MODELLING OF ASYMMETRICAL DYNAMICAL MODES OF THREE-PHASE TRANSFORMER
Keywords:
mathematical model, transformer, transient process, asymmetry, short-circuit, phase failure.Abstract
The paper analyses the aspects of the need to research the dynamic modes of transformers, which are the most important element of power grids. The types of mathematical models that are used to research the dynamic modes of transformers are considered. Arguments in favour of 3-axial mathematical models are presented, which have wider possibilities for modelling various operating modes. The paper aims to determine a universal variant of a mathematical model suitable for studying asymmetric operating modes of a transformer. The paper proposes a variant of a 3-axial mathematical model based on a generalized electric machine model. A modernized variant of the model was used, which takes into account the power losses in the magnetic core. To be able to model asymmetric modes with its help, a phase-by-phase separation of parameters was performed and the corresponding calculated coefficients were introduced. The equations of currents are presented taking into account the phase-by-phase separation of their parameters. For the proposed model, transients for one symmetric (switching on the transformer at full load) and two asymmetric (switching on when a short circuit in one phase and switching on when phase failure) modes were calculated. As sources of asymmetry, the accidents in the secondary circuit of the transformer were considered. Modelling was performed on alternating current. The analysis of the obtained curves showed that the proposed model and methods of its application make it possible to adequately model a wide spectrum of dynamic modes of a transformer without the need to use the decomposition of asymmetric systems of quantities into a set of symmetric components, which essentially simplifies the modelling process. The analysis of asymmetric modes showed that they are characterized by an asymmetry of the transformer currents in amplitude and angle, and in the case of a phase failure, a significant difference in the pattern of currents in the primary and secondary windings is observed.
References
Kimstach, O.Yu. Definition of Optimal Structure of Power Network // Problemele energeticii region-ale, 2019, 1 (39), pp. 22–33. doi: http://doi.org/10.5281/zenodo.2650415
Faraj, M.A., Mousa, S.K., Shuaieb, W.S., Rifai, D., Ali, K., Abdalla, A.N. Power Transformer Modelling Based on Vector Fitting Method // IJESC, March 2020. Vol. 10. Issue No. 3, pp. 24798-24803.
Yasid N.F.M., Alawady A.A., Yousof M.F.M., Talib M.A., Kamarudin M.S. The Effect of short circuit fault in three-phase core-typed transformer // International Journal of Power Electronics and Drive System (IJPEDS). Vol. 11, No. 1, March 2020, pp. 409–416. doi: 10.11591/ijpeds.v11.i1.pp409-416
Septiawan H. Pre-energize Analysis on 3 Phase Transformer by Considering Each Phase Flux // JAREE-Journal on Advance Research in Electrical Engineering. Volume3, Number 2, October 2019, pp. 135-139. doi: https://doi.org/10.12962/j25796216.v3.i2.90
Кімстач О.Ю., Жежело А.О., Агафонов О.В. Коротке замкнення між витками обмоток трансфор-матора // Актуальные научные исследования в современном мире. Журнал – Переяслав-Хмельницкий, 2019. – Вып. 6(50), ч. 6 – С. 29-34.
Копылов И.П. Математическое моделирование электрических машин / М.: Высш. шк., 2001. – 327 с.
Bulucea C.A., Nicola D.A., Mastorakis N.E., Bulucea C.A. Three-phase power transformer modelling in AC/DC traction substations // MATEC Web of Conferences CSCC 2019. Volume 292 (2019) 01006. doi: https://doi.org/10.1051/matecconf/201929201006
Попов Г.В., Тихонов А.И., Климов Д.В. Математическая модель динамических режимов работы трансформатора на основе расчетов магнитного поля методом конечных элементов // Вестник ИГЭУ. – Вып. 3. – 2007. – С. 11-15.
Однокопылов Г.И., Брагин А.Д. Математическая модель асинхронного двигателя в неполнофаз-ном режиме работы // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георе-сурсов, 2013. № 323 (4). С. 133–137.
Коршунов А. Математическая модель асинхронного трехфазного двигателя с фазным ротором, не использующая понятие вращающегося магнитного поля // Силовая электроника, 2019. № 6. С. 12–19.
Новаш И.В., Румянцев Ю.В. Расчет параметров модели трехфазного трансформатора из биб-лиотеки MatLab-Simulink с учетом насыщения магнитопровода // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. №1. С. 12-24.
Мартынов В.А., Голубев А.Н., Евдаков А.Е. Анализ динамических режимов работы трехфазных трехстержневых трансформаторов в пакете Matlab // Вестник ИГЭУ. 2016. №4. С. 11-18.
Кузнецов В.В., Каланчин Д.Ю., Антонов Д.Б., Низовой А.Н. Моделирование электромагнитных переходных процессов в сетях с трехфазными силовыми трансформаторами // Вестник ВГТУ. 2011. Том 7, №1. С. 63-65.
Кімстач О.Ю., Загурський В.О. Урахування магнітних втрат потужності при моделюванні пере-хідних процесів у трансформаторах // Вісник Херсонського національного технічного універси-тету. – Херсон: ХНТУ, 2018. – Вип. 2 (65) – С. 182-189.
Пустоветов М.Ю. Математическая модель трехфазного трансформатора // Известия Томского политехнического университета. – Т. 321. № 4. – 2012. – С. 97-100.
Гусев, А.С., Свечкарев, С.В., Плодистый, И.Л. Универсальная математическая модель силовых трехфазных трансформаторов и автотрансформаторов // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 2007. № 311 (4), С. 77–81.
