications, branch Informatics Course: branch Power Engineering and Communications Study programme type: university Study level: postgraduate Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti, polje elektrotehnika (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti, polje elektrotehnika)
Type of resource Text
File origin Born digital
Access conditions Open access
Terms of use
Created on 2018-05-29 11:26:03