Оперативный расчет потокораспределения несбалансированной распределительной сети среднего напряжения

  • Ирина Ивановна Голуб
  • Олег Николаевич Войтов
  • Евгений Викторович Болоев
  • Павел Владимирович Илюшин
Ключевые слова: несбалансированная распределительная сеть, интеллектуальные счетчики, распределительные трансформаторы, несимметричная нагрузка

Аннотация

В статье рассмотрен новый метод определения нагрузок и напряжений, позволяющий получать надежную оперативную информацию о состоянии распределительной сети среднего напряжения. Предложено использовать значения мощности и напряжения, измеряемые балансовыми интеллектуальными счетчиками на стороне низкого напряжения распределительных трансформаторов. Подход особенно актуален, когда измерений в распределительной сети недостаточно для обеспечения полной наблюдаемости. Использование балансовых счетчиков экономически выгодно, так как стоимость пунктов учета электроэнергии в низковольтной сети значительно ниже, чем в сети среднего напряжения. Анализ математических моделей распределительных трансформаторов в отечественных распределительных сетях со схемами соединения обмоток «звезда–звезда с нулем» и «треугольник–звезда с нулем» позволил разработать простой алгоритм расчета нагрузок и напряжений на первичной стороне трансформаторов в сети среднего напряжения. В результате проведенного исследования определены факторы, влияющие на перераспределение суммарных нагрузок между фазами, симметрирование фазных нагрузок, независимость суммарных мощностей нагрузок и их потерь от составляющей нулевой последовательности напряжения, расчет потокораспределения в несбалансированной сети, реконфигурацию сети для минимизации потерь мощности. Эффективность предложенного метода подтверждена расчетами с использованием измерений, выполненных в реальных распределительных сетях, а полученные выводы проверены на физической модели.

Биографии авторов

Ирина Ивановна Голуб

доктор техн. наук, профессор, ведущий научный сотрудник, Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН), Иркутск, Россия; golub@isem.irk.ru

Олег Николаевич Войтов

кандидат техн. наук, старший научный сотрудник, ИСЭМ СО РАН, Иркутск, Россия; sdo@isem.irk.ru

Евгений Викторович Болоев

кандидат техн. наук, старший научный сотрудник, ИСЭМ СО РАН, Иркутск, Россия; boloev@isem.irk.ru

Павел Владимирович Илюшин

доктор техн. наук, руководитель Центра интеллектуальных электроэнергетических систем и распределенной энергетики, Институт энергетических исследований Российской академии наук, Москва, Россия; ilyushin.pv@mail.ru

