Upravljate transformatorom od 500 kVA i niskonaponskim vodom koji napajaju 150 domova i njihova električna vozila. Preopterećenje zagrijava izolaciju i brzo je stari; dugi vod dopušta pad napona na udaljenom kraju. Jedan korak je 5 minuta.
Šta ćete naučiti
Kako temperature ulja transformatora i najtoplije tačke namota prate opterećenje s veoma različitim vremenskim konstantama (IEEE C57.91 / IEC 60076-7).
Zašto je starenje eksponencijalno u odnosu na temperaturu: nekoliko sati blizu 140 °C može koštati dane normalnog vijeka.
Koje poluge ima distributivni operater: hlađenje, upravljano punjenje EV, prenos opterećenja, reaktivna snaga i preklopnici, te upravljanje opterećenjem.
Simulator
Vrijeme 0 min
✓Najtoplija tačka transformatora ispod 110 °C
!Najtoplija tačka 110–120 °C (brže starenje)
⚠Najtoplija tačka iznad 120 °C
⌂Domovi s naponom u opsegu
!Domovi blizu granice napona
✕Van opsega ili bez napajanja
◎Ventilatori / kondenzator u pogonu
•Puni se oko tri EV
Kontrole
Ventilatori povećavaju rashladnu snagu za otprilike trećinu; ulje radi hladnije pri istom opterećenju.
Upravljani režimi važe samo za vozače uključene u program; ostali pune po dolasku.
Zatvara spojni prekidač za dio voda. Susjed ima svoju granicu (120 %), a dugi spoj spušta napon.
150 kvar reaktivne podrške: podiže napon na udaljenom kraju i malo smanjuje struju.
Svaki korak podiže sve napone za 1,25 % — pri laganom opterećenju može gurnuti bliski kraj iznad +5 %.
Direktno upravljanje opterećenjem bojlera i klima-uređaja: jedan blok od −15 % opterećenja domaćinstava na 60 min, zatim 2 sata blokade dok se oporave. Polovina odbačene energije se poslije vraća.
Pokazatelji
Temperatura najtoplije tačke namota
59°C
normalno
Iskorištenost transformatora
42%
normalno
Najgore odstupanje napona
0,9%
normalno
Faktor ubrzanja starenja
0,00×
normalno
Temperatura gornjeg sloja ulja
53 °C
Vanjska temperatura
30,8 °C
Potrošeni vijek izolacije (ekvivalentni sati)
0,0 h
Opterećenje transformatora
202 kW
Snaga punjenja EV
0 kW
Napon na transformatoru
100,9 %
Napon na kraju voda
100,0 %
Gubici
3,1 kW
Neisporučena energija
0 kWh
Opterećenje isključeno upravljanjem
0 kWh
EV energija koja još nedostaje
0 %
Iskorištenost susjednog transformatora
42 %
Faktor pokretanja hladnog opterećenja
1,00 ×
Trend
Krizni scenariji
Nivo 1 · Večernji EV vrh u toplotnom valu
Popodne tokom toplotnog vala: klima-uređaji rade u svakom domu, a 100 električnih vozila priključit će se između 17:00 i 20:00 — povrh večernjeg vrha potrošnje domaćinstava. Samo 70 % vozača je uključeno u upravljano punjenje. Dočekajte 07:00 bez pregrijavanja i bez ispadanja transformatora, i bez oslanjanja na odbacivanje opterećenja.
Najtoplija tačka nikad iznad 110 °C
Potrošeni vijek izolacije ≤ 17 h (ne brže nego normalno)
Nijedan potrošač ne gubi napajanje
Odbačeno opterećenje ≤ 60 kWh
Nivo 2 · Kvar susjeda: preuzimanje njegovih potrošača
U 17:00 otkazuje susjedni transformator. Polovina njegovih domova prebacuje se na udaljeni kraj vašeg voda preko dugog spojnog kabla. Dodatna struja teče cijelom dužinom vašeg voda: držite svaki dom unutar ±5 % nazivnog napona (ANSI C84.1 Range A) i izbjegnite preopterećenje vlastitog transformatora.
