Pages Navigation Menu
Submit scientific paper, scientific publications, International Research Journal | Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal

ISSN 2227-6017 (ONLINE), ISSN 2303-9868 (PRINT), DOI: 10.18454/IRJ.2227-6017
ЭЛ № ФС 77 - 80772, 16+

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2021.106.4.007

Download PDF ( ) Pages: 41-50 Issue: № 4 (106) Part 1 () Search in Google Scholar
Cite

Cite


Copy the reference manually or choose one of the links to import the data to Bibliography manager
Astashev M.G. et al. "OPERATING SEMICONDUCTOR VOLTAGE REGULATORS OF TRANSFORMERS UNDER 6-10 KV LOAD IN POWER DISTRIBUTION NETWORKS". Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal (International Research Journal) № 4 (106) Part 1, (2021): 41. Mon. 03. May. 2021.
Astashev, M.G., & Panfilov, D.I., & Gorchakov, A.V., & Krasnoperov, R.N., & Rashitov, P.A. (2021). UPRAVLENIE POLUPROVODNIKOVYMI REGULYATORAMI NAPRYAGHENIYA TRANSFORMATOROV POD NAGRUZKOY V RASPREDELITELYNYH SETYAH 6-10 KV [OPERATING SEMICONDUCTOR VOLTAGE REGULATORS OF TRANSFORMERS UNDER 6-10 KV LOAD IN POWER DISTRIBUTION NETWORKS]. Meždunarodnyj naučno-issledovatel’skij žurnal, № 4 (106) Part 1, 41-50. http://dx.doi.org/10.23670/IRJ.2021.106.4.007
Astashev M. G. OPERATING SEMICONDUCTOR VOLTAGE REGULATORS OF TRANSFORMERS UNDER 6-10 KV LOAD IN POWER DISTRIBUTION NETWORKS / M. G. Astashev, D. I. Panfilov, A. V. Gorchakov и др. // Mezhdunarodnyj nauchno-issledovatel'skij zhurnal. — 2021. — № 4 (106) Part 1. — С. 41—50. doi: 10.23670/IRJ.2021.106.4.007

Import


OPERATING SEMICONDUCTOR VOLTAGE REGULATORS OF TRANSFORMERS UNDER 6-10 KV LOAD IN POWER DISTRIBUTION NETWORKS

УПРАВЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ РЕГУЛЯТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРОВ ПОД НАГРУЗКОЙ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ 6-10 КВ

Научная статья

Асташев М.Г.1, Панфилов Д.И.2, Горчаков А.В.3, Красноперов Р.Н.4, Рашитов П.А.5, *

1-5 Национальный исследовательский университет «Московский энергетический институт», Москва, Россия

* Корреспондирующий автор (rashitov333[at]mail.ru)

Аннотация

В статье описываются подходы к осуществлению управления инновационными устройствами – полупроводниковыми устройствами регулирования напряжения трансформаторов под нагрузкой (ПУРНТ) в распределительных сетях 6-10 кВ. Использование ПУРНТ позволяет решить одну из важнейших задач в рамках нормализации режимов работы распределительных электрических сетей, а именно – стабилизировать напряжение в сетях 0,4 кВ в темпе процесса в соответствии с требованиями ГОСТ 32144. Кроме быстродействия, в качестве преимуществ использования ПУРНТ можно выделить возможность их функционирования в автоматическом режиме, реализацию обмена данными с системой управления верхнего уровня по стандартам МЭК 61850 и МЭК 60870-5-104, что позволяет осуществлять интеграцию ПУРНТ в качестве интеллектуального устройства управления электрическими сетями в состав цифровой трансформаторной подстанции 6-10/0,4 кВ активно-адаптивных сетей 6-10 кВ. При этом, схемотехнические решения по построению ПУРНТ предусматривают возможность их подключения к стандартным регулировочным ответвлениям серийно выпускаемых сухих силовых трансформаторов класса 6-10/0,4 кВ, что дает возможность дооснащения уже действующих на территории России цифровых трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ в составе активно-адаптивных сетей 6-10 кВ.

Ключевые слова: алгоритмы управления, система управления, полупроводниковые регуляторы напряжения, регулирование напряжения под нагрузкой, силовой трансформатор, распределительные электрические сети, экспериментальные исследования, различный характер нагрузок.

