Design and test of simulation model of the controller of electromechanical tap-changers for hv/mv transformer

Authors

  • Jarosław Korpikiewicz Institute of Power Engineering Research Institute, Gdańsk, Reja 27, 80-870 Gdańsk, Poland
  • Mostefa Mohamed-Seghir Gdynia Maritime University, Morska 81-87, 81-225 Gdynia, Poland, Faculty of Electrical Engineering

DOI:

https://doi.org/10.26408/109.03

Keywords:

Simulink, regulator tap-changers for HV/MV transformer, simulation model

Abstract

At present, the simulation model of the electromechanical tap changer controller is not generally available. It is necessary in order to carry out tests of the voltage regulation system in the Main Supply Point (MSP). It is a lower voltage regulation system. The article presents simulation models of the tap changer controller working in a HV/MV station. The construction of all subsystems of the model is presented. Various methods of implementation of current compensation were also considered. The subsystems of the model and the whole have been simulated.

References

Brusiłowicz, B., Rebizant, W., Szafran, J., 2011, A New Method of Voltage Stability Margin Estimation Based on Local Measurements, 2011 IEEE, Beijing, China.

[2] Brusiłowicz, B., Szafran, J., 2012, Voltage and Local Stability Margin Regulation of the Receiving Node, Present Problems of Power System Control, no. 2, pp. 53–63, yadda.icm.edu.pl/baztech/ element/bwmeta1.element.baztech-article-BPW7-0025-0009/c/Brusilowicz.pdf.

[3] Brusiłowicz, B., Szafran, J., 2013, A New Method of the Stability Margin Determination of a Receiving Node, Present Problems of Power System Control, no. 3, pp. 75–82, http://www.psc.pwr.wroc.pl/.

[4] Brusiłowicz, B., Szafran, J., 2014a, Badanie wpływu działania przełącznika zaczepów transformatora na stabilność napięciową, Przegląd Elektrotechniczny, no. 3, pp. 90–93.

[5] Brusiłowicz, B., Szafran, J., 2014b, Voltage Stability Estimation of Receiving Node Using Approximate Model, Present Problems of Power System Control, no. 5, pp. 44–54, yadda.icm. edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-993595be-1701-4096-9248-71305d0f986d/c/ PPoPSC_ 2014Autumn_3.pdf.

[6] Chen, N., Jonsson, L.E., 2015, A New Hybrid Power Electronics On-Load Tap Changer for Power Transformer, Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2015 IEEE, pp. 1030–1037.

[7] Choi, J.-H., 2001, Advanced Voltage Regulation Method of Power Distribution Systems Interconnected with Dispersed Storage and Generation Systems (Revised), IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 16, no. 2.

[8] Cieślik, S., 2014, Regulacja napięcia w sieciach dystrybucyjnych niskiego napięcia z mikro¬insta¬lacjami, SEP, Poznań.

[9] Czapla, Ł., Jemielity, J., 2010, Opracowanie koncepcji i założeń technicznych do realizacji systemu zarządzania napięciem i mocą bierną obszaru sieci inteligentnej (SMART GRID), Instytut Energetyki Instytut Badawczy, Oddział Gdańsk, Gdańsk.

[10] Czapla, Ł., Ogryczak, T., 2012, System zarządzania napięciem i mocą bierną obszaru sieci inteligentnej (SMART GRID), Elektro.Info, no. 7–8.

[11] Faiz, J., Javidnia, H., 2008, Fast Response Solid-State On Load Transformers Tap-Changer, London, pp. 355–359.

[12] Faiz, J., Siahkolah, B., 2006, Differences between Conventional and Electronic Tap-Changers and Modifications of Controller, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 21, no. 3, pp. 1342–1349, http://ieeexplore.ieee.org/lpdocs/epic03/wrapper.htm?arnumber=1645174 [Accessed: 13 November 2015].

[13] Faiz, J., Siahkolah, B., 2011, Electronic Tap-Changer for Distribution Transformers, Springer-Verlag, Berlin.

[14] Gao, C., Redfern, M.A., 2011, Automatic Compensation Voltage Control Strategy for On-Load Tap Changer Transformers with Distributed Generations, Advanced Power System Automation and Protection (APAP), International Conference on 2011 IEEE, pp. 737–741.

[15] Hellman, W., Szczerba, Z., 1978, Regulacja częstotliwości i napięcia w systemie elektroenerge¬tycz¬nym, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa.

[16] Jezierski, E., Hasterman, Z., 1983, Transformatory, 2nd ed., Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa.

