Lacroix, Jean-Sébastien (2012) Multiphase Short-Circuit Analysis Solver in Phase Domain Using a Modified-Augmented-Nodal Analysis Approach.
Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal.
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Résumé
RÉSUMÉ
Ce mémoire présente un nouvel algorithme qui a pour objectif de
calculer les valeurs de court-circuit en utilisant une méthode d’analyse
nodale-modifiée-augmentée (MANA). L’intérêt principal de cette méthode
est la résolution de réseaux de distributions qui sont complexes et
déséquilibrés. Cependant, cette méthode peut être appliquée à la
résolution de réseaux équilibrés, déséquilibrés, radiaux et bouclés, et
de façon générale aux réseaux de distribution et de transport. La
contribution significative de cette recherche est le développement d’une
méthode générale capable de résoudre des fautes parallèles, des fautes
séries et des fautes simultanées sur divers barres du réseau tout en
évaluant les courants de contributions sur l’ensemble des appareils
constituants le réseau multi-phasé. De plus, ce document présente un
algorithme de résolution du court-circuit sur toutes les barres du
réseau avec une méthode efficace combinée avec un solveur robuste et
performant pour des systèmes linéaires à matrices creuses
non-symétriques. La méthodologie proposée est de définir les modèles des
équipements typiques que l’on retrouve dans les réseaux de
distribution, soit les sources de postes, les transformateurs à deux
enroulements, les transformateurs à trois enroulements, les machines
synchrones, les machines à inductions, les lignes couplées, les câbles
et les appareils de protections et de sectionnement. Par la suite, on
tente de développer des algorithmes pouvant résoudre les systèmes
multi-phase complexes et déséquilibrés. Enfin, une aperçue des
techniques de résolution directes de systèmes linéaires est étudiée pour
réduire le temps de calculs pour la résolution du problème de
court-circuit. Les modèles et les algorithmes ont été validés en
comparant les résultats avec des références publiées. Les résultats
démontrent une bonne précision numérique des modèles et une robustesse
des algorithmes. La performance de la résolution demeure cependant une
recherche importante à poursuivre.
ABSTRACT
This dissertation
presents a new algorithm for the calculations of short-circuit currents
in multiphase power systems using the modified-augmented-nodal analysis
(MANA) approach. The main focus of this method is to solve complex
unbalanced distribution systems. However, the proposed method is also
applicable to balanced, unbalanced, radial and highly meshed secondary
networks or transmission systems. The main contribution of this research
is the development of a general method able to compute shunt, series
and simultaneous fault currents at fault locations with the evaluation
of contributing currents on all network devices using a multiphase
circuit representation. It also presents how to compute short-circuit
currents at any system location with an efficient method combined with a
high-performance and robust package for large sparse asymmetric linear
systems. The proposed methodology starts by defining typical models of
devices in the distribution system, such as substation sources,
two-winding transformers, three-winding transformers, synchronous
machines, induction machines, overhead electromagnetic coupled lines,
cables, switching devices and protective devices. Then, short-circuit
algorithms are developed to solve multiphase complex unbalanced systems.
An overview of sparse linear equation direct solution methods is also
presented for the objective of computational time reduction in large
scale systems.
The models and algorithms are validated using published references. The
validation tests cases have shown good numerical accuracy and robustness
on small and large networks. The performance remains an issue for large
networks and further research remains to be contributed on this
particular aspect.
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