Study of special unbalanced load modes of new double-autotransformer of the flexible alternating current link

Abstract

The purpose of the work is study of special asymmetric modes of new three-phase autotransformer device for flexible connection of alternative current power systems. The universal model was developed for the device, containing two autotransformers - the main phase-shifting and the additional regulating autotransformer. The model allows studying both symmetric and almost any asymmetric modes of the considered circuit. It became possible to connect asymmetrically the loads in different phases of the regulating autotransformer, as well as arbitrary connect the regulating autotransformer itself to the hexagon taps. According to the calculated values of currents, voltages and magnetic fluxes of the device the visual vectorial diagrams were constructed for the main and the regulating autotransformer, explaining specific of considered operating modes. It was shown that device’ currents in such modes contain symmetrical components of both zero and negative sequences. Also, at asymmetric connection of the regulating autotransformer, the relative magnetic flux of the legs of the main and regulating autotransformers are asymmetrical, but in main autotransformer their sum is approximately equal to zero and magnetic flux practically does not escape into the surrounding space. Radically different situation is observed in the regulating autotransformer. The significant zero-sequence fluxes arise with the release of significant (about 50%) magnetic flux into the surrounding space. This requires special measures to be taken to limit its harmful effects on the operation of the autotransformer.

Scopul lucrării constă în studierea regimurilor asimetrice deosebite a dispozitivului nou propus pentru conectarea flexibilă a sistemelor energetice la curent alternativ. Pentru atingerea obiectivului a fost elaborat un model universal în pachetul MATLAB al unui nou dispozitiv tip autotransformator trifazat pentru conectarea sistemelor energetice de curent alternativ, care conține două autotransformatoare - principalul pentru crearea decalajului de fază fix și un autotransformator suplimentar de reglare. Modelul permite studierea atât modurilor simetrice, cât și orice asimetrice ale circuitului considerat. Este posibilă conectarea asimetrică a sarcinii în diferite faze ale autotransformatorului de reglare și conectarea sa arbitrară la bornele hexagonului. Conform valorilor calculate ale curenților, tensiunilor, fluxurilor magnetice a dispozitivului în modurile asimetrice a conectării autotransformatorului de reglare au fost construite diagrame vectoriale atât pentru autotransformatorul principal, cât și pentru regulator, explicând caracteristicile modurilor de funcționare considerate. Este demonstrat că curenții dispozitivului în astfel de moduri conțin componente simetrice atât de secvență zero, cât și de secvența inversă. Este dovedit că la conexiunea asimetrică a autotransformatorului de reglare, fluxurile magnetice relative ale coloanelor autotransformatorului principal și de reglare sunt asimetrice, dar în autotransformatorul principal suma lor este aproximativ egală cu zero, iar fluxul magnetic practic nu iese în spațiul înconjurător. O situație radical diferită se observă la autotransformatorul de reglare, unde apar fluxuri semnificative de secvență zero, ceea ce duce la ieșirea unui flux magnetic semnificativ (aproximativ 50%) în spațiul înconjurător. Aceasta cere elaborarea măsurilor adăugătoare pentru limitarea influenței negative a factorului acesta.

Целью работы является изучение особых несимметричных режимов работы нового трехфазного автотрансформаторного устройства для гибкой связи энергосистем на переменном токе. Для ее достижения разработана универсальная модель, содержащая два автотрансформатора–основной фазосдвигающий и дополнительный регулирующий автотрансформатор. Модель позволяет решать задачу исследования как симметричных, так и практически любых несимметричных режимов рассмотренной схемы. При этом обеспечивается возможность как несимметричного подключения нагрузки к разным отпайкам в разных фазах регулирующего автотрансформатора, так и произвольное подключение его самого к отводам шестиугольника. Как результат в данной работе получены значения токов, напряжений, магнитных потоков устройства в рассмотренных несимметричных режимах подключения регулирующего автотрансформатора, что обеспечило возможность построения наглядных диаграмм как для основного фазосдвигающего, так и для регулирующего автотрансформатора, поясняющих особенности рассмотренных режимов. Доказано, что токи устройства в таких режимах содержат симметричные составляющие как нулевой, так и обратной последовательностей. Кроме того, при несимметричном подключении регулирующего автотрансформатора в основном автотрансформаторе магнитный поток практически не выходит в окружающее пространство. Кардинально другая ситуация наблюдается в регулирующем автотрансформаторе, в котором возникают значительные потоки нулевой последовательности, что приводит к выходу большого (около 50% номинального) магнитного потока в окружающее пространство. Это важное обстоятельство, которое требует принятия специальных мер для ограничения его вредного влияния на работу автотрансформатора и обеспечения его надежной работы.