Power System Analysis'deki Symmetrical Bileşenlere Giriş

Modern elektrik güç sistemleri, üç fazlı koşullarda, ancak yıldırım grevleri, ekipman hataları gibi gerçek dünya rahatsızlıkları ve operasyonları sıklıkla dengesiz devletlere tanıtmak için bir güç sistemi nasıl davranır.Bu olaylar sırasında bir güç sistemi güvenilirlik, güvenlik ve ekonomik verimlilik sağlamak için kritiktir. Symmetrical bileşenler - 1918 yılında Charles Legeyt Fortescue tarafından geliştirilen matematiksel dönüşüm - üç aşamalı olarak en güçlü ve kalıcı araçlardan biri olarak, hassas olmayan üç fazlı sistemlerle ilgili.

Bu makale, güç sistemi dinamik simülasyonlardaki simetrik bileşenlerin rolünü araştırıyor, hata analizi ve geçici stabilite çalışmaları modern koruma şemalarının tasarımıyla inceleyeceğiz.Temple yazılımında teorik temel, pratik uygulama ve uygulama, bu tekniğin artan yenilenebilir entegrasyon ve şebeke karmaşıklığı açısından sunmaya devam ettiği avantajları inceleyeceğiz.

Symmetrical Bileşenler Nedir?

Temel Kavram ve Matematiksel Tanımlama

Symmetrical bileşenler, üç fazlı bir sistemden (kesin veya mevcut) üç dengeli setlere ayrılır: KAYNAK:0) Olumlu-sequence) (her üç aşamadaki bir kural)[Dönemli-faz)[Dönemli-sahkadar-sahkahramanlık[Dönemli) ve 0°’ye göre, sıfır dönüşümler için eşit derecede sabit bir şekilde ve değişkenlik vardır.

[FONT:0]V012) = A) {0}|Dönetici: 9|)[Dönemli) .

Bu dekompozisyon, mühendislerin her bir sırayı bağımsız olarak analiz etmelerine izin verir, çünkü dizi ağlar dengeli sistemlerde ayrıştırılır.Agorif olmayan koşullar altında, dizi ağlar hata noktası ile bağlantılı hale gelir, hata akımlarının ve gerilimlerin basit bir hesaplamasına olanak sağlar.

Her Eşitlikteki Fiziksel Yorumlama

  • [FONT=0)Positive serisi:[Dönetici:[Dönetici:0) Tüm dönen makine (genatorlar ve motorlar) pozitif-sequence güç üretir ve ideal sabit devlet koşulları sırasında mevcut tek sıradır.
  • [FONT=0)Negative dizisi: [Dönetici: [Dönetici:0])Arises in unbalanced faults veya yük dengesizlikleri sırasındaki bir manyetik alan, jeneratör rotasyonu ile karşı karşıya, çift-freze akımlarını jeneratörlerde azaltmak, ısıtma ve mekanik strese neden olur.
  • [FONT=0)Zero serisi: [Dönemli veya zemin yolundaki akışlar. geri dönüş yolu (köpek veya tarafsız tel) gerektirir ve zemin hataları ve zemin rölelerinin çalışmasını analiz etmek için gereklidir.

Tarihsel Context ve Modern Relevance

Fortescue'nin yöntemi, elektrik şebekeleri hızla genişliyorken polifaz sistemlerindeki dengesiz koşulları analiz etmek için başlangıçta geliştirildi.Bugün, simetrik bileşenler dağıtım ve iletim ağlarında koruma programları için neredeyse her ticari güç sistemi simülasyonu ile ilgili olarak vazgeçilmezdir.

Power System Dynamic Simülasyonları'nda Uygulama

Dinamik simülasyonlar, güç sistemlerinin zaman alan yanıtını milisans'tan birkaç saniyeye kadar kalıcı hale getirmek için model yapar.Bu simülasyonlar jeneratörlerin elektromekanik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik dinamik simülasyonlar, eksasyon sistemleri, türbinler ve yükler. Symmetrical bileşenler, tüm sistemin tam üç fazlı gösterimini gerektirmeden bu simülasyonlar için kullanılır.

Hata Analizi

Bir hata gerçekleştiğinde – sistemin sıfır noktası, line-to-line, iki-line-tafak hatası – sistem dengesiz hale gelir. simetrik bileşenleri kullanarak, mühendisler sistem sıfır-bölge hataları ve gerilimleri temsil eden dizi ağları inşa edebilir ve hata konumundan görülen olumsuz-sequences.

Dinamik simülasyonlarda, hata başlatıcısı ve tespit, ağ topolojisini değiştiren olaylar olarak modellenir. Symmetrical bileşenler, simülasyonun dengeli bir ön-fault devletinden, öngörülemeyen bir hata durumuna geçiş yapmasına ve sonra gerçek zamanlı olarak jeneratörlerin ve kontrolörlerin yanıtını doğrularken geçerlidir.