OPERATING SEMICONDUCTOR VOLTAGE REGULATORS OF TRANSFORMERS
UNDER 6-10 KV LOAD IN POWER DISTRIBUTION NETWORKS

Research article

Astashev M.G.1, Panfilov D.I.2, Gorchakov A.V.3, Krasnoperov R.N.4, Rashitov P.A.5, *

1-5 National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Moscow, Russia

* Corresponding author (rashitov333[at]mail.ru)

Abstract

The article describes approaches to the implementation of control of innovative semiconductor devices for regulating the voltage of transformers under load (SDRVT) in 6-10 kV distribution networks. The use of SDRVT helps solve one of the most important tasks in the normalization of the operating modes of distribution electric networks, namely, to stabilize the voltage in the 0.4 kV networks at the rate of the process in accordance with the GOST 32144 requirements. In addition to the high speed, the advantages of using SDRVT include an automatic mode, the implementation of data exchange with the upper-level control system according to IEC 61850 and IEC 60870-5-104 standards, which allows the integration of SDRVT as an intelligent control device for power networks into the 6-10/0.4 kV digital transformer substation of 6-10 kV active-adaptive networks. At the same time, the circuit design solutions for the construction of the SDRVT provide for the possibility of connecting them to the standard control branches of commercially produced dry-type 6-10/0.4 kV transformers, which makes it possible to retrofit the 6-10/0.4 kV digital transformer substations already operating in Russia as part of 6-10 kV active-adaptive networks.

Keywords: Control algorithms, control system, semiconductor voltage regulators, voltage regulation under load, power transformer, distribution electrical networks, experimental studies, various types of loads.

Введение

В распределительных электрических сетях на сегодняшний день существует проблема обеспечения качества электроэнергии у потребителей электрической энергии. Отклонение напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии является одним из наиболее существенных показателей качества электрической энергии и нормируется ГОСТ 32144 [1].

Для повышения качества электроэнергии путем снижения отклонения напряжения электропитания в точке передачи электрической энергии существует ряд технологий регулирования напряжения в распределительных сетях. На сегодняшний день имеющиеся технологии регулирования напряжения в распределительных сетях: регулирование под нагрузкой (РПН) в центрах питания и сезонное регулирование с переключением без возбуждения (ПБВ), не удовлетворяют современным тенденциям развития активно-адаптивных сетей, а именно, требованиям регулирования напряжения в темпе процесса [1], [2].

В настоящее время разрабатываются новые технологии регулирования напряжения с использованием полупроводниковых устройств регулирования выходного напряжения трансформаторов под нагрузкой (ПУРНТ) на уровне трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ в активно-адаптивных распределительных сетях [3]. В качестве надежных полупроводниковых силовых вентилей в ПУРНТ могут применяться тиристоры за счет своей высокой перегрузочной способности и отсутствия ограничения на количество переключений. Cиловая часть ПУРНТ схемотехнически реализуется на основе тиристоров и представляет собой тиристорный коммутатор. Тиристорный коммутатор ПУРНТ подключается к стандартным регулировочным ответвлениям серийно выпускаемых сухих силовых трансформаторов класса 6-10/0,4 кВ. Упрощенная схема подключения ПУРНТ к трансформаторам класса 6-10/0,4 кВ на подстанциях приведена на рисунке 1а. Схемотехнические решения по построению тиристорного коммутатора ПУРНТ могут обеспечивать высокое быстродействие переключения (порядка 10-20 мс), регулирование напряжения в условиях динамически изменяемых нагрузок [4], [5].

Один из вариантов схемотехнической реализации фазы тиристорного коммутатора ПУРНТ приведен на рисунке 1б.

 

03-05-2021 15-22-20

Рис. 1 – Схемы:

а) подключения ПУРНТ к трансформаторам 6-10/0,4 кВ;

б) подключения фазы тиристорного коммутатора ПУРНТ к регулировочным ответвлениям обмотки ВН сухого силового трансформатора

 

Тиристорный коммутатор выполнен на основе двунаправленных тиристорных ключей (ДТК) VS1–VS6, подключенных последовательно к регулировочным ответвлениям 1-6 сухого силового трансформатора с расщепленной обмоткой высокого напряжения (ВН) [6]. При этом, ДТК VS1-VS3 образуют одну вентильную группу, а ДТК VS4-VS6 – другую вентильную группу. Уровни регулирования напряжения обмотки НН в зависимости от комбинации проводящих ДТК приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Уровни регулирования напряжения обмотки НН в зависимости от комбинации проводящих ДТК

Номер ступени регулирования

напряжения

Изменение напряжения обмотки НН, относительно номинального, % Комбинация проводящих ДТК
1 -5 VS3-VS4
2 -2,5 VS2-VS4 илиVS3-VS5
3 0 VS2-VS5 или VS1-VS4 или VS3-VS6
4 +2,5 VS1-VS5 или VS2-VS6
5 +5 VS1-VS6

 

 

ПУРНТ дополнительно оснащен силовым контактором КМ1 с нормально замкнутыми контактами [7], [8]. Силовой контактор обеспечивает наличие контура протекания тока в обмотке ВН в момент подключения силового трансформатора с ПУРНТ к распределительной сети 6-10 кВ, когда тиристорный коммутатор ПУРНТ находятся в выключенном состоянии. Включение тиристорного коммутатора ПУРНТ начинается с включения ДТК, шунтирующих контактор КМ1, после чего система управления формирует сигнал управления для размыкания контактов контактора КМ1.

