Диссертация (1143218), страница 24

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 24)

Это положение отождествляется наличием в схеме вычисленияинтегрирующего звена (интегратора), с помощью которого определяетсяпотокосцепление взаимной индукции.Другой не менее важной причиной, ограничивающей практическоеиспользование фильтров тока намагничивания и воспроизведения токов,являютсяметодическиегрубости(идеализация)приматематическомописании физических процессов в трансформаторах применительно кисследуемым практическим приложениям, что в конечном итоге приводит к167повышенным методическим и инструментальным погрешностям результатовисследований.Вэкспериментовбольшинствеслучаевприпостановкезадачиисследованийвпроведениичисленныхпренебрегаютнелинейностью характеристики намагничивания. Это служило основаниемсчитать линейными и равными взаимные индуктивности обмоток и перейти кэлектрической (линейной) схеме замещения трансформаторов.Кроме этого к основной методической грубости (ошибке) следуетотнести неучет гистерезиса при воспроизведении различных характеристикнамагничивания, а также неучет конструктивных особенностей и материаласердечников трансформаторов с учетом их назначения.Для дальнейшего совершенствования средств противоаварийногоуправления,защитыиразличныхизмерений,учитываябольшойдинамический диапазон измерения параметров схем и сигналов, а такженепрерывность работы в реальном времени, это чаще всего недопустимо.Примерами являются процессы коммутации оборудования, аварийныережимы, режимы холостого хода и др.Ослаблению и устранению влияния указанных выше причин напримере решения задач фильтрации тока намагничивания и воспроизведениятоков силовых трансформаторов посвящен ниже изложенный материал.

Сучетом сказанного, в настоящей работе, выполненное ранее описаниеэлектромагнитной системы, каковой является трансформатор, дополненоэлементами, учитывающими особенности его магнитной части.Укрупненно решение задач фильтрации тока намагничивания ивоспроизведения вторичных токов трансформаторов можно представитьструктурной схемой, приведенной на рисунке 3.15. Математическая модельтрансформатора (динамическая система), которая генерирует ошибку,изображена блоком 3, блоки 1, 2 и 4 - сумматоры.Структурная схема рисунка 3.15 может быть классифицирована какнестационарныйцифровойфильтр,вкоторойпомехимогутбытьобусловлены влиянием внешних факторов, а также ошибками самой168динамической системой.Вкачествевходныхпеременных цифрового фильтра(рисунок 3.15), приходящих нафоне различного рода помех,рассматриваютсяфазныенапряжения u1 и токи i1 соРисунок 3.15 – Структурная схема фильтра токасторонынамагничивания силового трансформатора.подключениятрансформаторакисточникупитания.

Основной внутренней аддитивной помехой помимо ошибкидинамической системы в представленном алгоритме схемы рисунка 3.15является ток намагничивания [155, 156, 159, 194]. Выходными переменнымицифрового фильтра являются ток намагничивания iμ и приведенное значениевторичного тока i´2.Исследуемая задача цифровой фильтрации является оптимизационной,решение которой сводится к численному поиску минимума целевой функциисреднеквадратичных значений мгновенной ошибки (1.4). Напомним, чтообобщенная постановка задачи цифровой фильтрации (в том численестационарной) была выполнена в главе 1, и поэтому здесь не излагается.На рисунке 3.16 показан в однолинейном изображении фрагментпервичнойсхемытрансформаторасподключенияпервичнымиксетитрёхобмоточногоизмерительнымисиловогопреобразователяминапряжения (TV) и тока (TA) и коммутационными аппаратами Q 1, Q 2 и Q 3.Вычислительная (измерительная) система управления с согласующимипреобразователяминапряжения(u/u),тока(i/u)включаетрядвычислительных блоков 6, 7, 8, 9, 10, 11 и логический блок 12, с помощьюкоторых решается система нелинейных уравнений, приведенная ниже.

Приэтом логический блок 12, отражает схему подключения трансформатора кисточнику электрической сети. Кроме этого, схема рисунка 3.16 содержит169ряд блоков для цифровой регистрации и визуализации выходных сигналов15, а также решающие элементы 13, 14, 16 для контроля и управленияработой всей системы.Рисунок 3.16 – Принципиальная схема модели трансформатора и цифрового фильтраВ качестве входных переменных рассматриваются фазные напряженияu1 и токи i1 со стороны источника питания (рисунок 3.16).

