Study of asymmetries in 0.4 kV distribution linewith different schemes of supply transformersand connectionof single-phase renewable energy source

Abstract

The aim of the work is studying asymmetric modes of 10/0.4 kVdistribution transformers at connecting single-phase renewable energy sources.This problem is relevant due to increasingly use of such sources.To achieve this goal, calculation of asymmetric modes,asymmetry coefficients for zero and negative sequences and values of phase voltages is performed. This proposed model is novel since it allows analyzing the asymmetry coefficients when connecting single-phase sources directly to distribution transformer low-voltage buses or via supplying three-phase line.Important is that transformer connection diagram is taken into account.It is shown that D/y0 connection has significant advantages over Y/y0 diagram, which is impractical in these modes.When injecting directly onto transformer low-voltage buses, the D/y0 circuit ensures permissible values of phase voltages and asymmetry coefficients in the entire range of injection variation, up to rated current of the transformer.Permissible values of injection via the three-phase line are significantly reduced due to the noticeable negative effect of its zero-sequence impedance.For estimation of injection permissible value depending on three-phase line length and its parameters, it is necessary to calculate the mode. Y/z0 circuit has somewhat better indicators compared to D/y0 circuit.In the case of connecting a single-phase generation source through a three-phase 4-core cable, the permissible value of injection is limited not so much by transformer parameters as mainly by the significantly higher zero-sequence impedance of the cable.

Scopul lucrării este studierea modurilor asimetrice ale transformatoarelor de distribuție 10/0,4 kV la conectarea surselor monofazate.de energie regenerabilă. Această problemă este actuală datorită utilizării tot mai răspândite surselor monofazate, care afectează simetria rețelei de distribuție. Pentru atingerea scopului este efectuată calcularea modurilor asimetrice și evaluată admisibilitatea asimetriei utilizând coeficienții de asimetrie pentru secvențele zero și inversă și valoarea tensiunilor de fază. Modelul propus este inovator, deoarece permite analiza coeficienților de asimetrie cât la barele de joasă tensiune ale transformatorului de distribuție, atât și la conectarea surselor prin linia trifazată. Totodată este considerată schema de conectare a înfășurărilor. Este demonstrat, că schema înfășurărilor D/y0 are avantaje semnificative față de schema Y/y0, a cărei utilizarea în acest mod este indezirabilă. La injectarea directă pe barele de joasă tensiune ale transformatorului, schema D/y0 asigură valori admisibile tensiunilor de fază și coeficienților de asimetrie pentru secvențele zero și inversă pentru variație injecției până la curentul nominal al transformatorului. Valorile permisede injecție printr-o linie trifazată sunt reduse semnificativ datorită influenței impedanței sale de secvență zero. Pentru estimarea injecției permise în linia trifazată este necesară calcularea modului. Conexiunea Y/z0 are performanțe puțin mai bune decât D/y0. În cazul conectării sursei printr-un cablu trifazat cu 4 fire și schemele D/y0 și Y/z0, valoarea admisibilă a injecției este limitată de parametri transformatorului, și impedanța semnificativ mai mare de secvență zero a cablului.

Цель работы-исследование несимметричных режимов распределительных трансформаторов10/0,4 кВ при подключении однофазных источников возобновляемой энергии. Данная проблема актуальна ввиду все более широкого распространения таких источников, влияющих на режим распределительной сети. Для достижения цели решена задача расчета несимметричныхрежимов и оценки допустимости несимметрии с помощью коэффициентов несимметрии напряжений по нулевой и обратной последовательности и анализа модулей фазных напряжений. Новизна предложенной модели состоит в учете реальной схемы соединения обмоток ипозволяет анализировать показатели несимметрии при подключении однофазных источников возобновляемой энергии как непосредственно на шины низкого напряжения распределительного трансформатора, так и через трехфазную линию, питающую потребителей/производителей электрической энергии. Показано, что при работе в режиме однофазной инжекции схема соединения обмоток D/y0 обладает значительными преимуществами перед схемой Y/y0, использование которой в данном режиме нецелесообразно. При инжекции непосредственно на шины низкогонапряжения трансформатора схема D/y0 обеспечивает допустимые величины фазных напряжений и коэффициентов несимметрии по нулевой и обратной последовательностям во всем диапазоне изменения инжекции, вплоть до номинального тока трансформатора. Допустимые значенияинжекции через трехфазную линию значительно снижаются ввидузаметного влияния ее сопротивления нулевой последовательности. Для оценки величины допустимой инжекции в зависимости от параметров и длины трехфазной линии необходимопроводить расчет режима.Показано, что схема соединения Y/z0 обладает несколько лучшими показателями по сравнению со схемой D/y0. При подключении источника однофазной генерации через трехфазный 4-х жильный кабель и использованиисхем D/y0 и Y/z0 допустимая величина этой генерациибудет ограничена не столько параметрами трансформатора,сколько главным образом существенно большим сопротивлением нулевой последовательности кабеля.