WIA SOOM Simulators

Distribuția energiei electrice în cartier Model live

Operați transformatorul de 500 kVA și linia de joasă tensiune care alimentează 150 de locuințe și vehiculele lor electrice. Suprasarcina încălzește izolația și o îmbătrânește rapid; o linie lungă lasă tensiunea să scadă la capătul îndepărtat. Un pas durează 5 minute.

Ce vei învăța

Simulator

Timp 0 min
Temperatura punctului cald al înfășurării 59 °C · Încărcarea transformatorului 42% · Tensiunea la capătul liniei 100,0% · Puterea de încărcare a vehiculelor electrice 0 kWAlimentare MT✓ 59°42%500 kVAONAN⌂⌂⌂⌂⌂⌂⌂⌂⌂⌂Tensiunea la transformator 100,9% → Tensiunea la capătul liniei 100,0% · Priza regulatorului de tensiune 0🚗 0 kW · 🌡 30,8 °C · Pierderi 3,1 kW⊣⊢Încărcarea transformatorului vecin 42%⏱ 14:00 · Energie nelivrată 0 kWh
  • Punctul cald al transformatorului sub 110 °C
  • Punct cald 110–120 °C (îmbătrânire mai rapidă)
  • Punctul cald peste 120 °C
  • Locuințe cu tensiune în limite
  • Locuințe aproape de limita de tensiune
  • În afara limitelor sau fără alimentare
  • Ventilatoare / condensatoare în funcțiune
  • Aproximativ trei vehicule electrice la încărcat

Comenzi

Ventilatoarele măresc puterea de răcire cu circa o treime; uleiul rămâne mai rece pentru aceeași sarcină.

Modurile gestionate se aplică doar șoferilor înscriși în program; ceilalți încarcă la sosire.

Închide separatorul de legătură pentru o parte din linie. Vecina are propria limită (120 %), iar legătura lungă scade tensiunea.

150 kvar de suport reactiv: ridică tensiunea la capătul îndepărtat și reduce puțin curentul.

Fiecare treaptă ridică toate tensiunile cu 1,25 % — la sarcină mică poate împinge capătul apropiat peste +5 %.

Control direct al sarcinii boilerelor și aparatelor de aer condiționat: un bloc de −15 % din sarcina gospodăriilor timp de 60 min, apoi o blocare de 2 ore cât își revin. Jumătate din energia deconectată se întoarce ulterior.

Indicatori

Temperatura punctului cald al înfășurării
59°C
normal
Încărcarea transformatorului
42%
normal
Cea mai mare abatere de tensiune
0,9%
normal
Factor de accelerare a îmbătrânirii
0,00×
normal
Temperatura uleiului de sus53 °C
Temperatura exterioară30,8 °C
Viață de izolație consumată (ore echivalente)0,0 h
Sarcina transformatorului202 kW
Puterea de încărcare a vehiculelor electrice0 kW
Tensiunea la transformator100,9 %
Tensiunea la capătul liniei100,0 %
Pierderi3,1 kW
Energie nelivrată0 kWh
Sarcină deconectată prin control0 kWh
Energie lipsă pentru vehiculele electrice0 %
Încărcarea transformatorului vecin42 %
Factor de pornire la sarcină rece1,00 ×

Tendință

Temperatura punctului cald al înfășurării: — °C1600

Scenarii de criză

Nivel 1 · Vârf de seară al vehiculelor electrice în caniculă

O după-amiază de caniculă: aparatele de aer condiționat merg în fiecare casă, iar 100 de vehicule electrice se vor conecta între 17:00 și 20:00 — peste vârful de seară al gospodăriilor. Doar 70 % dintre șoferi sunt înscriși în încărcarea gestionată. Treci până la 07:00 fără să supraîncălzești sau să declanșezi transformatorul și fără să te bazezi pe deconectarea sarcinii.