Stability Studies

Transient stabilite çalışmaları, senkronizasyonlu jeneratörlerin büyük bir rahatsızlıktan sonra senkronizasyonda olup olmadığını değerlendirmektedir, bu tür bir devre kesici tarafından temizlenen bir hata gibi, dengesiz akımlar, dengesiz hataların -kesinlikle iyimser stabilite marjlarına yol açan basitleştirmeler.

Benzer şekilde, gerilim stabilitesi ve küçük imzalı stabilite analizleri, gerilim düzenleme ve reaktif güç akışı üzerindeki faz dengesizliklerini yakalamak için modellemeye olanak sağlar.For systems with significant single-fayajs (e.g., konut feeders), simetrik bileşenler, dinamik simülasyon araçlarına gerilim düzenleme ve reaktif güç akışı üzerindeki faz dengesizliğinin etkisini yakalamaya izin verir.

Koruma Sistemi Tasarımı ve Koordinasyon

Koruyucu röleler, hataları ve izole hataları tespit etmek için ölçümlenen akımları ve gerilimleri kullanır. rsimetrik bileşenlere dayanan rsimetrik sistemler tasarımı ağırlığa sahiptir:

  • [FONT=0)Excurrent röpekler:[Dönetici:[Dönetici:0)Excurrent röpektleri:[Dönemli röpekler:[Dönemli rödüştürler:[Dönemli)))))))))))))))))))))))))))))))
  • [FONT:0]Distance röleleri:[Dört: 1)) Doğru diziler için olumlu sonuçlar ve sıfır eşitsizlik için uygun bir şekilde telafi edilir.
  • [FONT:0)Differential röleler:[Dönetici:[Dönetici: 0) Transformer Eksileri, simetrik bileşenleri, inrush ve aşırı yükleme koşullarını ayırt etmek, güvenliği geliştirmek için kullanır.

simetrik bileşenler içeren dinamik simülasyonlar, gelişmekte olan hataları, aynı anda hataları ve kırık iletkenler gibi dizi hataları test etmek için mühendislere izin verir. Bu entegre yaklaşım, alanda mikoordinasyon ve nuisance gezisini azaltır.

Dinamik Simülasyonlar için Eşitlik Ağı Modelleme

Olumlu-Sequence Network

Dengeli koşullarda, pozitif eşitsizlik ağı, dinamik simülasyonlarda, her jeneratörün elektrik gücünü hesaplamak için kullanılır, ki bu ağ genellikle tüm birbirine bağlı sistemi kapsar.

Olumsuz-Sequence Network

Olumsuz eşitsizlik ağı, pozitif-sequence ağına sahip, ancak dönen makineler için farklı dürtüsel değerler ile (gative-sequence tepkisi, genellikle yanlış kodlanmış sistem parçası için etkilenen sistem kısmı için inşa edilir).

Zero-Sequence Network

Sıfır-sequence ağı, transformatör rüzgar bağlantıları, zeminleme şemaları ve iletim hatlarının fiziksel inşaatına bağlıdır: Anahtar modelleme yönleri şunları içerir:

  • [FONT:0)Transformer sıfır-sequence engellenme: [Dönetici: [Döntilmiş wye, delta, ungrounded wye). A delta rüzgarlı bloklar sıfır-sequence akım, sıfır noktalı bir ağ oluşturmak.
  • [FONT=0)Transmission line zero-sequence engellenme:[Dönetici: 0:0) Genellikle 2-4 kez sıfırın daha derin penetrasyonu nedeniyle pozitif-değerlik engellenmeleri zemine indirgenir. Ground tels azaltılır ve doğru hata çalışmaları için modellemeli olmalıdır.
  • [FONT:0)Generator zemining:[Dönetici:0) [Dönetici, direnici veya reaktif) sıfırın tespit edilen sıfırın tespit edilmesi, zemin hatalarının tespit edilmesi, ancak hassas sıfırın eşitsiz koruma yöntemi gerektirir.

Dinamik simülasyonlar sırasında, sıfır-sequence ağı, hata akımları tarafından enerjiktir ve bu da jeneratör terminal gerilimlerini etkiler ve dönüştürücü tarafsız akımları etkiler.Bu miktarlar otomatik gerilim düzenleyicileri ve güç sistemi stabilizatörler olarak kontrol modellerine geçer.