Литература

1. Lei J. et al. Network Reconfiguration in Unbalanced Distribution Systems for Service Restoration and Loss Reduction. – IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, 2000, vol. 4, pp. 2345–2350, DOI: 10.1109/PESW.2000.847175.
2. Hu S. et al. Research on Three-Phase Unbalanced Distribution Network Reconfiguration Strategy. – IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2017, 52(1), DOI:10.1088/1755-1315/52/ 1/012037.
3. Wang Z., Chen F., Li J. Implementing Transformer Nodal Admittance Matrices into Backward/Forward Sweep-Based Power Flow Analysis for Unbalanced Radial Distribution Systems. – IEEE Transactions on Power Systems, 2004, vol. 19 (4), pp. 1831–1836, DOI:10.1109/TPWRS.2004.835659.
4. Xiao P., Yu D.C., Yan W. A Unified Three-Phase Transformer Model for Distribution Load Flow Calculations. – IEEE Transactions on Power Systems, 2006, 21(1), pp. 153–159, DOI:10.1109/TPWRS.2005.857847.
5. Luo G.X., Semlyen A. Efficient Load Flow for Large Weakly Meshed Networks. – IEEE Transactions on Power Systems, 1990, vol. 5, No. 4, pp. 1309–1316, DOI:10.1109/59.99382.
6. Zimmerman R.D., Chiang H.-D. Fast Decoupled Power Flow for Unbalanced Radial Distribution Systems. – IEEE Transactions on Power Systems, 1995, vol. 10, No. 4, pp. 2045–2052, DOI:10.1109/59.476074.
7. Zhang F., Cheng C.S. A Modified Newton Method for Radial Distribution System Power Flow Analysis. – IEEE Transactions on Power Systems, 1997, vol. 12, No. 1, pp. 389–397, DOI:10.1109/59.575728.
8. Chen T.-H. et al. Three-Phase Cogenerator and Transformer Models for Distribution System Analysis. – IEEE Transactions on Power Delivery, 1991, vol. 6, No. 4, pp. 1671–1681, DOI:10.1109/61.97706.
9. Lu C.N., Teng J.H., Liu W.-H.E. Distribution System State Estimation. – IEEE Transactions on Power Systems, 1995, vol. 10, No. 1, pp. 229–240, DOI:10.1109/59.373946.
10. Kothari D.P., Nagrath I.J. Modern Power System Analysis. Tata McGraw-Hill Publishing Company, 2003, 694 p.
11. Golub I. et al. Reconfiguration of a Primary Three-Phase Three-Wire Distribution Network with Unbalanced Loads. – ENERGY-21. E3S Web of Conferences, 2020, DOI:10.1051/e3sconf/202020902013.
12. Ni F. et al. Three-Phase State Estimation in the Medium-Voltage Network with Aggregated Smart Meter Data. – International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2018, 98, pp. 463–473, DOI:10.1016/j.ijepes.2017.12.033.
13. Golub I., Boloev E. Determination of Losses in Distribution Networks by Smart Meter Measurements. –International Conference on Electrical, Communication, and Computer Engineering (ICECCE), 2021, DOI: 10.1109/ICECCE52056.2021.9514102.
14. Chen T.-H., Chang Y.-L. Integrated Models of Distribution Transformers and Their Loads for Three-Phase Power Flow Analyses. – IEEE Transactions on Power Delivery, 1996, 11(1), pp. 507–513, DOI:10.1109/61.484135.
15. Dugan R.C. A Perspective on Transformer Modeling for Distribution System Analysis. – IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2003, vol. 1, pp. 114–119, DOI:10.1109/PES.2003.1267146.
16. Костенко М.П., Пиотровский Л.М. Электрические машины. Ч. 2. Машины переменного тока. Трансформаторы. Л.: Энергия, 1972. 648 с.
17. Петров Г.Н. Электрические машины. Ч. 1. Введение. Трансформаторы. М.: Энергия, 1974, 240 с.
18. Косоухов Ф.Д. и др. Энергосбережение в низковольтных электрических сетях при несимметричной нагрузке. СПб.: Лань, 2016, 280 с.
19. Косоухов Ф.Д. и др. Критерий потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2023, № 6(81), с. 64-72.
20. Arrillaga J., Bradley D.A., Bodger P.S. Power System Harmonics. Chichester etc.: Wiley, 1985, 336 p.
21. Bazrafshan M., Gatsis N. Comprehensive Modeling of Three-Phase Distribution Systems via the Bus Admittance Matrix. – IEEE Transactions on Power Systems, 2018, 33(2), pp. 2015–2029, DOI:10.1109/TPWRS.2017.2728618.
22. Gorman M.J., Grainger J.J. Transformer Modelling for Distribution System Studies. II. Addition of models to Y/sub BUS/ and Z/sub BUS. – IEEE Transactions on Power Delivery, 1992, 7(2), pp. 575–580. DOI:10.1109/61.127051.
23. Голуб И.И. и др. Алгоритм реконфигурации городской распределительной сети. – Известия РАН. Энергетика, 2020, №5, с. 3-12.
24. Голуб И.И. и др. Отказоустойчивость распределительной сети среднего напряжения. – Энергетик, 2023, № 5, с. 3–12.
25. Найфельд М.Р. Заземления, защитные меры электробезопасности. М.: Энергия, 1971, 311 с.
26. Padilha-Feltrin A., Ochoa L. Distribution Transformers Modeling with Angular Displacement – Actual Values and per Unit Analysis. – Sba Controle & Automação, 2007, vol. 18, No. 4, pp. 490–500, DOI:10.1590/S0103-17592007000400009.
#
1. Lei J. et al. Network Reconfiguration in Unbalanced Distribution Systems for Service Restoration and Loss Reduction. – IEEE Power Engineering Society Winter Meeting, 2000, vol. 4, pp. 2345–2350, DOI: 10.1109/PESW.2000.847175.