  • Punctul cald nu depășește niciodată 110 °C
  • Viață de izolație consumată ≤ 17 h (nu mai repede decât normal)
  • Niciun consumator nu rămâne fără alimentare
  • Sarcină deconectată ≤ 60 kWh

Nivel 2 · Defect la vecin: preluarea consumatorilor lui

La 17:00 transformatorul vecin se defectează. Jumătate din locuințele lui sunt comutate pe capătul îndepărtat al liniei voastre prin cablul lung de legătură. Curentul suplimentar curge pe toată lungimea liniei: mențineți fiecare locuință în limita ±5 % din tensiunea nominală (ANSI C84.1 Domeniul A) și evitați suprasolicitarea propriului transformator.

  • Toate tensiunile în limita ±5 % (la 10 min după defect)
  • Niciun consumator nu rămâne fără alimentare
  • Punctul cald nu depășește niciodată 120 °C
  • Sarcină deconectată ≤ 60 kWh

Nivel 3 · Pornire la sarcină rece după o pană

O pană de șase ore într-o seară geroasă se termină la 18:00. Toate încălzitoarele au fost oprite și fiecare vehicul electric așteaptă să se încarce. Când echipa închide întrerupătorul, sarcina revine mult peste normal — dacă pierzi diversitatea, transformatorul declanșează din nou. Restabilește alimentarea fără o a doua pană, ține tensiunea în limite și restricționarea redusă.

  • Fără a doua pană (energie nelivrată = 0)
  • Toate tensiunile în limita ±5 % (la 10 min după repunere)
  • Sarcină deconectată ≤ 120 kWh
  • Toate vehiculele electrice încărcate până la 07:00 (≤ 2 % lipsă)
  • Încărcarea transformatorului rămâne sub pragul de pornire al releului de 150 % după închiderea întrerupătorului (de la 18:05)

Baza — modelul din spatele cifrelor

Fiecare relație folosită de simulator, cu sursa ei. Constantele marcate ca ipoteze sunt calibrări ilustrative.

Cererea casnică urmează un profil zilnic și vremea; fiecare vehicul electric încarcă la 7,2 kW până se umple.
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]Ipoteză: profilul de sarcină, valorile pentru vehiculele electrice, impedanțele liniei, parametrii de sarcină rece și puterea ventilatoarelor sunt valori ilustrative pentru o linie suburbană generică, nu date dintr-o rețea reală.
Creșterea temperaturii uleiului de sus se apropie exponențial de valoarea finală pentru sarcina curentă, cu o constantă de timp de ore.
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]
Punctul cald al înfășurării se află peste ulei și urmărește curentul în câteva minute.
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]Simplificare: creșterea temperaturii punctului cald urmează o singură exponențială (k21 = 1, constantă de timp k22·τw). Depășirea scurtă a termenului dublu f2(t) din IEC 60076-7 după o treaptă bruscă de sarcină nu este modelată, deci punctul cald poate indica scurt cu câțiva kelvini mai puțin.
Treapta de răcire: ventilatoarele schimbă exponenții și puterea la care se raportează sarcina.
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]Ipoteză: profilul de sarcină, valorile pentru vehiculele electrice, impedanțele liniei, parametrii de sarcină rece și puterea ventilatoarelor sunt valori ilustrative pentru o linie suburbană generică, nu date dintr-o rețea reală.
Îmbătrânirea izolației față de referința de 110 °C; se dublează aproximativ la fiecare 6–7 K.
F_AA = exp(15000/383 − 15000/(θ_H + 273)); aged hours = Σ F_AA·Δt; F_EQA = Σ F_AA·Δt / Σ Δt; normal life 180 000 h[1][3][2]
Pierderi în gol plus pierderi în sarcină care cresc cu pătratul curentului.
P_loss = P₀ + P_k·K² + r_f·S_b·(|s_d|²/3 + Re(s_d·s_p*) + |s_p|²) + r_tie·S_b·|s_tie|², s_d = distributed load, s_p = far-end block (incl. capacitor); P₀ = 1 kW, P_k = 5 kW[7][2]
Căderea de tensiune aproximativă de-a lungul transformatorului și a liniei.
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]Ipoteză: profilul de sarcină, valorile pentru vehiculele electrice, impedanțele liniei, parametrii de sarcină rece și puterea ventilatoarelor sunt valori ilustrative pentru o linie suburbană generică, nu date dintr-o rețea reală.
Domeniile tensiunii de serviciu conform standardelor de tensiune.
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]
Protecție: când declanșează transformatorul și vecinul.
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]Ipoteză: setarea de suprasarcină de 30 de minute, elementul instantaneu de 2,0 pu și declanșarea la punct cald de 140 °C sunt setări ilustrative bazate pe limitele IEC 60076-7 pentru transformatoarele de distribuție (1,5 pu ciclic normal, 2,0 pu urgență de scurtă durată, punct cald 140 °C). Protecția reală folosește curbe de siguranță sau de releu.
După o pană, sarcinile termostatate pornesc toate deodată; sarcina suplimentară scade exponențial.
M0 = 1 + 1.4·(1 − e^(−D/90 min)); CLPU(t) = 1 + (M0 − 1)·e^(−t/60 min)[8][1]Ipoteză: profilul de sarcină, valorile pentru vehiculele electrice, impedanțele liniei, parametrii de sarcină rece și puterea ventilatoarelor sunt valori ilustrative pentru o linie suburbană generică, nu date dintr-o rețea reală.
Alte constante folosite de model.
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 scaleIpoteză: profilul de sarcină, valorile pentru vehiculele electrice, impedanțele liniei, parametrii de sarcină rece și puterea ventilatoarelor sunt valori ilustrative pentru o linie suburbană generică, nu date dintr-o rețea reală.

