energyЭнергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations1029-74482414-0341BNTUenergy-837Research ArticleЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАELECTRICAL POWER ENGINEERINGРАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ИЗ БИБЛИОТЕКИ MATLAB-SIMULINK С УЧЕТОМ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДАTHREE-PHASE TRANSFORMER PARAMETERS CALCULATION CONSIDERING THE CORE SATURATION FOR THE MATLAB-SIMULINK TRANSFORMER MODELНовашИ. В.NovashI. V.

Associate Professor, PhD in Engineering

novashiv@tut.byРумянцевЮ. В.RumiantsevYu. V.

Аспирант

novashiv@tut.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusБелэнергосетьпроект, МинскБеларусьBelenergosetproekt, MinskBelarus201518032015011224Copyright © Новаш И.В., Румянцев Ю.В., 20152015Новаш И.В., Румянцев Ю.В.Novash I.V., Rumiantsev Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://energy.bntu.by/jour/article/view/837

Представлена методика расчета параметров модели силового трехфазного двухобмоточного трансформатора из библиотеки SimPowerSystems  системы динамического моделирования  MatLab-Simulink. Данная  методика основана на использовании  ката- ложных данных силового трансформатора. Особое внимание уделено расчету парамет- ров характеристики намагничивания стали магнитопровода для модели силового трансформатора. Методика расчета параметров модели силового трехфазного двухоб- моточного трансформатора с учетом нелинейности его характеристики намагничивания в доступных русско- и англоязычных источниках отсутствует. В руководстве пользователя SimPowerSystems рассматриваются демонстрационные модели трансформаторов с уже готовыми параметрами, но без ссылок на источники по их определению. Силовой трансформатор является нелинейным элементом энергосистемы, поэтому для анализа его работы в различных режимах необходимо располагать параметрами характеристики намагничивания стали магнитопровода.

Особый интерес представляет анализ процессов при включении ненагруженного трансформатора под напряжение. Данный режим сопровождается возникновением со стороны питания трансформатора броска тока намагничивания, который по своему зна- чению превосходит в несколько раз номинальный ток трансформатора. Резкое возрас- тание тока намагничивания объясняется насыщением стали магнитопровода. Поэтому учет  характеристики  намагничивания  при  моделировании  работы  трансформатора в данном режиме является обязательным условием. Предпринята попытка привести все расчетные выражения к виду, удобному для инженерного использования, а также обосновать расчет нелинейной характеристики намагничивания силового трансформатора. Осциллограммы броска тока намагничивания, полученные в ходе выполнения вычисли- тельного эксперимента c применением рассматриваемой модели трансформатора, подтвердили адекватность рассчитанных параметров модели.

This article describes the parameters calculation for the three-phase two-winding power transformer model taken from the SimPowerSystems library, which is the part of the MatLab- Simulink environment. Presented methodology is based on the power transformer nameplate data usage. Particular attention is paid to the power transformer magnetization curve para- meters  calculation.  The  methodology  of  the  three-phase  two-winding  power  transformer model parameters calculation considering the magnetization curve nonlinearity isn’t presented in Russian-and English-language sources. Power transformers demo models described in the SimPowerSystems user’s guide have already calculated parameters, but without reference to the sources of their determination. A power transformer is a nonlinear element of the power system, that’s why for its performance analysis in different modes of operation is necessary to have the magnetization curve parameters.

The process analysis during no-load energizing of the power transformer is of special interest. This regime is accompanied by the inrush current on the supply side of the power transformer, which is several times larger than the transformer rated current. Sharp rising of the magnetizing current is explained by the magnetic core saturation. Therefore, magnetiza- tion characteristic accounting during transformer no-load energizing modeling is a mandatory requirement. Article authors attempt to put all calculating formulas in a more convenient form and validate the power transformer nonlinear magnetization characteristics parameters calcu- lation. Inrush current oscillograms obtained during the simulation experiment confirmed the adequacy of the calculated model parameters.