Максимальное напряжение между регулировочными ответвлениями 2-1 не превышает 10% от номинального напряжения обмотки ВН (рисунок 1б). Таким образом, независимо от того, выключен тиристорный коммутатор ПУРНТ или он находится в установившемся режиме работы, при наличии напряжения на обмотке ВН максимальное обратное напряжение на каждом из двух подключенных последовательно ДТК составляет не более 5% от номинального напряжения обмотки ВН. Благодаря этому, предлагаемое схемотехническое решение тиристорного коммутатора ПУРНТ позволяет использовать тиристоры более низкого класса по напряжению относительно напряжения распределительной сети 6-10 кВ [9]. Применение тиристоров пониженного класса по напряжению требует обеспечения надежных процессов коммутации ДТК тиристорного коммутатора ПУРНТ, которые могут быть обеспечены за счет реализации системой управления соответствующих алгоритмов управления тиристорным коммутатором ПУРНТ.

Таким образом, актуальной является задача определения надежных алгоритмов управления тиристорным коммутатором ПУРНТ. Реализация надежных алгоритмов управления тиристорным коммутатором ПУРНТ должна обеспечиваться с помощью системы управления, которая дополнительно позволяет осуществлять интеграцию ПУРНТ в состав активно-адаптивных распределительных сетей класса 6-10 кВ.

Алгоритмы управления тиристорным коммутатором ПУРНТ

Существуют два подхода к управлению состоянием ДТК: повентильное и поключевое управление. Поключевое управление обладает рядом преимуществ [12], определяющих его, как наиболее подходящее для практической реализации надежной работы тиристорного коммутатора ПУРНТ. Поключевое управление ДТК может быть реализовано с помощью двух основных алгоритмов управления тиристорным коммутатором ПУРНТ:

  • Переключение ДТК при нулевом значении тока;
  • Переключение ДТК путем приложения обратного напряжения на определенных (разрешенных) временных интервалах.

Для реализации управления ДТК с помощью алгоритма переключения при нулевом значении тока сначала снимают сигналы управления с включенного ДТК, а в момент достижения нулевого значения тока тиристорного коммутатора ПУРНТ подают сигнал управления для включения нового требуемого ДТК. При этом, форма тока тиристорного коммутатора ПУРНТ совпадает с формой тока обмотки НН. Временные диаграммы тока и напряжения активно-индуктивной нагрузки при переключении в момент нуля тока t* показаны на рисунке 2а.

 

03-05-2021 15-23-08

Рис. 2 – Временные диаграммы при переключении ДТК в нуле тока:

а) без временной задержки подачи сигналов управления; б) с временной задержкой подачи сигналов управления

 

На практике, после выключения тиристоров соответствующего ДТК в момент нуля тока t** (рисунок 2б), необходимо выдерживать время восстановления выключаемых тиристоров (порядка 1мс) перед подачей сигнала управления на тиристоры нового включаемого ДТК. В случае, если время восстановления не выдержано, возникает короткое замыкание (КЗ) в коммутируемой вентильной группе. Например, в случае если выключается ДТК VS3, а включается ДТК VS2 (рисунок 1б), может возникнуть ток КЗ через ДТК VS3, VS2, а также через витки обмотки ВН трансформатора между регулировочными ответвлениями 4 и 6. Таким образом, для восстановления запирающих свойств тиристоров выключаемого ДТК, сигнал управления подается на включаемый ДТК не в момент нуля тока t** (рисунок 2б), а с небольшой временной задержкой. Вследствие этого, включенные ДТК запираются, происходит прерывание тока в обмотке ВН и прерывание напряжения на обмотке НН, что приводит к возникновению переходного процесса и снижению качества электрической энергии, поставляемой потребителю. При этом, ко всем ДТК тиристорного коммутатора ПУРНТ прикладывается напряжение питающей сети 6-10 кВ, что приводит к пробою ДТК при использовании тиристоров пониженного класса по напряжению.

Таким образом, использование алгоритма переключения ДТК при нулевом значении тока и наличии временной задержки в подаче сигналов управления, приводит к выходу из строя всего тиристорного коммутатора ПУРНТ в случае применения тиристоров пониженного класса по напряжению. Соответственно, алгоритм переключения ДТК при нулевом значении тока не обеспечивает надежного процесса коммутации ДТК тиристорного коммутатора ПУРНТ.

Альтернативным вариантом по управлению тиристорным коммутатором ПУРНТ является алгоритм переключения ДТК путем приложения обратного напряжения на определенных (разрешенных) временных интервалах. Суть данного алгоритма управления тиристорным коммутатором ПУРНТ поясняется рисунками 3-4, на которых приведены временные диаграммы токов и напряжений ДТК и обмотки НН при различном характере нагрузки, а также сигналов управления ДТК при понижении и повышении напряжения на обмотке НН.