Aleatoriu: un generator mulberry32 cu seed; distribuțiile folosite — uniformă, exponențială (CDF inversă), normală (Box–Muller), Poisson (Knuth). Seed-ul este afișat și poate fi partajat.

Surse

  1. 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
  2. IEC 60076-7:2018 — Power transformers, Part 7: Loading guide for mineral-oil-immersed power transformers — IEC, 2018
  3. Comparison of Loading Guide Standards (IEEE C57.91 and IEC 60076-7): ageing equations, exponents n/m by cooling mode, 180 000 h normal life — IEEE PES Transformers Committee, C57.91 working group
  4. ANSI C84.1 — Electric Power Systems and Equipment: Voltage Ratings (60 Hz); Range A service voltage ±5 % (114–126 V on 120 V), Range B 110–127 V — NEMA / ANSI (summarised in USDA Rural Utilities Service guidance), 2020
  5. EN 50160:2022 — Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks, clause 4 low-voltage supply characteristics (clause 4 is not in the free preview, which ends at the scope) — CENELEC, CLC/TC 8X (official preview of the English text via the Slovak national standards body ÚNMS SR, STN EN 50160:2023), 2022
  6. A. Klajn, M. Bątkiewicz-Pantuła — Application Note: Standard EN 50160, Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks (LV supply voltage variations: Un ± 10 % for 95 % of the 10-min mean rms values of each week) — European Copper Institute / Leonardo ENERGY, Publication No. Cu0147, 2013
  7. W. H. Kersting — Distribution System Modeling and Analysis (approximate voltage drop, uniformly distributed load, line losses) — CRC Press, 2017
  8. C. Hachmann et al. — Cold load pickup model parameters based on measurements in distribution systems (exponential decay model, CLPU factors ≈ 1.9–2.8) — IET Generation, Transmission & Distribution 13(23), 2019
  9. 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

Cine face asta ca meserie

Model educațional — nu pentru decizii operaționale. Site-urile reale calibrează fiecare constantă la propriile echipamente și date.