Sequence Networks for Fault types

simetrik bileşenlerin gücü, farklı hata türleri için basit bağlantı kurallarında yatıyor. Mühendisler genellikle kısa devre programlarında kullanılan "Fault Matrix" olarak onları ezberlemek için:

  • [FONT:0] Üç fazlı hata:[Dönetici:[Dönetici:0) Yalnızca pozitif-sequence ağına sahip olmak; negatif ve sıfır ağlar omed. Bu, dengeli bir hata ve en basit simüle etmek.
  • [FONT:0) Tek-line-to-ground hatası: Tüm üç dizi ağ, hata otobüsünde seriye bağlanır.
  • [FONT=0)Line-to-line hatası: Olumlu ve negatif dizi ağ paralel olarak bağlantılıdır; sıfır-sequence a açık. Hata şu anki büyüklüğü olumlu ve olumsuz dizi dürtülere bağlıdır.
  • [FONT:0] Çift-line-to-ground hatası: Tüm üç ağ hata otobüsünde paralel olarak bağlantılıdır. sıfır-sequence arsa geri dönüş yolunu içeriyor.

Dinamik simülasyonlarda, bu bağlantılar simülasyonun her zamanında tekrar hesaplanır ve EMTP'deki Dommel yöntemi gibi, dönen makinelerin ayırıcı denklemleriyle sorunsuz bir şekilde entegre edilir.

Transient Stability ve Machine Dynamics'teki Rol

Bu torklar, sabit olmayan hatalar sırasında üretilen negatif-değer akımları çift-freze (120 Hz için 60 Hz sistem için) torklar, makinenin temel torklara kıyasla daha doğru bir değerlendirme sağlar, ancak çok sayıda hata olayında önemli ısıtma ve mekanik yorgunluklara neden olabilir.

Ayrıca, sıfır eşdeğerlilik bileşeni, jeneratör adım yükleme dönüştürücü zemin hataları veya jeneratörün nötr bir zemine sahip olduğu zaman önemlidir. Dinamik simülasyonlar, sıfır-sequence gerilimlerinin eklenme sistemi üzerindeki etkisini ve alan akımı ve reaktif güç çıktısını incelemekte olan etkisini modelleyebilir.Bu detay seviyesi,% 100 Rotary zemin hatası koruma sistemleri ile çalışır.

Modern Simülasyon Araçları ile entegrasyon

Modern güç sistemi simülasyon platformları, dahil olmak üzere:0)PowerWorld), [[FONTD:2)1/2CAD) ve açık kaynak araçları [ENFLT:4)MP (Matpower'ın dizi analizi), simetrik bileşen analizi için özel modüller sunar.

  • Her bir bileşen için sıra dışı ve otomatik olarak sıra ağları birleştirin.
  • Birden çok otobüsle eşzamanlı hata hesaplamaları yapın.
  • Görselleştirme dizi akımları ve gerilimleri her iki fasor ve zaman-bölge formatlarında.
  • Elektromanyetik geçici (EMT) simülasyon ortamları, H999 dönüştürücüler ve rüzgar türbinleri gibi ayrıntılı güç elektronik modeller için bağlanır.

EMT simülasyonları ile simetrik bileşenler entegrasyonu özellikle bugün geçerlidir.In inverter tabanlı kaynaklar (solar, rüzgar, batarya depolama) proliferateji, hataları yanıtları senkronizasyon ve gerilim desteğinden önemli ölçüde farklılık gösterir. Symmetrical components, geleneksel ve dönüştürücü tabanlı kaynaklar arasındaki etkileşimi tanımlamak için ortak bir dil sunar.

Vaka Çalışması: Tek-Line-to-Ground Fault Çalışmasının Sonuçları

Bir kaynakla bir 115 kV iletim sistemi sağlam bir şekilde zemine bağlı bir dönüştürücü olarak düşünülür.Bir tek yönlü hata, A'nın evresinde bir hata meydana gelir.[Dönemli:0)Z = 0.1 + LOW=0)[D[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Düzücükler için geçerli olan 100 x = 10 x = 10 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

[FONT=0][FONT=[değiştir | kaynağı değiştir] [FONT=[değiştir | kaynağı değiştir] [FONT=[değiştir | kaynağı değiştir]

Dinamik bir simülasyonda, bu hesaplama her zaman tekrarlanır, hataları güncelleştirir ve yakındaki jeneratörlerin ortaya çıkan terminal gerilimlerini geliştirir. jeneratör otobüsündeki pozitif-sequence gerilimi azaltır, otomatik gerilim düzenleyicisine yol açar ve işletim süresi içinde iki frekans akımlarını etkiler.

Bu durum, elektromekanik dinamiklerle ilgili hataları hesaplamaları bağlantılayan simetrik bileşenlerin pratik faydalarını gösteriyor - büyük ölçekli sistemlerin hesaplama kısıtlamalarına tek başına mümkün olan bir şey.