[17] Joon-Ho, C., Jae-Chul, K., 2000, Advanced Voltage Regulation Method at the Power Distribution Systems Interconnected with Dispersed Storage and Generation Systems, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 15, no. 2, pp. 691–696.

[18] Joon-Ho C., Seung-Il Moon, 2009, The Dead Band Control of LTC Transformer at Distribution Substation, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 1, pp. 319–326, http://ieeexplore. ieee.org/document/4749365/ [Accessed: 19 April 2018].

[19] Kołodziej, D., Jamielity, J., 2012, Układ regulacji transformatorowej typu URT. Dokumentacja tech¬niczno-ruchowa, http://ien.gda.pl/download_attachment.php?f=pl.attachment_7256553fa 63188c13.pdf.

[20] Korpikiewicz, J., 2017, New Possibility of Full Electronic Tap-Changer Control in HV/MV Transformers, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, no. 53, pp. 125–128, https://eia.pg.edu.pl/documents/10623/32925502/ZN_ WEIAPG_53.pdf.

[21] Korpikiewicz, J., Mysiak, P., 2017a, Classical and Solid-State Tap-Changers of HV/MV Regulating Transformers and Their Regulators, Acta Energetica, vol. 32, pp. 110–117.

[22] Korpikiewicz, J., Mysiak, P., 2017b, Voltage Stability and Control Tap-Changer of Power Transformer, Scientific Journal of Gdynia Maritime University, no. 98, pp. 100–108, http://zeszyty.am.gdynia.pl/sites/default/files/ZN499.pdf.

[23] Kot, A., Szpyra, W.L., 2009, Optymalna regulacja napięcia w sieciach rozdzielczych średniego napięcia, Acta Energetica, no. 2, pp. 89–105, http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1. element.baztech-article-BPB7-0022-0016 [Accessed: 9 November 2015].

[24] Lis, R., 2013, Problemy z oceną i sposoby poprawy stabilności napięciowej sieci przesyłowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.

[25] Machowski, J., 2007, Regulacja i stabilność systemu elektroenergetycznego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.

[26] Machowski, J., Bialek, J.W., Bumby, J.R., 2008, Power System Dynamics: Stability and Control, 2nd ed., Wiley, Chichester, UK.

[27] Pawlicki, B., 2015, Regulacja poziomu napięcia w zadaniu kształtowania zapotrzebowania na moc i energię elektryczną odbiorców końcowych w inteligentnych sieciach elektroenergetycznych, rozprawa doktorska, Wydział Elektryczny, Politechnika Warszawska, Warszawa.

[28] PN-EN 50160:2010, Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych.

[29] Ram, G., Prasanth, V., Bauer, P., Barthlein, E.-M., 2014, Comparative Analysis of On-Load Tap Changing (OLTC) Transformer Topologies, Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition (PEMC), 16th International, 2014 IEEE, pp. 918–923.

[30] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjo¬no¬wania systemu elektroenergetycznego, DzU 2007, nr 93, poz. 623.

[31] Sobczak, B., Rink, R., 2013. Kompensacja prądowa w regulatorach napięcia generatorów systemo¬wych – referat konferencyjny, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, no. 32, pp. 127–130.

[32] Szczeciński, P., Zajczyk, R., 2010, Wpływ układu kompensacji prądowej na pracę generatora przy zmianach napięcia w KSE, Acta Energetica, vol. 2, no. 4, pp. 77–82.

[33] Szczerba, Z., 2007, Czy stosować blokadę napięciową transformatorów 110/SN? X Ogólnopolska Konferencja „Zabezpieczenia przekaźnikowe w energetyce”, Komitet Automatyki Elektro¬energetycznej SEP, Nałęczów.

[34] The MathWorks, 2017, Simscape Power Systems. User’s Guide (Specialized Technology), R2017a.

[35] The MathWorks, 2018a, Simscape Power Systems. User’s Guide (Simscape Components), R2018a.

[36] The MathWorks, 2018b, Simulink. Developing S-Functions, R2018a.

[37] The MathWorks, 2018c, Simulink User’s Guide, R2018a.

[38] Ustawa z 10 kwietnia 1997 r. Prawo Energetyczne, DzU 2018, poz. 755.

[39] Wiszniewski, A., 2007, New Criteria of Voltage Stability Margin for the Purpose of Load Shedding, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 22, no. 3.

[40] Zajczyk, R., 2003, Modele matematyczne systemu elektroenergetycznego do badania elektromecha¬nicz¬nych stanów nieustalonych i procesów regulacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk.