Процесс смены состояния тиристорного коммутатора ПУРНТ включает в себя необходимость коммутации ДТК либо одной вентильной группы, либо обеих вентильных групп. Одновременная коммутация обеих вентильных групп приводит к увеличению скорости изменения тока тиристорного коммутатора ПУРНТ и напряжения обмотки НН, что увеличивает амплитуду перенапряжения обмотки НН при переходном процессе, вызванном коммутацией ДТК. В случае необходимости коммутации обеих вентильных групп, с целью обеспечения надежной работы тиристорного коммутатора ПУРНТ и снижения амплитуды перенапряжения обмотки НН при переходном процессе, процесс коммутации ДТК осуществляют последовательно: сначала коммутируют ДТК одной вентильной группы, а затем – другой. Таким образом, такой подход реализует надежную коммутацию ДТК всего тиристорного коммутатора ПУРНТ.

При необходимости изменения напряжения обмотки НН при активно-индуктивном/индуктивном характере нагрузки (рисунок 3а) или при активно-емкостном/емкостном характере нагрузки (рисунок 3б), коммутация ДТК реализуется системой управления ПУРНТ на различных временных интервалах, в зависимости от того, необходимо повышать или понижать напряжение обмотки НН [13]. В случае необходимости понижения коммутация осуществляется при разных знаках мгновенных значений тока и напряжения обмотки НН. При этом, в моменты времени t1 и t3 происходит снятие импульсов управления с включенных ДТК вентильных групп, а в моменты времени t2 и t4 подаются импульсы управления на новые включаемые ДТК вентильных групп (рисунки 3а, 3б). В случае необходимости повышения напряжения обмотки НН, коммутация ДТК реализуется системой управления ПУРНТ на временных интервалах при одинаковых знаках мгновенных значений тока и напряжения обмотки НН. При этом в моменты времени t5 и t7 происходит снятие импульсов управления с включенных ДТК вентильных групп, а в моменты времени t6 и t8 подаются импульсы управления на новые включаемые ДТК вентильных групп (рисунки 3а, 3б).

m_merged53

Рис. 3 – Временные диаграммы тока, напряжения обмотки НН и управляющих сигналов и токов ДТК при:

а) активно-индуктивном/индуктивном характере нагрузки; б) активно-емкостном/емкостном характере нагрузки

 

При активной нагрузке токи и напряжения на всех временных интервалах совпадают по знаку, что, при необходимости повышения напряжения обмотки НН, позволяет применять алгоритм с использованием запирания ДТК путем приложения обратного напряжения к соответствующим тиристорам на разрешенных временных интервалах (рисунок 4).

Однако, при необходимости понижения напряжения обмотки НН в случае активной нагрузки, временной интервал, при котором обеспечивается приложение обратного напряжения к запираемому ДТК, отсутствует, что не позволяет применять алгоритм с использованием запирания ДТК путем приложения обратного напряжения к соответствующим тиристорам на разрешенных временных интервалах.

m_merged85

Рис. 4 – Временные диаграммы тока, напряжения обмотки НН и управляющих сигналов и токов ДТК при активном характере нагрузки

 

В случае необходимости понижения напряжения обмотки НН переключение ДТК обеих вентильных групп реализуется при одинаковых знаках мгновенных значений тока и напряжения обмотки НН. При переключениях ДТК вентильных групп в коммутируемых ДТК возникает ток короткого замыкания, величину которого можно контролировать. Длительность тока КЗ определяется временным интервалом между моментом включения коммутируемого ДТК и нулевым значением тока питающей сети 6-10 кВ. Амплитуда тока КЗ определяется мгновенным значением напряжения питающей сети 6-10 кВ в момент возникновения тока КЗ и величиной индуктивности рассеяния двух регулировочных ответвлений силового трансформатора, к которым подключены проводящие ток КЗ ДТК [14]. Исходя из этого, включение требуемого ДТК следует производить как можно ближе к нулевому значению напряжения обмотки ВН, что позволит снизить длительность тока КЗ и его амплитуду до минимальных значений.

Предлагаемые алгоритмы позволяют обеспечивать надежные процессы коммутации ДТК при различных характерах нагрузки, не оказывая негативного влияния на качество электрической энергии у потребителей.

Система управления ПУРНТ

Работа ПУРНТ в составе активно-адаптивных распределительных сетей регламентируется стандартами, предъявляющими требования к автоматической работе устройств силовой электроники в составе активно-адаптивных распределительных сетей 6-10 кВ [15]. Для удовлетворения требований соответствующих стандартов, наряду с реализацией алгоритмов управления тиристорным коммутатором ПУРНТ, система управления ПУРНТ должна обеспечивать реализацию следующих функций:

  • Мониторинг режимов работы электрических сетей 6-10 и 0,4 кВ и тиристорного коммутатора ПУРНТ;
  • Диагностика состояний ДТК тиристорного коммутатора ПУРНТ;
  • Реализация смены состояний ДТК в соответствии с алгоритмами надежного переключения при различных характерах нагрузки в электрической распределительной сети 0,4 кВ;
  • Интеграция в состав цифровой трансформаторной подстанции, подключаемой к активно-адаптивной сети 6-10 кВ, с учетом реализации обмена данных с оператором по внешним интерфейсам, в том числе реализация обмена данных с АСУ ТП по протоколам МЭК 61850, МЭК 60870-5-104;
  • Обеспечение автоматического, дистанционного и местного управления ПУРНТ;
  • Обеспечение режима стабилизации напряжения распределительной сети 0,4 кВ в автоматическом режиме;
  • Обеспечение защиты, сигнализации и индикации при возникновении аварийных режимов работы электрических сетей 6-10 и 0,4кВ и ПУРНТ.

Для реализации выше указанных функций предлагается один из вариантов структуры системы управления ПУРНТ, представленный на рисунке 5.

03-05-2021 15-26-12

Рис. 5 – Внутренняя структура системы управления ПУРНТ,
работающего в распределительной активно-адаптивной электрической сети

 

Система управления содержит следующие внутренние функциональные блоки: блок внешних интерфейсов и связи с АСУ ТП, блок мониторинга, блок диагностики, блок расчета и задания режима работы ПУРНТ, блок управления тиристорным коммутатором ПУРНТ.

Задание выходного напряжения трансформатора в составе трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ либо запрос данных о текущем режиме работы поступает от оператора или от АСУ ТП на блок внешних интерфейсов и связи с АСУ ТП системы управления ПУРНТ. В случае задания нового выходного напряжения трансформатора, система управления ПУРНТ должна скорректировать управляющее воздействие на тиристорный коммутатор ПУРНТ. В случае, если на систему управления поступает запрос данных, она осуществляет их передачу на внешний графический интерфейс оператора и в АСУ ТП.

Блок мониторинга осуществляет прием и обработку мгновенных значений от датчиков тока и напряжения на стороне НН и стороне ВН трансформатора, осуществляет расчет действующих значений тока и напряжения, мощностей. Также блок мониторинга осуществляет сравнение рассчитанных величин с уставками, определяющими возникновение аварийной ситуации. Блок диагностики осуществляет прием данных о состоянии тиристорного коммутатора, определяет его состояние и сигнализирует в случае выхода из строя. Данные с блоков мониторинга и диагностики собираются в блоке расчета и задания режима работы ПУРНТ. Также на него передаются из блока внешних интерфейсов и связи с АСУ ТП параметры требуемого режима работы. Блок расчета и задания режима работы ПУРНТ обрабатывает поступающие на него данные и передает на блок управления тиристорным коммутатором ПУРНТ требуемую к установке новую ступень регулирования. На основании текущей и требуемой к установке ступени регулирования, а также мгновенных значений тока и напряжения обмотки ВН силового трансформатора, блок управления тиристорным коммутатором ПУРНТ осуществляет выбор алгоритма управления тиристорным коммутатором и формирует на ДТК управляющие воздействия, согласно выбранному алгоритму.

Предлагаемая внутренняя структура системы управления ПУРНТ обеспечивает реализацию надежных алгоритмов управления тиристорным коммутатором ПУРНТ и функционал, позволяющий интегрировать ПУРНТ в состав активно-адаптивных распределительных сетей класса 6-10 кВ.

Физическая модель ПУРНТ. Результаты экспериментальных исследований

Для подтверждения работоспособности алгоритмов управления была изготовлена физическая модель ПУРНТ (рисунок 6), включающая в себя систему управления ПУРНТ, силовые модули тиристорного коммутатора ПУРНТ (построены по схеме рисунка 1б) и силовой ввод для подключения силовых модулей к силовому трансформатору. Проведены экспериментальные исследования физической модели ПУРНТ при подключении к трансформатору класса 10/0,4 кВ, суммарной мощности нагрузки 250 кВА и различных характерах нагрузок.

03-05-2021 15-27-00

Рис. 6 – Физическая модель ПУРНТ

 

Физическая модель ПУРНТ предназначена для работы с серийно выпускаемыми сухими силовыми трансформаторами мощностью 250 кВА. Система управления физической модели ПУРНТ включает в себя локальные системы управления для каждой из фаз и центральную систему управления, реализует функции управления тиристорного коммутатора, его диагностики, мониторинга физических параметров распределительных сетей, защиты от аварий и реализации цифровых интерфейсов стандартов МЭК 61850, МЭК 60870-5-104. Поддержка системой управления, реализуемой в соответствии со структурой, представленной на рисунке 5, стандартов протокола передачи данных МЭК 61850 позволяет интегрировать ПУРНТ в современные цифровые подстанции нового поколения, активно-адаптивные распределительные сети класса 6-10 кВ и позволяет осуществлять дистанционное управление ПУРНТ в режиме реального времени, которое может быть организовано как под управлением внешнего оператора с учетом режимов работы нагрузки, так и автоматически при подключении к системе управления цифровой подстанции.

Результаты экспериментальных исследований работы тиристорного коммутатора физической модели ПУРНТ с СУ для различного характера нагрузок представлены на рисунке 7.

