142
Conclusions:
The results of the work can be used in the design of power transformers in design organizations and in production
conditions. It is also possible to use the developed models in the operation of power transformers for the analysis of static and
dynamic modes of operation of sections of electrical networks.
Key words:
digital twins, simulation of transformers, stray fields, mutual inductances.
V.
В
ВЕДЕНИЕ
В настоящее время актуальной является задача по
созданию уточненных наукоемких математических
моделей
электроэнергетического
оборудования
(«цифровых двойников»). Данные модели должны
обладать
такими
свойствами,
как
точность,
быстродействие и универсальность, а также иметь
возможность интеграции с другими цифровыми
двойниками (ЦД) для имитации различных режимов
работы как отдельных устройств, так и энергосистемы в
целом. Как правило, для создания ЦД используются САЕ-
технологии, работающие с 3D- и 2D-моделями, такие как
ANSYS, COMSOL, ELCUT [1, 2, 3]. Основными
недостатками таких моделей являются значительное время
расчета, а также проблема стоимости вышеназванных
платформ. Более дешевый вариант аналогичной
технологии разработан в ИГЭУ на основе библиотеки
моделирования полей EMLib [4].
Достаточная для ЦД точность моделирования
произвольных режимов работы трансформаторов может
быть получена с использованием цепных моделей,
параметры которых предварительно рассчитываются с
использованием полевых моделей.
Анализ существующих моделей показывает, что
главный их недостаток состоит в отсутствии учета матриц
индуктивностей
полей
рассеяния
обмоток,
что
сказывается, главным образом, на точности расчета
переходных и аварийных режимов, особенно коротких
замыканий (КЗ). Недопустимо большие погрешности
возникают
при
моделировании
многообмоточных
трансформаторов.
Таким образом, актуальной является задача построения
имитационной модели силовых трансформаторов с
использованием матриц индуктивностей полей рассеяния
обмоток, учитывающих взаимное влияние полей рассеяния
в различных режимах работы трансформатора.
VI.
М
ЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В [5] описан подход к моделированию трансформатора
на основе так называемого «идеального трансформатора».
В [6] данный подход распространен на случай
математической модели нелинейного однофазного
трансформатора с потерями. В [7] приводятся основные
принципы
построения
модели
трехфазного
трансформатора.
С учетом обоснованных в [8] допущений построена
конечно-элементная модель однофазного трансформатора
(рис. 1).
Рис. 1 – Конечно-элементная модель магнитного поля для расчета
индуктивностей рассеяния однофазного трансформатора
Для
определения
индуктивности
рассеяния
трансформатора здесь моделируется опыт идеального КЗ
(намагничивающие силы обмоток задаются равными и
противоположно направленными). В этом случае
потокосцепление каждой катушки обмоток, будет
пропорционально ее индуктивности рассеяния.
а)
б)
в)
Рис. 2 – Элемент RLC Branch библиотеки MatLab Simulink
SimPowerSystem (а) и его схема замещения в линейном (б) и
нелинейном (в) вариантах
Для учета взаимного влияния полей рассеяния на
переходные режимы трансформатора была использована
библиотека Matlab Simulink SimPowerSystem. Для
моделирования
цепей
с
индуктивностью
здесь
используется линейный элемент RLC Branch (рис. 2,а). В то
же время для моделирования индуктивности можно
использовать электрическую схему замещения на основе
управляемого источника тока Controlled Current Source