силовой трансформаторхарактеристика намагничиваниянасыщениерасчет параметровSimulinkMatLabSimPowerSystemspower transformermagnetization curvesaturationparameters calculationSimulinkMatLabSimPowerSystemReferencesАнуфриев, И. Е. Самоучитель MatLab 5.3/6.х / И. Е. Ануфриев.– СПб. : БХВ-Петербург, 2003. – 736 с.Anufriev, I., E. (2003). Tutorial MatLab 5.3/6.?. St. Peterburg, Bhv-Peterburg. 736 p. (in Russian).Дьяконов, В. Simulink 4. Специальный справочник / В. Дьяконов. – СПб. : Питер, 2002. – 528 с.Diakonov, V. (2002). Simulink 4. Special Ref. book. St. Peterburg, Piter. 528 p. (in Russian).Sim Power Systems. User’s Guide version 3. - The MathWorks, Inc, 2003.  620 p.Sim Power Systems. User’s Guide version 3. The MathWorks, Inc, 2003. 620 p.Вольдек, А. И. Электрические машины : учеб. для студентов вузов / А. И. Вольдек. - 3-е изд., перераб. – Л. : Энергия, 1978. – 832 с.Voldek, A. I. (1978). Electrical Machines. 3rd edition. Leningrad, Energia. 832 p. (in Russian).Герман-Галкин, С. Г. Matlab Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК / С. Г. Герман-Галкин. – СПб. : КОРОНА-Век, 2008. – 368 с.German-Galkin, S. G. (2008). Matlab Simulink. Computer-aided Design of mechatronic Systems. St. Peterburg, KORONA-Vek. 368 p. (in Russian).Справочник по проектированию электроэнергетических систем / под ред. С. С. Рокотяна, И. М. Шапиро. – М. : Энергоатомиздат, 1985.Rokotian, S. S. Shapiro, I. M. (1985). Ref. book on Electric Power Systems Design. Moscow, Energoatomizdat. 368 p. (in Russian).Китаев, В. Е. Электрические машины : учеб. пособие для техникумов / В. Е. Китаев, Ю. М. Корхов, В. К. Свирин ; под ред. В. Е. Китаева. – М. : Высш. школа, 1978. - Ч. 1. Машины постоянного тока. Трансформаторы. – 178 c.Kitaev, V. E., Korkhov, Y. M., Svirid, V. K. (1978). Electrical machines. Part 1. Continuous-current machines. Transformers: educational medium for technical schools. ?oscow, Higher School. 549 p. (in Russian).Dommel, H. W. Electromagnetic Transients Program Reference Manual (EMTP Theory Book) / H. W. Dommel. – Portland : Bonneville Power Admin, 1986.Dommel, H. W. (1986). Electromagnetic Transients Program Reference Manual (EMTP Theory Book). Portland, Bonneville Power Administration.EMTDC: Transient Analysis for PSCAD Power System Simulation. User’s Guide V4.3.1. - Manitoba HVDC Research Centre, 2010. - 233 p.EMTDC. Transient Analysis for PSCAD Power System Simulation. User’s Guide V4.3.1. Manitoba HVDC Research Centre, 2010. 233 p.Martínez Duró, M. Damping Modelling in Transformer Energization Studies for System Restoration: Some Standard Models Compared to Field Measurements // IEEE Bucharest Power Tech Conference, 2009. – Р. 1–8.Martínez Duró, M. (2009). Damping Modelling in Transformer Energization Studies for System Restoration: Some Standard Models Compared to Field Measurements. IEEE Bucharest Power Tech Conference, 2009, 1–8. doi: 10.1109/PTC.2009.5282236.Juan, A. Martinez-Velasco. Power System Transients: Parameter Determination. - CRC Press, 2009. – 644 p.Juan, A. Martinez-Velasco. (2009). Power System Transients: Parameter Determination. CRC Press. 644 p.Neves, W. L. A. Saturation Curves of Delta-Connected Transformers from Measurements / W. L. A. N e v e s, H. W. Dommel // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1995. – Vol. 10, No 3. – P. 1432–1437.Neves, W. L. A., Dommel, H. W. (1995). Saturation Curves of Delta-Connected Transformers from Measurements. IEEE Transactions on Power Delivery, 10 (3), 1432–1437. doi: 10.1109/61.400926.Rioual, M. Energization of a No-Load Transformer for Power Restoration Purposes: Modeling and Validation by on Site Tests / M. Rioual, C. Sicre // IEEE Power Engineering Society Winter Meeting. – 2000. – Vol. 3. – Р. 2239–2244.Rioual, M., Sicre, C. (2000). Energization of a No-Load Transformer for Power Restoration Purposes: Modeling and Validation by on Site Tests. IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, 3, 2239–2244. doi: 10.1109/PESW.2000.847704.Kahrobaee, S., Algrain, M. C., Asgarpoor, S. Investigation and Mitigation of Transformer Inrush Current during Black Start of an Independent Power Producer Plant, Energy and Power Engineering, 2013, 5, pp. 1-7.Kahrobaee, S., Algrain, M. C., Asgarpoor, S. (2013). Investigation and Mitigation of Transformer Inrush Current during Black Start of an Independent Power Producer Plant. Energy and Power Engineering, 5, 1-7. doi: 10.4236/epe.2013.51001.Assessing and Limiting Impact of Transformer Inrush Current on Power Quality / l. M. Nagpa [et al] // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2006. – Vol. 21, Is. 2, Р. 890–896.Nagpa, l. M., Martinich, T. G., Moshref, A., Morison, K., Kundur, P. (2006). Assessing and Limiting Impact of Transformer Inrush Current on Power Quality. IEEE Transactions on Power Delivery, 21 (2), 890–896. doi: 10.1109/TPWRD.2005.858782.Руководящие указания по релейной защите. Вып. 12. Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю. – М. : Энергия, 1980. – 86 с.Relay protection guidelines. Edition 12. Current Protection of zero-phase-sequence from earth short circuit. Moscow, Energia, 1980. 86 p. (in Russian).Электрические цепи с ферромагнитными сердечниками в релейной защите / А. Д. Дроздов [и др.].  М. : Энергоатомиздат, 1986. – 255 c.Drosdov, A. D., Zasypkin, A. S., Kuzhekov, S. L., Platonov, V. V., Podgornyi, E. V. (1986). Electrical circuits with ferromagnetic cores in relay protection. Moscow, Energoatomizdat. 255 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.