 

03-05-2021 15-27-13

Рис. 7 – Осциллограммы, полученные при экспериментальном исследовании физической модели ПУРНТ при:

а) активном характере нагрузки; б) индуктивном характере нагрузки

В указанные моменты времени t1*, t2* для различного характера нагрузок происходит коммутация тока обмотки ВН в соответствующей вентильной группе. Отсутствие прерывания тока в тиристорном коммутаторе ПУРНТ и напряжения обмотки НН при коммутациях свидетельствуют о работоспособности системы управления ПУРНТ с предлагаемыми алгоритмами управления тиристорного коммутатора ПУРНТ при различных характерах нагрузки.

Таким образом, представленные результаты экспериментальных исследований для различного характера нагрузок подтвердили работоспособность физической модели ПУРНТ и ее системы управления, а также эффективность работы реализованных алгоритмов управления тиристорным коммутатором ПУРНТ.

Выводы

Сравнительный анализ алгоритмов управления ДТК показал, что с целью повышения надежности тиристорного коммутатора ПУРНТ и возможности использования ДТК с тиристорами пониженного класса по напряжению, необходимо использовать следующие алгоритмы переключения ДТК тиристорного коммутатора ПУРНТ: переключение ДТК путем приложения обратного напряжения на определенных (разрешенных) временных интервалах, а в случае активной нагрузки алгоритм переключения при одинаковых знаках токов и напряжений ДТК с контролируемым током КЗ.

С целью реализации алгоритмов управления состоянием ДТК тиристорного коммутатора ПУРНТ, а также интеграции ПУРНТ в состав активно-адаптивных распределительных сетей класса 6-10 кВ, разработана внутренняя структура системы управления ПУРНТ.

Изготовлена физическая модель ПУРНТ и ее система управления. Проведены экспериментальные исследования работы физической модели ПУРНТ с трансформатором 10/0,4 кВ в составе электрической сети 10 кВ при различных характерах нагрузки. Результаты экспериментальных исследований, приведенных в статье, подтверждают:

  • применимость предлагаемых алгоритмов управления тиристорным коммутатором ПУРНТ, обеспечивающих надежное быстродействующее регулирование выходного напряжения силовых трансформаторов без прерывания напряжения потребителей в условиях динамически изменяемых нагрузок распределительной сети 0,4 кВ;
  • возможность интеграции ПУРНТ с системой управления, построенной по предлагаемой внутренней структуре, в состав активно-адаптивных распределительных электрических сетей.
Финансирование

Представленные результаты достигнуты в рамках реализации проекта с использованием мер государственной поддержки развития кооперации российских образовательных организаций высшего образования, государственных научных учреждений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства, предусмотренных постановлением Правительства Российской Федерации № 218 от 9 апреля 2010 г. Исследования и разработки выполнены коллективом в составе АО ВО «Электроаппарат», НИУ «МЭИ», АО «ЭНИН» и АО «НИИВА» в рамках прикладного проекта «Разработка и создание высокотехнологичного производства быстродействующих полупроводниковых устройств регулирования выходного напряжения трансформаторов под нагрузкой в составе трансформаторных подстанций класса 6-10/0,4 кВ цифровых распределительных сетей» (Соглашение № 075-11-2019-060 от 6 декабря 2019 г.) при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Funding

The presented results were achieved within the framework of the project implementation using the measures of state support for the development of cooperation between Russian educational organizations of higher education, state scientific institutions and organizations implementing complex projects for the creation of high-tech production, provided for by the Decree of the Government of the Russian Federation No. 218 of April 9, 2010. Research and development was carried out by a team consisting of JSC VO “Elektroapparat”, NIU “MEI”, JSC “ENIN” and JSC ” NIIVA “within the framework of the applied project” Development and creation of high-tech production of high-speed semiconductor devices for regulating the output voltage of transformers under load as part of transformer substations of class 6-10/0.4 kV of digital distribution networks ” (Agreement No. 075-11-2019-060 of December 6, 2019) with the financial support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation.

Конфликт интересов

Не указан.

Conflict of Interest

None declared.