Usuń [1] Brusiłowicz, B., Rebizant, W., Szafran, J., 2011, A New Method of Voltage Stability Margin Estimation Based on Local Measurements, 2011 IEEE, Beijing, China.

[2] Brusiłowicz, B., Szafran, J., 2012, Voltage and Local Stability Margin Regulation of the Receiving Node, Present Problems of Power System Control, no. 2, pp. 53–63, yadda.icm.edu.pl/baztech/ element/bwmeta1.element.baztech-article-BPW7-0025-0009/c/Brusilowicz.pdf.

[3] Brusiłowicz, B., Szafran, J., 2013, A New Method of the Stability Margin Determination of a Receiving Node, Present Problems of Power System Control, no. 3, pp. 75–82, http://www.psc.pwr.wroc.pl/.

[4] Brusiłowicz, B., Szafran, J., 2014a, Badanie wpływu działania przełącznika zaczepów transformatora na stabilność napięciową, Przegląd Elektrotechniczny, no. 3, pp. 90–93.

[5] Brusiłowicz, B., Szafran, J., 2014b, Voltage Stability Estimation of Receiving Node Using Approximate Model, Present Problems of Power System Control, no. 5, pp. 44–54, yadda.icm. edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-993595be-1701-4096-9248-71305d0f986d/c/ PPoPSC_ 2014Autumn_3.pdf.

[6] Chen, N., Jonsson, L.E., 2015, A New Hybrid Power Electronics On-Load Tap Changer for Power Transformer, Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), 2015 IEEE, pp. 1030–1037.

[7] Choi, J.-H., 2001, Advanced Voltage Regulation Method of Power Distribution Systems Interconnected with Dispersed Storage and Generation Systems (Revised), IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 16, no. 2.

[8] Cieślik, S., 2014, Regulacja napięcia w sieciach dystrybucyjnych niskiego napięcia z mikro¬insta¬lacjami, SEP, Poznań.

[9] Czapla, Ł., Jemielity, J., 2010, Opracowanie koncepcji i założeń technicznych do realizacji systemu zarządzania napięciem i mocą bierną obszaru sieci inteligentnej (SMART GRID), Instytut Energetyki Instytut Badawczy, Oddział Gdańsk, Gdańsk.

[10] Czapla, Ł., Ogryczak, T., 2012, System zarządzania napięciem i mocą bierną obszaru sieci inteligentnej (SMART GRID), Elektro.Info, no. 7–8.

[11] Faiz, J., Javidnia, H., 2008, Fast Response Solid-State On Load Transformers Tap-Changer, London, pp. 355–359.

[12] Faiz, J., Siahkolah, B., 2006, Differences between Conventional and Electronic Tap-Changers and Modifications of Controller, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 21, no. 3, pp. 1342–1349, http://ieeexplore.ieee.org/lpdocs/epic03/wrapper.htm?arnumber=1645174 [Accessed: 13 November 2015].

[13] Faiz, J., Siahkolah, B., 2011, Electronic Tap-Changer for Distribution Transformers, Springer-Verlag, Berlin.

[14] Gao, C., Redfern, M.A., 2011, Automatic Compensation Voltage Control Strategy for On-Load Tap Changer Transformers with Distributed Generations, Advanced Power System Automation and Protection (APAP), International Conference on 2011 IEEE, pp. 737–741.

[15] Hellman, W., Szczerba, Z., 1978, Regulacja częstotliwości i napięcia w systemie elektroenerge¬tycz¬nym, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa.

[16] Jezierski, E., Hasterman, Z., 1983, Transformatory, 2nd ed., Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa.

[17] Joon-Ho, C., Jae-Chul, K., 2000, Advanced Voltage Regulation Method at the Power Distribution Systems Interconnected with Dispersed Storage and Generation Systems, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 15, no. 2, pp. 691–696.

[18] Joon-Ho C., Seung-Il Moon, 2009, The Dead Band Control of LTC Transformer at Distribution Substation, IEEE Transactions on Power Systems, vol. 24, no. 1, pp. 319–326, http://ieeexplore. ieee.org/document/4749365/ [Accessed: 19 April 2018].

[19] Kołodziej, D., Jamielity, J., 2012, Układ regulacji transformatorowej typu URT. Dokumentacja tech¬niczno-ruchowa, http://ien.gda.pl/download_attachment.php?f=pl.attachment_7256553fa 63188c13.pdf.

