Upravljaš 500 kVA transformator in nizkonapetostni izvod, ki oskrbujeta 150 domov in njihova električna vozila. Preobremenitev segreva izolacijo in jo hitro stara; dolg izvod pusti napetost na oddaljenem koncu upasti. En korak je 5 minut.
Kaj se boste naučili
Kako temperaturi olja in najvišje točke navitja transformatorja sledita obremenitvi z zelo različnima časovnima konstantama (IEEE C57.91 / IEC 60076-7).
Zakaj je staranje eksponentno glede na temperaturo: nekaj ur blizu 140 °C lahko stane dneve običajne življenjske dobe.
Katere vzvode ima distribucijski operater: hlajenje, upravljano polnjenje električnih vozil, prenos obremenitve, jalova moč in odcepi ter krmiljenje bremen.
Simulator
Čas 0 min
✓Najvišja temperatura transformatorja pod 110 °C
!Najvišja temperatura 110–120 °C (hitrejše staranje)
⚠Najvišja temperatura nad 120 °C
⌂Domovi z napetostjo v območju
!Domovi blizu meje napetosti
✕Izven območja ali brez napajanja
◎Ventilatorji / kondenzator v uporabi
•Približno tri električna vozila polnijo
Kontrole
Ventilatorji dvignejo hladilno zmogljivost za približno tretjino; olje je pri enaki obremenitvi hladnejše.
Upravljani načini veljajo le za voznike, vpisane v program; ostali polnijo ob prihodu.
Sklene povezovalno stikalo za del izvoda. Sosed ima svojo omejitev (120 %), dolga povezava pa zniža napetost.
150 kvar jalove podpore: dvigne napetost na oddaljenem koncu in nekoliko zmanjša tok.
Vsak korak dvigne vse napetosti za 1,25 % – pri nizki obremenitvi lahko bližnji konec potisne nad +5 %.
Neposredno upravljanje bremen bojlerjev in klimatskih naprav: en blok −15 % gospodinjske obremenitve za 60 min, nato 2-urna zapora, medtem ko si opomorejo. Polovica odklopljene energije se pozneje vrne.
Kazalniki
Najvišja temperatura navitja
59°C
običajno
Obremenjenost transformatorja
42%
običajno
Največje odstopanje napetosti
0,9%
običajno
Faktor pospešitve staranja
0,00×
običajno
Temperatura zgornjega olja
53 °C
Zunanja temperatura
30,8 °C
Porabljena življenjska doba izolacije (ekvivalentne ure)
0,0 h
Obremenitev transformatorja
202 kW
Moč polnjenja električnih vozil
0 kW
Napetost na transformatorju
100,9 %
Napetost na koncu izvoda
100,0 %
Izgube
3,1 kW
Neodjeta energija
0 kWh
Breme, odklopljeno z upravljanjem
0 kWh
Energija električnih vozil, ki še manjka
0 %
Obremenjenost sosednjega transformatorja
42 %
Faktor hladnega zagona obremenitve
1,00 ×
Trend
Krizni scenariji
Stopnja 1 · Večerni vrh električnih vozil med vročinskim valom
Popoldne med vročinskim valom: klimatske naprave delujejo v vsakem domu, med 17:00 in 20:00 pa se bo priklopilo 100 električnih vozil – povrh večernega gospodinjskega vrha. Le 70 % voznikov je vpisanih v upravljano polnjenje. Prebij se do 07:00, ne da bi pregrel ali izklopil transformator in ne da bi se naslanjal na odklapljanje bremen.
Najvišja temperatura nikoli nad 110 °C
Porabljena življenjska doba izolacije ≤ 17 h (ne hitreje kot običajno)
Nobenemu odjemalcu ne zmanjka napajanja
Odklopljena obremenitev ≤ 60 kWh
Stopnja 2 · Okvara pri sosedu: prevzem njegovih odjemalcev
Ob 17:00 odpove sosednji transformator. Polovica njegovih domov se prek dolgega povezovalnega kabla preklopi na oddaljeni konec tvojega izvoda. Dodatni tok teče po vsej dolžini tvojega voda: vsak dom naj ostane znotraj ±5 % nazivne napetosti (ANSI C84.1 območje A), svojega transformatorja pa ne preobremeni.