Список литературы / References

  1. Тульский В.Н. Оценка эффективности применения быстродействующих полупроводниковых устройств регулирования в распределительных электрических сетях / В.Н. Тульский, А.С. Ванин, М.Г. Асташев и др. // журнал «Электротехника», 2020, №10, С. 37-44.
  2. Гуков П.О. Способы регулирования напряжения в распределительной электрической сети / П.О. Гуков, Д.Ю. Кулешов // Актуальные проблемы энергетики АПК. Материалы VIII международной научно-практической конференции. 2017. С. 46–49.
  3. Панфилов Д.И. Полупроводниковое устройство регулирования напряжения под нагрузкой для силовых трансформаторов распределительных электрических сетей 10-0,4 кВ / Д.И. Панфилов, М.Г. Асташев, А.В. Горчаков // Вестник Московского Энергетического Института (Вестник МЭИ). 2020. №6. С. 82 – 90.
  4. Pezeshki H. Probabilistic Voltage Management Using OLTC and dSTATCOM in Distribution Networks / Houman Pezeshki, Ali Arefi, Gerard Ledwich et al. // IEEE Transactions on Power Delivery. 2018. Pp 570–580.
  5. Mouli G. R. C. Design of a power-electronic-assisted OLTC for grid voltage regulation / G. R. C. Mouli, P. Bauer, T. Wijekoon et al. // IEEE Trans. on Power Delivery, vol. 30, no. 3, pp. 1086-1095, Jun. 2015.
  6. Пат. №2741335 РФ. Устройство управления напряжением трансформатора под нагрузкой / Д.И. Панфилов, П.А. Рашитов, М.Г. Асташев и др. // Бюл. изобрет. 2021. №3.
  7. Лавров А.Г. Анализ режимов регулирования вторичного напряжения трансформаторов с устройствами РПН / А.Г. Лавров, Е.Н. Попов // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2017. №5. С.53–58.
  8. de Oliveira Quevedo J. Analysis and Design of an Electronic On-Load Tap Changer Distribution Transformer for Automatic Voltage Regulation / Josemar de Oliveira Quevedo, Fabricio Emmanuel Cazakevicius, Rafael Concatto Beltrame et al. // IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 1, no. 4, pp. 883-894, Jan. 2017.
  9. Delta Electric Distribution Company (NDEDC) / Mansoura, A. Hatata, F. Hamed, E. Badran // “Voltage Control of Distribution Systems using Electronic OLTC,” Twentieth International Middle East Power Systems Conference (MEPCON), Cairo University, Egypt, 2018.
  10. 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.
  11. Пат. №2711589 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.
  12. Панфилов Д.И. Анализ способов управления ключами тиристорного моста переменного тока / Д.И. Панфилов, М.Г. Асташев, П.А. Рашитов и др. // Известия Академии Наук Энергетика №4, с. 148-159, 2014.
  13. Балаясов П.П. Исследование процессов включения силовых тиристоров в высоковольтных преобразователях / П.П. Балаясов, А.В. Мускатиньев // XLVI Огаревские чтения. Материалы научной конференции. 2018. С. 46–53.
  14. Valouch V. Power control of gridconnected converters under unbalanced voltage conditions / V. Valouch, M. Bejvl, P. Simek et al. // IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 62, no. 7, pp. 4241-4248, Jul. 2015.
  15. Концепция развития интеллектуальной электроэнергетической системы России с активно-адаптивной сетью. ОАО «ФСК ЕЭС», 2011.
  16. Topolskiy D.V. Development of Technical Solutions for Digital Substations Using Ddigital Instrument Combined Current and Voltage Transformers / D.V. Topolskiy, I. Yumagulov, A.L. Galiyev // International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM). 2018.
  17. Концепция ПАО «Россети» «Цифровая трансформация 2030». Москва, 2018.
  18. Zhabelova G. Toward industrially usable agent technology for smart grid automation / G. Zhabelova, V. Vyatkin, V. Dbinin // IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 62, no. 4, pp. 2629-2641, Apr. 2015.
  19. Zakutsky V. Analysis of the influence of installed FACTS devices and transformer on-load tap changers (OLTC) in transmission networks on a total power losses Unified Energy System (UES) of Russia / V. Zakutsky, M.. Gadzhiev, N. Yermolov // International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE), 2019.