Аддитивнойпомехой в схеме рисунка 3.16 является ток намагничивания iμ. Выходнымипеременными являются ток намагничивания и приведенные вторичные токиi '2  i2 ww2, i '3  i3  3 .w1w1Рассмотрим подробнее математическое описание цифровой моделифильтрации тока намагничивания и воспроизведения вторичного токапонижающихтрехобмоточныхтрансформаторов.Задачацифровойфильтрации применительно к повышающим трансформаторам решаетсяаналогичным образом. Система нелинейных уравнений включает в себяследующие уравнения:M  p iμ М  i1R1  Ls1  p i1  iμ М  RП  u1 ;(3.17)p ψμ  iμ M  RП  iμ  RП ;(3.18)iμ M  f (ψμ ) ;(3.19)iμ  iμ M  iμ R ;(3.20)170H  l  i1  w1  i2  w2  i3  w3 ;iμ (3.21)H l,w1(3.22)где p – символ дифференцирования по времениM – дифференциальнаяобусловленнаявзаимнаярезультирующимпотокомd;dtиндуктивность,взаимнойиндукцииобмоток, Гн;iμ М - составляющая результирующего тока намагничивания,создающая потокосцепление ψμ , А;ψμ – потокосцепление,потокомвзаимнойобусловленноеиндукции,результирующимпронизывающимпервичнуюивторичные обмотки, В·с;u1 , i1 - сетевые фазные напряжения и токи со стороныисточника питания, измеряемые соответственно в [В] и [А];R1 , Ls1 - активное сопротивление и индуктивность рассеянияпервичной обмотки, измеряемые соответственно в [Ом] и [Гн];RП – сопротивление цепи протекания токов, вызывающихпотери в сердечнике, Ом;iμ R - составляющая результирующего тока намагничивания,создающая потери в сердечнике, А;H – напряженность магнитного поля в сердечнике, А/м;l – длина средней магнитной линии сердечника, м;w1 , w2 , w3 – соответственно количество витков первичнойобмотки высшего напряжения, витков вторичной обмотки среднегонапряжения и витков вторичной обмотки низкого напряжения.Вычислительныйреализуетсявпроцессреальномвисследуемойвремени.Поэтомусхемерисунка 3.16всепеременные,пропорциональные физическим величинам, обрабатываются взаимосвязано в171темпе процесса.

Как вытекает из системы уравнений, это приводит кзамкнутойсистемедифференциальноееереализации.уравнение(3.17)Приэтомсистемыпервоереализуетсяосновноеметодомпеременных состояния и для этого записывают его относительно выходнойвеличины (составляющей результирующего тока намагничивания iμ М :t  dtiμ М (t  dt )  iμ М (t ) t u1 (t  dt )  i1 (t )  R1  Ls1  pi1 (t )  iμ М (t )  RП  dt .M(3.23)Далее с помощью сумматора (вычислительный блок 6, рисунок 3.16)определяетсяпроизводнаяпотокосцепленияпервичнойобмотки,обусловленного результирующим потоком взаимной индукции первичной ивторичной обмоток (числитель уравнения 3.23). Сигналы, помеченные навычислительных блоках кружками, инвертируются в вычислительныхпроцессах, выполняемых блоками.Полученнаяпроизводнаяпотокосцепленияинтегрируетсяинтегратором 7 (рисунок 3.16), а результат суммируется с падениемнапряжения от первичного тока i1, на индуктивности рассеяния Ls1.

Этимсамым определяется потокосцепление Ψμ, которое нелинейно преобразуетсясогласно уравнению (3.19) в ток намагничиванияiμ Мс помощьюфункционального преобразователя 9 (рисунок 3.16), воспроизводящегоосновную кривую намагничивания стали. Описанным способом реализуетсяобратная связь в вычислительной схеме и обеспечивается устойчивостьпроцессарешения.Кромеэтого,производнаяпотокосцепленияодновременно используется для расчета тока потерь по уравнению (3.18).РасчетныедвухобмоточномуисследованияпроводилисьприменительнотрансформаторуТДЦ-80 000 / 110сокследующимипараметрами: номинальная мощность Sном = 80 000 кВА, номинальныенапряжения UВН ном = 121 кВ, UНН ном = 10,5 кВ.

Активное сопротивлениеобмотки высокого напряжения RВН ≈ 0,194 Ом. Сопротивление для болеенаглядного представления его влияния в графическом приложении и учета172внутреннего сопротивления энергосистемы варьировалось в диапазоне1-20 Ом. Индуктивность рассеяния первичной обмотки Ls1 ≈ 2,91 мГн.Толщина листа стали 3414 сердечника трансформатора 0,34 мм.Целью численных экспериментов с исследованием разработаннойсхемы (рисунок 3.16) являлись расчетные цифровые характеристики иосциллограммы нестационарных режимов работы силовых трансформаторов,атакжеоценкавозможностииразработкаспособовустраненияметодической и инструментальной ошибок в различных практическихприложениях цифровых фильтров тока намагничивания.

В свете сказанного,ниже приводится ряд расчётных осциллограмм, которые характерноотражаютполученныйучетгистерезисаипредлагаемыеспособылинеаризации переходных характеристик трансформаторов.На рисунке 3.17 показана осциллограмма циклов перемагничивания(характеристик намагничивания) процесса включения трансформатора нахолостой ход с сопротивлением цепи потерь RП ≈ 266,7 о.е. (около 49 кОм) сучетом внутреннего сопротивления энергосистемы, равного 1 Ом. Вдействительностиприучетеизмененияактивногоиреактивногосопротивления эквивалентного источника питания могут происходитьзначительныедеформациипредельныхцикловхарактеристикнамагничивания.Наибольший интерес для многих практических приложений фильтровпредставляет процесс включения силового трансформатора.

Характеристики

Список файлов диссертации