[20] Korpikiewicz, J., 2017, New Possibility of Full Electronic Tap-Changer Control in HV/MV Transformers, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, no. 53, pp. 125–128, https://eia.pg.edu.pl/documents/10623/32925502/ZN_ WEIAPG_53.pdf.

[21] Korpikiewicz, J., Mysiak, P., 2017a, Classical and Solid-State Tap-Changers of HV/MV Regulating Transformers and Their Regulators, Acta Energetica, vol. 32, pp. 110–117.

[22] Korpikiewicz, J., Mysiak, P., 2017b, Voltage Stability and Control Tap-Changer of Power Transformer, Scientific Journal of Gdynia Maritime University, no. 98, pp. 100–108, http://zeszyty.am.gdynia.pl/sites/default/files/ZN499.pdf.

[23] Kot, A., Szpyra, W.L., 2009, Optymalna regulacja napięcia w sieciach rozdzielczych średniego napięcia, Acta Energetica, no. 2, pp. 89–105, http://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1. element.baztech-article-BPB7-0022-0016 [Accessed: 9 November 2015].

[24] Lis, R., 2013, Problemy z oceną i sposoby poprawy stabilności napięciowej sieci przesyłowej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.

[25] Machowski, J., 2007, Regulacja i stabilność systemu elektroenergetycznego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa.

[26] Machowski, J., Bialek, J.W., Bumby, J.R., 2008, Power System Dynamics: Stability and Control, 2nd ed., Wiley, Chichester, UK.

[27] Pawlicki, B., 2015, Regulacja poziomu napięcia w zadaniu kształtowania zapotrzebowania na moc i energię elektryczną odbiorców końcowych w inteligentnych sieciach elektroenergetycznych, rozprawa doktorska, Wydział Elektryczny, Politechnika Warszawska, Warszawa.

[28] PN-EN 50160:2010, Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach elektroenergetycznych.

[29] Ram, G., Prasanth, V., Bauer, P., Barthlein, E.-M., 2014, Comparative Analysis of On-Load Tap Changing (OLTC) Transformer Topologies, Power Electronics and Motion Control Conference and Exposition (PEMC), 16th International, 2014 IEEE, pp. 918–923.

[30] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjo¬no¬wania systemu elektroenergetycznego, DzU 2007, nr 93, poz. 623.

[31] Sobczak, B., Rink, R., 2013. Kompensacja prądowa w regulatorach napięcia generatorów systemo¬wych – referat konferencyjny, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, no. 32, pp. 127–130.

[32] Szczeciński, P., Zajczyk, R., 2010, Wpływ układu kompensacji prądowej na pracę generatora przy zmianach napięcia w KSE, Acta Energetica, vol. 2, no. 4, pp. 77–82.

[33] Szczerba, Z., 2007, Czy stosować blokadę napięciową transformatorów 110/SN? X Ogólnopolska Konferencja „Zabezpieczenia przekaźnikowe w energetyce”, Komitet Automatyki Elektro¬energetycznej SEP, Nałęczów.

[34] The MathWorks, 2017, Simscape Power Systems. User’s Guide (Specialized Technology), R2017a.

[35] The MathWorks, 2018a, Simscape Power Systems. User’s Guide (Simscape Components), R2018a.

[36] The MathWorks, 2018b, Simulink. Developing S-Functions, R2018a.

[37] The MathWorks, 2018c, Simulink User’s Guide, R2018a.

[38] Ustawa z 10 kwietnia 1997 r. Prawo Energetyczne, DzU 2018, poz. 755.

[39] Wiszniewski, A., 2007, New Criteria of Voltage Stability Margin for the Purpose of Load Shedding, IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 22, no. 3.

[40] Zajczyk, R., 2003, Modele matematyczne systemu elektroenergetycznego do badania elektromecha¬nicz¬nych stanów nieustalonych i procesów regulacyjnych, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk.

1/2 języków ukończono

Downloads

Published

2019-03-30

How to Cite

Korpikiewicz, J., & Mohamed-Seghir, M. (2019). Design and test of simulation model of the controller of electromechanical tap-changers for hv/mv transformer. Scientific Journal of Gdynia Maritime University, 1(109), 30–46. https://doi.org/10.26408/109.03

Issue

No. 109 (2019)

Section

Articles

License

Copyright (c) 2019 The Author(s)

Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Authors retain the copyright to their work, licensing it under the Creative Commons Attribution License Attribution 4.0 International licence (CC BY 4.0) which allows articles to be re-used and re-distributed without restriction, as long as the original work is correctly cited. The author retains unlimited copyright and publishing rights.