Список литературы на английском языке / References in English

  1. Tula V. N. Ocenka jeffektivnosti primenenija bystrodejstvujushhih poluprovodnikovyh ustrojstv regulirovanija v raspredelitel’nyh jelektricheskih setjah [Evaluation of the effectiveness of high-speed semiconductor devices regulation in distribution networks] / V. N. Tula, A. S. Vanin, M. G. Astashev et al. // zhurnal «Jelektrotehnika» [the journal “Electrical engineering”], 2020, №10, Pp. 37-44. [in Russian]
  2. Gukov P. O. Sposoby regulirovanija naprjazhenija v raspredelitel’noj jelektricheskoj seti [Methods of voltage regulation in power distribution networks] / P. O. Gukov, V. Kuleshov // Aktual’nye problemy jenergetiki APK. Materialy VIII mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii [Actual problems of energy APK. Proceedings of the VIII International Scientific and Practical conference]. 2017. pp. 46-49. [in Russian]
  3. Panfilov D. I. Poluprovodnikovoe ustrojstvo regulirovanija naprjazhenija pod nagruzkoj dlja silovyh transformatorov raspredelitel’nyh jelektricheskih setej 10-0,4 kV [Semiconductor device for voltage regulation under load for power transformers of 10-0. 4 kV distribution electric networks] / D.I. Panfilov, M.G. Astashev, A.V. Gorchakov // Vestnik Moskovskogo Jenergeticheskogo Instituta (Vestnik MJeI) [Vestnik Moskovskogo Energeticheskogo Instituta (Vestnik MEI)]. 2020. No. 6. p. 82-90. [in Russian]
  4. Pezeshki Kh. Probabilistic voltage control using OLTC and dSTATCOM in distribution networks / Houman Pezeshki, Ali Arefi, Gerard Ledwich et al. // IEEE Transactions on Power Delivery. 2018. pp. 570-580.
  5. Mouli G. R. C. Design of an OLTC power electronic amplifier for network voltage regulation / G. R. C. Mouli, P. Bauer, T. Wijekoon et al. // IEEE Trans. on the supply of electricity, Volume 30, No. 3, pp. 1086-1095, June 2015
  6. Pat. №2741335 RF. Ustrojstvo upravlenija naprjazheniem transformatora pod nagruzkoj [Pat. No. 2741335 of the Russian Federation. Device for controlling the voltage of a transformer under load] / D. I. Panfilov, P. A. Rashitov, M. G. Astashev et al. // Byul. izobret. 2021. No. 3. [in Russian]
  7. Lavrov A. G. Analiz rezhimov regulirovanija vtorichnogo naprjazhenija transformatorov s ustrojstvami RPN [Analysis of the modes of regulation of the secondary voltage of transformers with RPN devices] / A. G. Lavrov, E. N. Popov // Izvestiya SPbGETU “LETI”. 2017. No. 5. pp. 53-58. [in Russian]
  8. de Oliveira Quevedo J. Analysis and design of an electronic distribution transformer with a tap switch under load for automatic voltage regulation / Josemar de Oliveira Quevedo, Fabricio Emmanuel Kazakevicius, Rafael Concatto Beltrame et al. / / IEEE Trans. on Industrial Electronics, Volume 1, No. 4, pp. 883-894, January 2017
  9. Delta Electric Distribution Company (NDEDC) / Mansoura, A. Hatata, F. Hamed, E. Badran / / ” Voltage management of distribution systems using electronic OLTC”, Twentieth International Conference on Energy Systems of the Middle East( MEPCON), Cairo University, Egypt, 2018.
  10. Pat. №2711587 RF. Sposob upravlenija naprjazheniem transformatora pod nagruzkoj i ustrojstvo dlja ego realizacii [Pat. No. 2711587 of the Russian Federation. A method for controlling the voltage of a transformer under load and a device for its implementation] / D. I. Panfilov, M. G. Astashev, A.V. Gorchakov // Byul. izobret. 2020. №2. [in Russian]
  11. Pat. №2711589 RF. Sposob upravlenija naprjazheniem transformatora pod nagruzkoj i ustrojstvo dlja ego realizacii [Pat. No. 2711589 of the Russian Federation. A method for controlling the voltage of a transformer under load and a device for its implementation] / D. I. Panfilov, M. G. Astashev, A.V. Gorchakov // Byul. izobret. 2020. No. 2. [in Russian]
  12. Panfilov, D. I. Analiz sposobov upravlenija kljuchami tiristornogo mosta peremennogo toka [Analysis of the methods of key management thyristor bridge AC] / D. I. Panfilov, M. G. Astashev, P. A. Reshetov et al. // Izvestija Akademii Nauk Jenergetika [proceedings of the Academy of Sciences power engineering] vol. 4, pp. items 148 to 159, 2014. [in Russian]
  13. Balashov P. P. Issledovanie processov vkljuchenija silovyh tiristorov v vysokovol’tnyh preobrazovateljah [Investigation of the processes of inclusion of power thyristors in high-voltage converters] / P. Balashov, A. V. Muscatine // XLVI Ogarevskie chtenija. Materialy nauchnoj konferencii [XLVI Ogarevskiy reading. Materials of the scientific conference]. 2018. pp. 46-53.
  14. Valush V. Power management of grid converters in conditions of unbalanced voltage / V. Valush, M. Beivl, P. Simek et al. // IEEE Trans. on Industrial Electronics, Volume 62, No. 7, pp. 4241-4248, July 2015. [in Russian]
  15. Koncepcija razvitija intellektual’noj jelektrojenergeticheskoj sistemy Rossii s aktivno-adaptivnoj set’ju. OAO «FSK EJeS» [The concept of the development of an intelligent electric power system in Russia with an active-adaptive network. JSC FGC UES], 2011. [in Russian]
  16. Topolsky D. V. Development of technical solutions for digital substations using combined current and voltage transformers Ddigital Instrument / D. V. Topolsky, N. I. Yumagulov, A. L. Galiev // International Conference on Industrial Engineering, Application and Production (ICIEAM). 2018.
  17. Koncepcija PAO «Rosseti» «Cifrovaja transformacija 2030» [The concept of PJSC “Rosseti “”Digital transformation 2030”]. Moscow, 2018. [in Russian]
  18. Zhabelova G. Toward industrially usable agent technology for smart grid automation / G. Zhabelova, V. Vyatkin, V. Dbinin // IEEE Trans. on Industrial Electronics, Volume 62, No. 4, pp. 2629-2641, April 2015
  19. Zakutsky V. Analysis of the influence of established factorographic devices and transformer switches under load (OLTK) in transmission networks on the total power losses of the Unified Energy System (UES) of Russia / V. Zakutsky, M. Gadzhiev, N. Ermolov // International Youth Conference on Radioelectronics, Electrical Engineering and Power Engineering (REEE), 2019.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Лимит времени истёк. Пожалуйста, перезагрузите CAPTCHA.