Svaki napon unutar ±5 % (10 min nakon kvara)
Nijedan potrošač ne gubi napajanje
Najtoplija tačka nikad iznad 120 °C
Odbačeno opterećenje ≤ 60 kWh
Nivo 3 · Pokretanje hladnog opterećenja nakon prekida
Šestosatni ispad u ledenoj večeri završava u 18:00. Svi grijači su bili isključeni i svako EV čeka na punjenje. Kad ekipa zatvori prekidač, opterećenje se vraća daleko iznad uobičajenog — izgubite raznolikost potrošnje i transformator ponovo ispada. Vratite napajanje bez drugog ispada, držite napon u opsegu i ograničenje (curtailment) malim.
Nema drugog prekida (neisporučena energija = 0)
Svaki napon unutar ±5 % (10 min nakon obnove)
Isključeno opterećenje ≤ 120 kWh
Svaki EV napunjen do 07:00 (≤ 2 % nedostaje)
Opterećenost transformatora ostaje ispod praga releja od 150 % nakon zatvaranja prekidača (od 18:05)
Osnova — model iza brojeva
Svaka relacija koju simulator koristi, s njenim izvorom. Konstante označene kao pretpostavke su ilustrativne kalibracije.
Potražnja domaćinstava prati dnevni profil i vrijeme; svaki EV puni 7,2 kW dok se ne napuni.
P_homes = 150 × 2.0 kW × shape(h) × [1 + 0.025·max(0, θa−24) + 0.02·max(0, 15−θa)] × CLPU(t); P_EV = Σ 7.2 kW while plugged and not full[9]Pretpostavka: profil opterećenja, brojke o EV, impedanse voda, parametri hladnog opterećenja i snaga ventilatora su ilustrativne vrijednosti za generički prigradski vod, a ne podaci iz stvarne mreže.
Porast temperature gornjeg sloja ulja eksponencijalno se približava svojoj krajnjoj vrijednosti za trenutno opterećenje, s vremenskom konstantom od nekoliko sati.
Δθ_TO,U = 55 K · [(K²R+1)/(R+1)]ⁿ; Δθ_TO ← Δθ_TO,U + (Δθ_TO − Δθ_TO,U)·e^(−Δt/τ_TO), τ_TO = 180 min (ONAN) / 150 min (ONAF); R = P_k/P₀ at the rating K is referred to: 5 (ONAN), 5 × 1.33² ≈ 8.8 (ONAF)[1][2]
Najtoplija tačka namota nalazi se iznad ulja i prati struju u roku od nekoliko minuta.
Δθ_H,U = 25 K · K^(2m); Δθ_H ← Δθ_H,U + (Δθ_H − Δθ_H,U)·e^(−Δt/(k22·τw)), k22·τw = 8 min; θ_H = θ_A + Δθ_TO + Δθ_H[1][2]Pojednostavljenje: porast temperature najtoplije tačke prati jednu eksponencijalu (k21 = 1, vremenska konstanta k22·τw). Kratko prekoračenje dvočlane funkcije f2(t) iz IEC 60076-7 nakon naglog skoka opterećenja nije modelirano, pa najtoplija tačka može nakratko pokazivati nekoliko kelvina premalo.
Stepen hlađenja: ventilatori mijenjaju eksponente i nazivnu snagu na koju se opterećenje odnosi.
ONAN n = 0.8, m = 0.8; ONAF n = 0.9, m = 0.8 (IEEE C57.91), with K and R referred to the ONAF rating (1.33 × ONAN, R ≈ 8.8)[1][3]Pretpostavka: profil opterećenja, brojke o EV, impedanse voda, parametri hladnog opterećenja i snaga ventilatora su ilustrativne vrijednosti za generički prigradski vod, a ne podaci iz stvarne mreže.
