Учет гармонических искажений при моделировании электромагнитных полей, создаваемых линиями электропередачи, питающими тяговые подстанции железных дорог

  • Наталья Васильевна Буякова
  • Василий Пантелеймонович Закарюкин
  • Андрей Васильевич Крюков
  • Дмитрий Александрович Середкин
Ключевые слова: электромагнитные поля, высшие гармоники, моделирование

Аннотация

При формировании интеллектуальных электрических сетей особое внимание уделяется вопросам безопасности функционирования объектов электроэнергетики и снижению их негативного воздействия на персонал и окружающую среду. На таких объектах могут наблюдаться значительные уровни напряженности электромагнитных полей. Для обеспечения электромагнитной безопасности в современных условиях, характеризующихся масштабным внедрением средств цифровизации, необходима разработка алгоритмов цифрового моделирования электромагнитного поля. Адекватные модели электромагнитного поля, создаваемого линиями электропередачи, могут быть получены на основе методов определения режимов электроэнергетических систем в фазных координатах. На базе таких моделей разработана методика анализа электромагнитной безопасности, отличающаяся от известных подходов системностью, универсальностью, адекватностью внешней среде и комплексностью. Методика позволяет определять напряженность электромагнитных полей, создаваемых многопроводными линиями электропередачи с учетом высших гармонических составляющих токов и напряжений. В условиях цифровизации электроэнергетики применение предложенной методики на практике позволит научно обоснованно подходить к анализу условий электромагнитной безопасности в электроэнергетических системах и разрабатывать мероприятия по ее улучшению.

Биографии авторов

Наталья Васильевна Буякова

кандидат техн. наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», Ангарский государственный технический университет, Ангарск, Россия.

Василий Пантелеймонович Закарюкин

доктор техн. наук, профессор-консультант ООО «Smart grid», Иркутский государственный университет путей сообщения, Иркутск, Россия.

Андрей Васильевич Крюков

доктор техн. наук, профессор кафедры электроэнергетики транспорта, Иркутский государственный университет путей сообщения, Иркутск, Россия; профессор кафедры электроснабжения и электротехники, Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск, Россия.

Дмитрий Александрович Середкин

аспирант Иркутского государственного университета путей сообщения, Иркутск, Россия.

Литература

1. Сидоров А.И., Окраинская И.С. Электромагнитные поля вблизи электроустановок сверхвысокого напряжения. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008, 204 с.
2. Мисриханов М.Ш., Рубцова Н.Б., Токарский А.Ю. Обеспечение электромагнитной безопасности электросетевых объектов. М., Вологда: Инфра-Инженерия, 2019, 508 с.
3. Аполлонский С.М. Проблемы электромагнитной безопасности на электрифицированной железной дороге. т. 2. Электромагнитная безопасность на железной дороге с переменным током в тяговой сети. М.: Русайнс, 2017, 415 с.
4. Косарев А.Б., Косарев Б.И. Основы электромагнитной безопасности систем электроснабжения железнолорожного транспорта. М.: Интекст, 2008, 480 с.
5. Буякова Н.В., Закарюкин В.П., Крюков А.В. Электромагнитная безопасность в системах электроснабжения железных дорог: моделирование и управление. Ангарск: Изд-во АнГТУ, 2018, 382 с.
6. Блейк Л.Б. Защита от электромагнитных полей: о влиянии на организм человека бытовых электроприборов, мобильных телефонов, линий электропередач и других электрических устройств. М.: АСТ, Астрель, 2007, 447 с.
7. Qabazard M. Survey of Electromagnetic Field Radiation Associated with Power Transmission Lines in the State of Kuwait. – 2007 IEEE International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications, 2007, DOI:10.1109/ICEAA.2007.4387423.
8. Taheri P., Kordi B., Gole A.М. Transient Electromagnetic Fields Associated with a Power Transmission Line above a Lossy Ground. – IEEE 13th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics and the Canadian Radio Science Meeting, 2009, DOI:10.1109/ANTEMURSI.2009.4805118.
9. Bat-Erdene B., Battulga M., Tuvshinzaya G. Method of Calculation of Low-Frequency Electromagnetic Field around 15 kV Transmission Lines. – IEEE International Conference on Power and Energy, 2020, DOI:10.1109/PECon48942.2020.9314436.
10. Chervenkov A.G. Electromagnetic Field Evaluation in Building Located Close to High-Voltage Overhead Line. – IEEE 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems, 2021, DOI: 10.1109/ELMA52514.2021.9503058.
11. Chervenkov A.G. Modelling and Evaluation of Electromagnetic Field of Urban High-Voltage Power Line. – IEEE 7th International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering, 2020, DOI:10.1109/EEAE49144.2020.9278992.
12. Radulovic J.J., Rankovic V.M. Application of RBF Neural Network and ANFIS for Electromagnetic Field Prediction around the Power Lines. – IEEE 9th International Conference on Telecommunication in Modern Satellite, Cable, and Broadcasting Services, 2009, DOI: 10.1109/TELSKS.2009.5339473.
13. Xu L., et al. Research on Electric Field of High-Voltage Transmission Line Power Frequency. – IEEE International Conference on Power System Technology, 2006, DOI: 10.1109/ICPST.2006.321493.
14. Maruthi R., et al. Channakeshava. Computation and measurement of AC electric and magnetic field lateral profiles and longitudinal contours under transmission lines. – International Conference on Energy Management and Power Delivery EMPD '95, 1995, vol. 1, DOI: 0.1109/EMPD.1995.500727.
15. Rachedi B.A., et al. Evaluation of Electromagnetic Field Produced by Multi-Parallel High Voltage Lines. – IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2014, DOI:10.1109/IEPS.2014.6874197.
16. Feng G., Wang Ya., Zhang B. Study on Electromagnetic Environment of Multi-circuit Transmission Lines on Same Tower. – Joint International Conference on Power System Technology and IEEE Power India Conference, 2008, DOI: 10.1109/ICPST.2008.4745302.
17. Ogunsola A., Mariscotti A. Electromagnetic Compatibility in Railways: Analysis and Management. Springer, 2013, 568 p.
18. Xiaotian L., et al. EMC in Rail Transportation. – Energy Procedia, 2016, 104, pp. 526–531, DOI:10.1016/j.egypro.2016.12.089.
19. Baranowski S., et al. EMC Analysis of Railway Power Substation Modeling and Measurements Aspects. – Infrastructure Design, Signalling and Security in Railway, 2012, DOI:10.5772/37522.
20. Kircher R., et al. Electromagnetic Fields Related to High-Speed Transportation Systems. – Transportation Systems and Technology, 2018, 4(2), pp. 152–166, DOI: 0.17816 / transsyst201842152-166.
21. Oancea C.D., Calin F., Golea V. On the Electromagnetic Field in the Surrounding Area of Railway Equipment and Installations. – 2019 International Conference on Electromechanical and Energy Systems, 2019, DOI: 10.1109/SIELMEN.2019.8905871.
22. Lu N., et al. The Research on Electromagnetic Emission of Traction Network with Short-circuit Current Pulse. – IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2021, DOI: 10.1109/tte.2021.3115578.
23. Закарюкин В.П., Крюков А.В. Сложнонесимметричные режимы электрических систем. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 2005, 273 с.
24. Buyakova N.V., et al. Simulation of Electromagnetic Fields Generated by Overhead Power Linesand Railroad Traction Networks. – Energy Systems Research, 2021, vol . 4, No. 2, pp. 70–88.
25. Закарюкин В.П., Крюков А.В., Черепанов А.В. Интеллектуальные технологии управления качеством электроэнергии. Иркутск: ИрНИТУ, 2015, 218 с.
26. Carson I.R. Wave Propagation in Overhead Wires with Ground Return. – Bell System Technical Journal, 1926, vol. 5, pp. 539–554, DOI:10.1002/J.1538-7305.1926.TB00122.X.
#
1. Sidorov A.I., Okrainskaya I.S. Elektromagnitnye polya vblizi elektroustanovok sverhvysokogo napryazheniya (Electromagnetic Fields Near Ultra-High Voltage Electrical Installations). Chelyabinsk: Izd-vo YuUrGU, 2008, 204 p.
2. Misrihanov M.Sh., Rubtsova N.B., Tokarskiy A.Yu. Obespechenie elektromagnitnoy bezopasnosti elektrosetevyh ob"ektov (Provision of Electromagnetic Safety of Electric Grid Facilities). М., Vologda: Infra-Inzheneriya, 2019, 508 p.
3. Apollonskiy S.М. Problemy elektromagnitnoy bezopasnosti na elektrifitsirovannoy zheleznoy doroge. t. 2. Elektromagnitnaya bezopasnost' na zheleznoy doroge s peremennym tokom v tyagovoy seti (Problems of Electromagnetic Safety on an Electrified Railway. vol. 2. Electromagnetic Safety on an Alternating Current Railway in a Traction Network). М.: Rusayns, 2017, 415 p.
4. Kosarev A.B., Kosarev B.I. Osnovy elektromagnitnoy bezopasnosti sistem elektrosnabzheniya zheleznolorozhnogo transporta (Fundamentals of Electromagnetic Safety of Power Supply Systems of Railway Transport). М.: Intekst, 2008, 480 p.
5. Buyakova N.V., Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Elektromagnitnaya bezopasnost' v sistemah elektrosnabzheniya zheleznyh dorog: modelirovanie i upravlenie (Electromagnetic Safety in Railway Power Supply Systems: Modeling and Management). Angarsk: Izd-vo AnGTU, 2018, 382 p.
6. Bleyk L.B. Zashchita ot elektromagnitnyh poley: o vliyanii na organizm cheloveka bytovyh elektropriborov, mobil'nyh telefonov, liniy elektroperedach i drugih elektricheskih ustroystv (Protection from Electromagnetic Fields: about the Impact on the Human Body of Household Electrical Appliances, Mobile Phones, Power Lines and Other Electrical Devices). М.: АSТ, Astrel', 2007, 447 p.
7. Qabazard M. Survey of Electromagnetic Field Radiation Associated with Power Transmission Lines in the State of Kuwait. – 2007 IEEE International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications, 2007, DOI:10.1109/ICEAA.2007.4387423.
8. Taheri P., Kordi B., Gole A.М. Transient Electromagnetic Fields Associated with a Power Transmission Line above a Lossy Ground. – IEEE 13th International Symposium on Antenna Technology and Applied Electromagnetics and the Canadian Radio Science Meeting, 2009, DOI:10.1109/ANTEMURSI.2009.4805118.
9. Bat-Erdene B., Battulga M., Tuvshinzaya G. Method of Calculation of Low-Frequency Electromagnetic Field around 15 kV Transmission Lines. – IEEE International Conference on Power and Energy, 2020, DOI:10.1109/PECon48942.2020.9314436.
10. Chervenkov A.G. Electromagnetic Field Evaluation in Building Located Close to High-Voltage Overhead Line. – IEEE 17th Conference on Electrical Machines, Drives and Power Systems, 2021, DOI: 10.1109/ELMA52514.2021.9503058.
11. Chervenkov A.G. Modelling and Evaluation of Electromagnetic Field of Urban High-Voltage Power Line. – IEEE 7th International Conference on Energy Efficiency and Agricultural Engineering, 2020, DOI:10.1109/EEAE49144.2020.9278992.
12. Radulovic J.J., Rankovic V.M. Application of RBF Neural Network and ANFIS for Electromagnetic Field Prediction aro-und the Power Lines. – IEEE 9th International Conference on Telecommunication in Modern Satellite, Cable, and Broadcasting Services, 2009, DOI: 10.1109/TELSKS.2009.5339473.
13. Xu L., et al. Research on Electric Field of High-Voltage Transmission Line Power Frequency. – IEEE International Conference on Power System Technology, 2006, DOI: 10.1109/ICPST.2006.321493.
14. Maruthi R., et al. Channakeshava. Computation and measurement of AC electric and magnetic field lateral profiles and longitudinal contours under transmission lines. – International Conference on Energy Management and Power Delivery EMPD '95, 1995, vol. 1, DOI: 0.1109/EMPD.1995.500727.
15. Rachedi B.A., et al. Evaluation of Electromagnetic Field Produced by Multi-Parallel High Voltage Lines. – IEEE International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), 2014, DOI:10.1109/IEPS.2014.6874197.
16. Feng G., Wang Ya., Zhang B. Study on Electromagnetic Environment of Multi-circuit Transmission Lines on Same Tower. – Joint International Conference on Power System Technology and IEEE Power India Conference, 2008, DOI: 10.1109/ICPST.2008.4745302.
17. Ogunsola A., Mariscotti A. Electromagnetic Compatibility in Railways: Analysis and Management. Springer, 2013, 568 p.
18. Xiaotian L., et al. EMC in Rail Transportation. – Energy Procedia, 2016, 104, pp. 526–531, DOI:10.1016/j.egypro.2016.12.089.
19. Baranowski S., et al. EMC Analysis of Railway Power Substation Modeling and Measurements Aspects. – Infrastructure Design, Signalling and Security in Railway, 2012, DOI:10.5772/37522.
20. Kircher R., et al. Electromagnetic Fields Related to High-Speed Transportation Systems. – Transportation Systems and Technology, 2018, 4(2), pp. 152–166, DOI: 0.17816 / transsyst201842152-166.
21. Oancea C.D., Calin F., Golea V. On the Electromagnetic Field in the Surrounding Area of Railway Equipment and Installations. – 2019 International Conference on Electromechanical and Energy Systems, 2019, DOI: 10.1109/SIELMEN.2019.8905871.
22. Lu N., et al. The Research on Electromagnetic Emission of Traction Network with Short-circuit Current Pulse. – IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2021, DOI: 10.1109/tte.2021.3115578.
23. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Slozhnonesimmetrichnye rezhimy elektricheskih sistem (Complex Asymmetric Modes of Electrical Systems). Irkutsk: Izd-vo Irkut. un-ta, 2005, 273 p.
24. Buyakova N.V., et al. Simulation of Electromagnetic Fields Generated by Overhead Power Linesand Railroad Traction Networks. – Energy Systems Research, 2021, vol . 4, No. 2, pp. 70–88.
25. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V., Cherepanov A.V. Intellektual'nye tekhnologii upravleniya kachestvom elektroenergii (Intelligent Power Quality Management Technologies). Irkutsk: IrNITU, 2015, 218 p.
26. Carson I.R. Wave Propagation in Overhead Wires with Ground Return. – Bell System Technical Journal, 1926, vol. 5, pp. 539–554, DOI:10.1002/J.1538-7305.1926.TB00122.X.
Опубликован
2022-03-14
Раздел
Статьи