Avantajları ve Sınırlamaları

Anahtar Avantajı

  • [FONT:0] Karmaşık dengesiz analizin basitleştirilmesi:[Dönetici: De, sistemin geri kalanı dengelendiği üç bağımsız tek fazlı ağa bölünür.
  • [FONT=0)Standartize hata hesaplamaları:[Döneticiler:[Döneticiler)[değiştir | kaynağı değiştirilenler, farklı simülasyon platformlarında karşılaştırmaya olanak sağlayan evrensel olarak anlaşılmıştır.
  • [FONT:0)C ⁇ verimliliği: [Dönetici için, büyük güç sistemleri için, sadece pozitif eşitlik ağının dinamik olarak çözülmesi gerekiyor; negatif ve sıfır diziler her adımda cebirsel olarak çözülür.
  • [[Düzg:0) Koruma tasarımı açıklığı:[Döneticileri genellikle dizi miktarlar açısından tanımlanır, tasarım sürecini doğrudan simülasyon analizi ile uyumlu hale getirir.

Sınırlamalar

  • [FONT=0] Lineerity'nin varsayımı:[Dönetici:[Dönetici:0)[Dönetici:0)[Dönetici:0)))Sequence ağları, hatadan yana lineer olmayan sistem bileşenleri varsayılır. dönüştürücü, koroner, veya frekans bağımlı çizgi modelleri ayrı tedavi gerektirir.
  • [FONT:0]Difficulty with series faults:) Açık-conductor veya seri hataları, bağlantı kurallarına değişiklikler gerektirir ve standart dinamik simülasyon araçlarında daha az yaygın olarak uygulanır.
  • [FONT:0) Yüksek eksenli hataların doğrulanması: [Döntilmiş 1] Hata direnci çok yüksek olduğunda, dizi ağları ayrıntılı ark modellerini gerektiren doğrusal olmayan ark özelliklerini doğru şekilde temsil edemez.
  • [FONT:0) Yönelme tabanlı kaynaklarla Bölüm: Modern inverterler genellikle negatif eşit akımları veya sıfır-değer bileşenleri enjekte eden kontrol stratejileri kullanır, pasif dizi ağı varsayımını kırın.

Güç sistemleri daha karmaşıklığa doğru geliştikçe, simetrik bileşenlerin rolü genişliyor. Araştırmacılar mikrogridlerin simülasyonuna, dağıtım sistemlerinin geniş çaplı ölçüm verileri kullanarak hata senaryolarını değerlendirmelerini sağlarlar.

Başka bir sınır, simetrik bileşenlerin fasor ölçüm birimleri ile entegrasyonudur (PMU) PMU verileri, mevcut sistem koşullarına dayanan şifreleme ayarlarını sağlayan olumlu, negatif ve sıfır eşitsizlik phasorslarını sağlar.

Fortescue'nin teoremi yaşına rağmen, simetrik bileşenler değerini kanıtlamak için devam eder. Sürekli devlet hataları ve zaman alanı dinamik simülasyonları arasındaki boşluğu köprüler, hangi mühendislerden oluşan bir lens sunuyor.

Ayrıca okuma

  • [03.2016] [FONT=C3.010-2016 - AC High-Voltage Devre Breakers için Uygulama Kılavuzu[[Dönetici: 2016) (IEEE, 2016) hata hesaplamaları ve kırıcı derecelendirmelerde simetrik bileşen uygulamaları hakkında kapsamlı bir rehberlik sağlar.
  • [FONT:0)NREL Sistem Danışmanı Modeli (SAM)) - Yenilenebilir enerji sistemlerinin ağ entegrasyonu çalışmaları için simetrik bileşen modellemesini içerir.
  • [FONT=0)J.D. Glover, M.S. Sarma, ve T.J. Overbye, 03.D.NT.D.[D. Glover, M.S. Sarma, and T.J. Overbye, 03.D.)
  • [FONTD:0] Power Systems Engineering için asimetrik bileşenler), J.L. Blackburn (CRC Press, 1993) – Her iki teori ve pratik uygulamaları kapsayan özel bir referans.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Symmetrical bileşenler sadece lineer cebinde teorik bir egzersiz değildir; bunlar, seri ayrıştırıcıların analizi ve simülasyonunu ele alan pratik, alan destekli metodolojidir, transformatörlerin, hatların ve yüklerin bozulması ve veri toplama sonuçları, simetrik bileşenler, mühendislerin dekompozisyona zorlanabilir parçalara geçiş yapabilmelerini sağlar.

Simülasyon araçlarının sürekli gelişimi, PMU'lardan ve dönüştürücü kontrolörlerden gelen veri erişilebilirliği ile birlikte, simetrik bileşenlerin önümüzdeki on yıllar boyunca güç sisteminin temel taşı olarak kalacağını garanti eder.