Starenje izolacije u odnosu na referentnih 110 °C; udvostručuje se otprilike svakih 6–7 K.
ΔV ≈ p·r + q·x (pu); distributed load drops ½ of the lumped value; capacitor Q_c raises V by Q_c·x; V_src = 1.02 + 0.02·(0.5 − shape) + tap × 1.25 %[7]Pretpostavka: profil opterećenja, brojke o EV, impedanse voda, parametri hladnog opterećenja i snaga ventilatora su ilustrativne vrijednosti za generički prigradski vod, a ne podaci iz stvarne mreže.
Opsezi servisnog napona preuzeti su iz standarda napona.
target |V − 1| ≤ 5 % (ANSI C84.1 Range A); Range B −8.3 % / +5.8 %; EN 50160: ±10 % for 95 % of 10-min means[4][5][6]
Zaštita: kada transformator i susjed ispadaju.
trip if K ≥ 1.5 for 30 min (accumulated), K ≥ 2.0 at once, or θ_H ≥ 140 °C; neighbour trips if K_B ≥ 1.2 for 30 min; re-energised after 60 min[2]Pretpostavka: podešenje preopterećenja od 30 minuta, trenutni element 2,0 pu i isključenje pri najtoplijoj tački 140 °C su ilustrativne postavke zasnovane na IEC 60076-7 granicama za distributivne transformatore (1,5 pu normalno ciklično, 2,0 pu kratkotrajno vanredno, 140 °C najtoplija tačka). Stvarna zaštita koristi krive osigurača ili releja.
Nakon ispada svi termostatski potrošači se uključe odjednom; dodatno opterećenje opada eksponencijalno.
M0 = 1 + 1.4·(1 − e^(−D/90 min)); CLPU(t) = 1 + (M0 − 1)·e^(−t/60 min)[8][1]Pretpostavka: profil opterećenja, brojke o EV, impedanse voda, parametri hladnog opterećenja i snaga ventilatora su ilustrativne vrijednosti za generički prigradski vod, a ne podaci iz stvarne mreže.
Ostale konstante koje model koristi.
500 kVA transformer, 30 °C rated ambient (55 K oil + 25 K gradient → 110 °C) · 60 EVs, 6–20 kWh need, arrival ≈ N(18:30, 1 h), depart 07:00 · curtailed charging 3.6 kW · transformer r = 1 %, x = 4 %; feeder r = 4 %, x = 2 %; tie r = 10 %, x = 4 % (500 kVA base) · neighbour 400 kVA, 120 homes, transfer ≤ 40 % · capacitor 150 kvar · tap ±4 × 1.25 % · shedding one 15 % block for 60 min, 120 min lockout, 50 % payback · fans 0.4 kW · ±3 % load noise, ±5 % daily scalePretpostavka: profil opterećenja, brojke o EV, impedanse voda, parametri hladnog opterećenja i snaga ventilatora su ilustrativne vrijednosti za generički prigradski vod, a ne podaci iz stvarne mreže.
Nasumičnost: mulberry32 generator sa seedom; korištene raspodjele — uniformna, eksponencijalna (inverzna CDF), normalna (Box–Muller), Poissonova (Knuth). Seed se prikazuje i može se dijeliti.
Izvori
IEEE Std C57.91-2011 — IEEE Guide for Loading Mineral-Oil-Immersed Transformers and Step-Voltage Regulators (clause 5 ageing, clause 7 temperature, Annex on cold-load pickup) — IEEE, 2011
IEC 60076-7:2018 — Power transformers, Part 7: Loading guide for mineral-oil-immersed power transformers — IEC, 2018
SAE J1772 — Electric Vehicle and Plug-in Hybrid Electric Vehicle Conductive Charge Coupler (AC Level 2 charging, e.g. 32 A × 240 V ≈ 7.7 kW) — SAE International, 2017