Vse napetosti znotraj ±5 % (od 10 min po okvari)
Nobenemu odjemalcu ne zmanjka napajanja
Najvišja temperatura nikoli nad 120 °C
Odklopljena obremenitev ≤ 60 kWh
Stopnja 3 · Hladni zagon obremenitve po izpadu
Šesturni izpad na mrzel večer se konča ob 18:00. Vsi grelniki so bili ugasnjeni in vsako električno vozilo čaka na polnjenje. Ko ekipa vklopi stikalo, se obremenitev vrne daleč nad običajno – če izgubiš raznolikost, transformator spet izklopi. Obnovi napajanje brez drugega izpada, napetost ohrani v območju, omejitev pa naj bo majhna.
Brez drugega izpada (neodjeta energija = 0)
Vse napetosti znotraj ±5 % (od 10 min po vzpostavitvi)
Odklopljena obremenitev ≤ 120 kWh
Vsa električna vozila napolnjena do 07:00 (manjka ≤ 2 %)
Obremenitev transformatorja ostane pod pragom vzbujanja releja 150 %, ko je stikalo sklenjeno (od 18:05)
Osnova – model za številkami
Vsaka zveza, ki jo simulator uporablja, z virom. Konstante, označene kot predpostavke, so ilustrativne umeritve.
Gospodinjsko povpraševanje sledi dnevnemu profilu in vremenu; vsako električno vozilo polni s 7,2 kW, dokler ni polno.
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]Predpostavka: profil obremenitve, podatki o električnih vozilih, impedance izvoda, parametri hladnega zagona obremenitve in moč ventilatorjev so ilustrativne vrednosti za splošen primestni izvod, ne podatki iz resničnega omrežja.
Dvig temperature zgornjega olja se eksponentno približuje končni vrednosti za trenutno obremenitev, s časovno konstanto več ur.
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]
Najvišja temperatura navitja je nad oljem in sledi toku v nekaj minutah.
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]Poenostavitev: dvig najvišje temperature sledi eni eksponentni krivulji (k21 = 1, časovna konstanta k22·τw). Kratek presežek dvočlenske funkcije f2(t) po IEC 60076-7 po nenadnem skoku obremenitve ni modeliran, zato je lahko najvišja temperatura trenutno nekaj kelvinov prenizka.
Hladilna stopnja: ventilatorji spremenijo eksponente in moč, na katero se obremenitev nanaša.
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]Predpostavka: profil obremenitve, podatki o električnih vozilih, impedance izvoda, parametri hladnega zagona obremenitve in moč ventilatorjev so ilustrativne vrednosti za splošen primestni izvod, ne podatki iz resničnega omrežja.
Staranje izolacije glede na referenco 110 °C; približno podvojitev vsakih 6–7 K.
Približni padec napetosti vzdolž transformatorja in izvoda.
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]Predpostavka: profil obremenitve, podatki o električnih vozilih, impedance izvoda, parametri hladnega zagona obremenitve in moč ventilatorjev so ilustrativne vrednosti za splošen primestni izvod, ne podatki iz resničnega omrežja.
Območja napetosti oskrbe iz standardov napetosti.
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]
Zaščita: kdaj sprožita transformator in sosed.
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]Predpostavka: 30-minutna nastavitev preobremenitve, trenutni element 2,0 pu in sprožitev pri 140 °C najvišje temperature so ilustrativne nastavitve, zgrajene na mejah IEC 60076-7 za distribucijske transformatorje (1,5 pu običajno ciklično, 2,0 pu kratkotrajno zasilno, 140 °C najvišja temperatura). Prava zaščita uporablja krivulje varovalk ali relejev.
Po izpadu se vsa termostatska bremena vklopijo naenkrat; dodatna obremenitev eksponentno upada.
M0 = 1 + 1.4·(1 − e^(−D/90 min)); CLPU(t) = 1 + (M0 − 1)·e^(−t/60 min)[8][1]Predpostavka: profil obremenitve, podatki o električnih vozilih, impedance izvoda, parametri hladnega zagona obremenitve in moč ventilatorjev so ilustrativne vrednosti za splošen primestni izvod, ne podatki iz resničnega omrežja.
Druge konstante, ki jih uporablja 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 scalePredpostavka: profil obremenitve, podatki o električnih vozilih, impedance izvoda, parametri hladnega zagona obremenitve in moč ventilatorjev so ilustrativne vrednosti za splošen primestni izvod, ne podatki iz resničnega omrežja.
Naključnost: generator mulberry32 s semenom; uporabljene porazdelitve – enakomerna, eksponentna (inverzna CDF), normalna (Box–Muller), Poissonova (Knuth). Seme je prikazano in ga je mogoče deliti.
Viri
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