Original title: Dynamický model vysokonapěťového vakuového vypínače a asynchronního motoru pro simulaci spínacích přechodových dějů pomocí Clarkeové transformace
Translated title: Dynamic Model of Medium Voltage Vacuum Circuit Breaker and Induction Motor for Switching Transients Simulation using Clarke Transformation
Authors: Pígl, Jan ; Bernat,, Petr (referee) ; Ferková, Želmíra (referee) ; Cipín, Radoslav (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2023
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract: [cze] [eng]
Odvození dynamického modelu vysokonapěťového vakuového vypínače a asynchronního motoru v prostorových vektorech v souřadnicovém systému 0 nám umožňuje modelovat spínací přechodné děje v různých dynamických stavech motoru. V případě Clarkeové transformace může být vybrána odpovídající metoda numerické integrace a to včetně integračních metod s proměnným časovým krokem za účelem odstranění numerické nestability vzhledem k tuhosti daného systému. Vznik nesymetrie v soustavě například v důsledku spínání způsobí, že se rozvodný systém stane nerovnovážným a transformované rovnice složek , , 0 nebudou vzájemně nezávislé. Proto je nutné odvodit vazební matici mezi napětími a proudy vypínače v souřadnicovém systému 0. Chování dynamického modelu při přechodu mezi rovnovážnými a nerovnovážnými stavy systému bylo experimentálně ověřeno na laboratorním modelu. Předmětem našeho zájmu jsou spínací přepětí, která se vyskytují při vypínání malých induktivních proudů vakuovým vypínačem. Při odvozování modelu vakuového vypínače byly zohledněny všechny jeho vlasnosti se kterými se při tomto ději setkáváme tj. odseknutý proud, virtuální odseknutý proud, dielektrická bariéra ve vypínači a její míra zotavení a schopnost vypínače zhasnout vysokofrekvenční proud. Dynamický model je dále rozšířen o ochrany proti přepětí a frekvenčně závislý model vedení. Simulační výsledky jsou porovnány se změřenými výsledky na vysokonapěťovém motoru a rovněž se simulačními výsledky matematického modelu zkušebního obvodu v souladu s IEC 62271-110 řešeného metodou uzlových napětí (metoda EMTP). Modely jsou implementovány v programovém prostředí MATLAB/Simulink. Derivation of the dynamic model of medium voltage vacuum circuit breaker and induction motor in space vectors in coordinates 0 allow us to model switching transients in various dynamic states of the motor. In the case of the Clarke transformation, the corresponding numerical integration technique can be selected including variable time-step integration techniques to avoid numerical instabilities due to the stiffness of the system. Assymetrical operations such as switching cause that power system becomes unbalanced and the transformed equations , and 0 are not uncoupled. Therefore it is necessary to derive a coupling matrix between circuit breaker voltages and currents in the coordinate system 0. The behavior of the dynamic model was experimentally verified on a laboratory model during the transition between balanced and unbalanced states of the system. The subject of our interest are switching overvoltages that arise when turning off small inductive currents by a vacuum circuit breaker. When deriving the model of a vacuum circuit breaker, all its properties encountered during this action were taken into account, i.e. current chop, virtual current chop, dielectric barrier in the circuit breaker and its recovery rate and the ability of the vacuum circuit breaker to extinguish high frequency currents. Dynamic model is further extended by overvoltage protections and frequency-dependent line model. Simulation results are compared with the measured results on a medium voltage motor and as well as with the simulation results of the mathematical model of the test circuit according to IEC 62271-110 resolved using nodal method (EMTP algorithm). Models are implemented in the MATLAB/Simulink programming environment.
Keywords: Frequency dependent line model; RC Snubber; Switching Transients; Vacuum Circuit Breaker; Induction Motor; Clarke transformation; Space vectors; EMTP; ODE23s; Numerical Inverse Laplace Transform; Surge Arrester; Asynchronní motor; Clarkeové transformace; EMTP; Model frekvenčně závislého vedení; Numerická inversní laplaceova transformace; ODE23s; Prostorové vektory; RC člen; Spínací přepětí; Svodič přepětí; Vakuový vypínač

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/212485

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-530732


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses