Устройство для снижения потерь в электрических сетях с нелинейно-несимметричной нагрузкой

  • Игорь Владимирович Наумов
Ключевые слова: несимметрия, несинусоидальность, гармоники, несбалансированность, потери электроэнергии, универсальное компенсирующее устройство

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы управления режимами работы низковольтных электрических сетей. Электрические сети 0,4 кВ характеризуются значительной эмиссией дополнительных последовательностей токов, обусловленных несбалансированной нелинейной нагрузкой. В качестве технического средства, минимизирующего последствия дополнительной токовой нагрузки, предлагается универсальное компенсирующее устройство, фильтрующее дополнительные потоки мощности, обусловленные непроизводительными составляющими основной и высших гармонических составляющих тока. С использованием разработанного метода и программного обеспечения расчетов проведено исследование режима работы участка электрической сети 0,4 кВ с возможностью интеграции имитационной модели предлагаемого устройства. Параметры компенсирующего устройства рассчитываются исходя из несбалансированного электропотребления участка сети. С использованием программного комплекса MATLAB получены временные диаграммы, визуализирующие изменение исследуемых показателей. Определена экономическая эффективность предлагаемого универсального компенсирующего устройства для снижения потерь электроэнергии.

Биография автора

Игорь Владимирович Наумов

доктор техн. наук, профессор, профессор кафедры электроснабжения и электротехники, Иркутский национальный исследовательский техничесий университет; Иркутский государственный аграрный университет имени А.А. Ежевского, Иркутский район, Россия.

Литература

1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ. 2014, 16 с.
2. Оськин С.В. и др. Результаты анализа качества и безопасности электроэнергии на производственном объекте. – Чрезвычайные ситуации: промышленная и экологическая безопасность, 2017, № 4 (32), с. 149–155.
3. Козловская В.Б., Калечиц В.Н. Несбалансированные режимы линий наружного освещения. Энергия. – Труды высших учебных заведений СНГ и энергетических ассоциаций, 2019, № 62 (3),с. 232–246.
4. Костюков Д.А. Оценка вклада потребителя в асимметрию напряжения вдоль нулевой последовательности в точке общего подключения. – Вестник Северо-Кавказского федерального университета, 2018, № 6 (69), с. 24–34.
5. Коновалов Ю.В., Воробьев И.И. Анализ качества электроэнергии на предприятии. – Вестник Ангарской государственной технической академии, 2014, № 8, с. 57–60.
6. Килин С.В., Вендин С.В. Анализ несинусоидальности и асимметрии в электрических сетях 0,4–10 кВ. – Проблемы электрификации сельского хозяйства: сб. научных трудов по материалам Всероссийского НПК, Ярославль, 2018, с. 15–21.
7. Fan Z. et al. Investigation and Suppression of Asymmetric Modes Competition in Cerenkov Device by Conductivity Anisotropic Material Loading. – Journal of Physics D Applied Physics, 2021, 54(27), DOI:10.1088/1361-6463/abf61b.
8. Subrahmanyam K. A Study on the Issues of Power Quality in Power Systems. – International Journal of Engineering & Technology, 2018, No. 7, pp. 525–528, DOI:10.14419/ijet.v7i3.24.22806.
9. Сариев И.Н. и др. Влияние асимметрии напряжения на потери электроэнергии в системах электроснабжения. – Автоматизация и разработка программного обеспечения, 2017, № 2 (20), с. 46–51.
10. Наумов И.В. К вопросу управления несимметричными режимами работы распределительных электрических сетей 0,38 кВ. – Промышленная энергетика, 2022, № 5, с. 2–14.
11. Пат. SU982146А1. Симметрирующее устройство для трёхфазной четырёхпроводной электрической сети / А.К. Шидловский и др., 1982.
12. Пат. RU188396U1. Устройство симметрирования напряжения в высоковольтных сетях / В.В. Буренин и др., 2019.
13. Пат. RU61063U1. Симметрирующее устройство для трёхфазной четырёхпроводной сети с регулируемыми параметрами / Д.А. Иванов и др., 2007.
14. Пат. RU2490768C2. Симметрирующее устройство для трёхфазных сетей с нулевым проводом / И.В. Наумов и др., 2013.
15. Пат. RU 2479088C1. Фильтрокомпенсирующее устройство / Ю.М. Кулинич, 2013.
16. Пат. RU 2414925C1. Фильтрокомпенсирующее устройство / П.А. Бутырин и др., 2020.
17. Пат. № 2479088. Фильтрокомпенсирующее устройство / В.К. Духовников и др., 2013.
18. Арриллага Дж. и др. Гармоники в электрических системах / под ред. Ю.С. Железко. М.: Энергоатомиздат, 1990, 319 с.
19. Наумов И.В. Метод и программа расчёта потерь мощности и показателей несимметрии токов и напряжений в распределительной сети 0,38 кВ с симметрирующим устройством. Л.: СХИ, 1989, № 3, 30 с.
20. Приказ министерства энергетики РФ от 23.06.2015 г. № 380 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии.
21. Наумов И.В. Снижение потерь и повышение качества электрической энергии в сельских распределительных сетях 0,38 кВ с помощью симметрирующих устройств: дис. … доктора техн. наук. Иркутск, 2002, 387 с.
22. Коверникова Л.И. и др. Оптимизационный алгоритм определения мощности активных фильтров гармоник. – Промышленная энергетика, 2021, № 7, с. 48–59.
23. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат, 2000, 331 с.
24. Hati A.S., Chatterjee T.K. Symmetrical Component Filter Based on Line Condition Monitoring Instrumentation System for Mine Winder Motor. – Measurement, 2016, vol. 82, рp. 284–300, DOI:10.1016/j.measurement.2016.01.005.
25. Коверникова Л.И. Централизованное снижение уровня высших гармоник в сети высокого напряжения с распределенными нелинейными нагрузками с помощью пассивных фильтров. – Электричество, 2010, № 9, с. 50–55.
26. Коверникова Л.И. и др. Оптимизационный подход к определению параметров пассивных фильтров. – Электричество, 2012, № 1, с. 43–49.
27. Одноставочный тариф, дифференцированный по трем зонам суток, на электрическую энергию для населения, проживающих в сельских населенных пунктах, потребителей, и приравненных к ним на период с 01.01.2021 по 30.06.2021 [Электрон. ресурс], URL https://stroyfora.ru/tariff/area-8276c6a1-1a86-4f0d-8920-aba34d4cc34a/year-2021/type-16#% (дата обращения 31.01.2023).
---
Автор выражает искреннюю благодарность заведующему кафедрой Алтайского государственного университета А.А. Багаеву, д.т.н., профессору за предоставление данных измерений параметров электрической энергии в действующих электрических сетях 0,4 кВ Алтайского края.
#
1. GOST 32144-2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost' tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elektricheskoy energii v sistemakh elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya (Electric Energy. Electromagnetic Compatibility of Technical Equipment. Power Quality Limits in the Public Power Supply Systems). M.: Standartinform, 2014, 16 p.
2. Os'kin S.V. et al. Chrezvychaynye situatsii: promyshlennaya i ekologicheskaya bezopasnost' – in Russ. (Emergencies: Industrial and Environmental Safety), 2017, No. 4 (32), pp. 149–155.
3. Kozlovskaya V.B., Kalechits V.N. Trudy vysshih uchebnyh zavedeniy SNG i energeticheskih assotsiatsiy – in Russ. (Proceedings of Higher Educational Institutions of the CIS and Energy Associations), 2019, No. 62 (3), pp. 232–246.
4. Kostyukov D.А. Vestnik Severo-Kavkazskogo Federal'nogo Universiteta – in Russ. (Bulletin of the North Caucasus Federal University), 2018, No. 6 (69), pp. 24–34.
5. Konovalov Yu.V., Vorob'ev I.I. Vestnik Angarskoy gosudarstvennoy tekhnicheskoy akademii – in Russ. (Bulletin of the Angara State Technical Academy), 2014, No. 8, pp. 57–60.
6. Kilin S.V., Vendin S.V. Problemy elektrifikatsii sel'skogo hozyaystva: sb. nauchnyh trudov po materialam Vserossiyskogo NPK – in Russ. (Electrification Problems of Agriculture: Collection of Scientific Papers Based on the Materials of the All-Russian RPC), Yaroslavl', 2018, pp. 15–21.
7. Fan Z. et al. Investigation and Suppression of Asymmetric Modes Competition in Cerenkov Device by Conductivity Anisotropic Material Loading. – Journal of Physics D Applied Physics, 2021, 54(27), DOI:10.1088/1361-6463/abf61b.
8. Subrahmanyam K. A Study on the Issues of Power Quality in Power Systems. – International Journal of Engineering & Technology, 2018, No. 7, pp. 525–528, DOI:10.14419/ijet.v7i3.24.22806.
9. Sariev I.N. et al. Avtomatizatsiya i razrabotka programmnogo obespecheniya – in Russ. (Automation and Software Development), 2017, No. 2 (20), pp. 46–51.
10. Naumov I.V. Promyshlennaya energetika – in Russ. (Industrial Power Engineering), 2022, No. 5, pp. 2–14.
11. Pаt. SU982146А1. Simmetriruyushchee ustroystvo dlya tryohfaznoy chetyryohprovodnoy elektricheskoy seti (A Symmetrical Device for a Three-Phase Four-Wire Electrical Network) / А.К. Shidlovskiy et al., 1982.
12. Pаt. RU188396U1. Ustroystvo simmetrirovaniya napryazheniya v vysokovol'tnyh setyah (Voltage Balancing Device in High-Voltage Networks) / V.V. Burenin et al., 2019.
13. Pаt. RU61063U1. Simmetriruyushchee ustroystvo dlya tryohfaznoy chetyryohprovodnoy seti s reguliruemymi parametrami (A Symmetrical Device for a Three-Phase Four-Wire Network with Adjustable Parameters) / D.А. Ivanov et al., 2007.
14. Pаt. RU2490768C2. Simmetriruyushchee ustroystvo dlya tryohfaznyh setey s nulevym provodom (Symmetrical Device for Three-Phase Networks with Zero Wire) / I.V. Naumov et al., 2013.
15. Pаt. RU 2479088C1. Fil'trokompensiruyushchee ustroystvo (Filter Compensating Device) / Yu.M. Kulinich, 2013.
16. Pаt. RU 2414925C1. Fil'trokompensiruyushchee ustroystvo (Filter Compensating Device) / P.A. Butyrin et al., 2020.
17. Pаt. № 2479088. Fil'trokompensiruyushchee ustroystvo (Filter Compensating Device) / V.K. Duhovnikov et al., 2013.
18. Arrillaga Dzh. et al. Garmoniki v elektricheskih sistemah (Harmonics in Electrical Systems) / Ed. by Yu.S. Zhelezko). М.: Energoatomizdat, 1990, 319 p.
19. Naumov I.V. Metod i programma raschyota poter' moshchnosti i pokazateley nesimmetrii tokov i napryazheniy v raspredelitel'noy seti 0,38 kV s simmetriruyushchim ustroystvom (Method and Program for Calculating Power Losses and Indicators of Current and Voltage Asymmetry in a 0.38 kV Distribution Network with a Symmetrical Device). L.: SKhI, 1989, No. 3, 30 p.
20. Prikaz ministerstva energetiki RF ot 23.06.2015 g. № 380 (Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation No. 380 dated 23.06.2015).
21. Naumov I.V. Snizhenie poter' i povyshenie kachestva elektricheskoy energii v sel'skih raspredelitel'nyh setyah 0,38 kV s pomoshch'yu simmetriruyushchih ustroystv: dis. … doktora tekhn. nauk (Reduction of Losses and Improvement of the Quality of Electric Energy in Rural Distribution Networks of 0.38 kV with the Help of Symmetrical Devices: Dis. ... Dr. Sci. (Eng.)). Irkutsk, 2002, 387 p.
22. Kovernikova L.I. et al. Promyshlennaya energetika – in Russ. (Industrial Power Engineering), 2021, No. 7, pp. 48–59.
23. Zhezhelenko I.V. Vysshie garmoniki v sistemah elektrosnab-zheniya prompredpriyatiy (Higher Harmonics in Power Supply Systems of Industrial Enterprises). М.: Energoatomizdat, 2000, 331 p.
24. Hati A.S., Chatterjee T.K. Symmetrical Component Filter Based on Line Condition Monitoring Instrumentation System for Mine Winder Motor. – Measurement, 2016, vol. 82, рp. 284–300, DOI:10.1016/j.measurement.2016.01.005.
25. Kovernikova L.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2010, No. 9, pp. 50–55.
26. Kovernikova L.I. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2012, No. 1, pp. 43–49.
27. Odnostavochnyy tarif, differentsirovannyy po trem zonam sutok, na elektricheskuyu energiyu dlya naseleniya, prozhivayushchih v sel'skih naselennyh punktah, potrebiteley, i priravnennyh k nim na period s 01.01.2021 po 30.06.2021 (One-rate tariff, differentiated by three zones of the day, for electric energy for the population living in rural settlements, consumers, and equated to them for the period from 01.01.2021 to 30.06.2021) [Electron. resource], URL https://stroyfora.ru/tariff/area-8276c6a1-1a86-4f0d-8920-aba34d4cc34a/year-2021/type-16#% (Date of appeal 31.01.2023).
---
The author is sincerely grateful to the Head of the Department of the Altai State University, Doct. Techn. Sci., Professor A.A. Bagaev for providing data of measurements of electric energy parameters in the operating 0.4 kV electric networks of the Altai Territory.
Опубликован
2023-04-27
Раздел
Статьи