2. Hu S. et al. Research on Three-Phase Unbalanced Distribution Network Reconfiguration Strategy. – IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2017, 52(1), DOI:10.1088/1755-1315/52/ 1/012037.
3. Wang Z., Chen F., Li J. Implementing Transformer Nodal Admittance Matrices into Backward/Forward Sweep-Based Power Flow Analysis for Unbalanced Radial Distribution Systems. – IEEE Transactions on Power Systems, 2004, vol. 19 (4), pp. 1831–1836, DOI:10.1109/TPWRS.2004.835659.
4. Xiao P., Yu D.C., Yan W. A Unified Three-Phase Transformer Model for Distribution Load Flow Calculations. – IEEE Transactions on Power Systems, 2006, 21(1), pp. 153–159, DOI:10.1109/TPWRS.2005.857847.
5. Luo G.X., Semlyen A. Efficient Load Flow for Large Weakly Meshed Networks. – IEEE Transactions on Power Systems, 1990, vol. 5, No. 4, pp. 1309–1316, DOI:10.1109/59.99382.
6. Zimmerman R.D., Chiang H.-D. Fast Decoupled Power Flow for Unbalanced Radial Distribution Systems. – IEEE Transactions on Power Systems, 1995, vol. 10, No. 4, pp. 2045–2052, DOI:10.1109/59.476074.
7. Zhang F., Cheng C.S. A Modified Newton Method for Radial Distribution System Power Flow Analysis. – IEEE Transactions on Power Systems, 1997, vol. 12, No. 1, pp. 389–397, DOI:10.1109/59.575728.
8. Chen T.-H. et al. Three-Phase Cogenerator and Transformer Models for Distribution System Analysis. – IEEE Transactions on Power Delivery, 1991, vol. 6, No. 4, pp. 1671–1681, DOI:10.1109/61.97706.
9. Lu C.N., Teng J.H., Liu W.-H.E. Distribution System State Estimation. – IEEE Transactions on Power Systems, 1995, vol. 10, No. 1, pp. 229–240, DOI:10.1109/59.373946.
10. Kothari D.P., Nagrath I.J. Modern Power System Analysis. Tata McGraw-Hill Publishing Company, 2003, 694 p.
11. Golub I. et al. Reconfiguration of a Primary Three-Phase Three-Wire Distribution Network with Unbalanced Loads. – ENERGY-21. E3S Web of Conferences, 2020, DOI:10.1051/e3sconf/202020902013.
12. Ni F. et al. Three-Phase State Estimation in the Medium-Voltage Network with Aggregated Smart Meter Data. – International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2018, 98, pp. 463–473, DOI:10.1016/j.ijepes.2017.12.033.
13. Golub I., Boloev E. Determination of Losses in Distribution Networks by Smart Meter Measurements. – International Conference on Electrical, Communication, and Computer Engineering (ICECCE), 2021, DOI: 10.1109/ICECCE52056.2021.9514102.
14. Chen T.-H., Chang Y.-L. Integrated Models of Distribution Transformers and Their Loads for Three-Phase Power Flow Analy-ses. – IEEE Transactions on Power Delivery, 1996, 11(1), pp. 507–513, DOI:10.1109/61.484135.
15. Dugan R.C. A Perspective on Transformer Modeling for Distribution System Analysis. – IEEE Power Engineering Soci-ety General Meeting, 2003, vol. 1, pp. 114–119, DOI:10.1109/PES.2003. 1267146.
16. Kostenko M.P., Piotrovskiy L.M. Elektricheskiye mashiny. Ch. 2. Mashiny peremennogo toka. Transformatory (Electric Machines. Part 2. AC Machines. Transformers). L.: Energiya, 1972, 648 p.
17. Petrov G.N. Elektricheskiye mashiny. Ch. 1. Vvedeniye. Transformatory (Electric Machines. Part 1. Introduction. Transformers). M.: Energiya, 1974, 240 p.
18. Kosoukhov F.D. et al. Energosberezheniye v nizkovoltnyh elektricheskih setyah pri nesimmetrichnoy nagruzke (Energy Saving in Low-Voltage Electrical Networks with Asymmetrical Load). SPb.: Lan’, 2016, 280 p.
19. Kosoukhov F.D. et al. Elektroenergiya. Peredacha i raspre-delenie – in Russ. (Electricity. Transmission and Distribution), 2023, No. 6(81), pp. 64–72.
20. Arrillaga J., Bradley D.A., Bodger P.S. Power System Harmonics. Chichester etc.: Wiley, 1985, 336 p.
21. Bazrafshan M., Gatsis N. Comprehensive Modeling of Three-Phase Distribution Systems via the Bus Admittance Matrix. – IEEE Transactions on Power Systems, 2018, 33(2), pp. 2015–2029, DOI:10.1109/TPWRS.2017.2728618.
22. Gorman M.J., Grainger J.J. Transformer modelling for distribution system studies. II. Addition of models to Y/sub BUS/ and Z/sub BUS. – IEEE Transactions on Power Delivery, 1992, 7(2), pp. 575–580. DOI:10.1109/61.127051.
23. Golub I.I. et al. Izvestiya RAN. Energetika – in Russ. (News of the Russian Academy of Sciences. Energy Industry), 2020, No. 5, pp. 3–12.
24. Golub I.I. et al. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2023, No. 5, pp. 3–12.
25. Nayfeld M.R. Zazemleniya. zashchitnyye mery elektrobezo-pasnosti (Grounding, Protective Measures Electrical Safety). M.: Energiya, 1971, 311 p.
26. Padilha-Feltrin A., Ochoa L. Distribution Transformers Modeling with Angular Displacement – Actual Values and per Unit Analysis. – Sba Controle & Automação, 2007, vol. 18, No. 4, pp. 490–500, DOI:10.1590/S0103-17592007000400009
Опубликован
2025-04-24
Раздел
Статьи