Компенсация реактивной мощности в условиях искажения токов и напряжений
Аннотация
Статья посвящена вопросам повышения энергоэффективности современных промышленных предприятий. Представлены результаты инструментального анализа функционирования систем электроснабжения аграрных промышленных предприятий установленной мощностью 7–15 МВ·А с собственными объектами генерации. Для таких предприятий характерно высокое потребление реактивной мощности и наличие спонтанных токов высших гармоник, вызываемых нелинейной нагрузкой. Это приводит к выходу из строя устройств компенсации реактивной мощности (КРМ). Несмотря на удовлетворительный суммарный коэффициент гармонических составляющих (THD) по напряжению (не более 5,5 %), THD по току достигает 70 % и более. Накопительным эффектом от таких условий работы является развитие аварийного режима в системе электроснабжения. Рассмотрены методы решения проблем искажения формы токов и напряжений, стабилизации качества электрической энергии при наличии устройств КРМ. Проведено имитационное моделирование электромагнитных переходных процессов при работе фильтрокомпенсирующих устройств на фрагменте системы электроснабжения. На смоделированных осциллограммах токов, напряжений, активной и реактивной мощности продемонстрированы эффекты по снижению уровня несинусоидальности и функционированию устройств КРМ в точке подключения при детерминированном уровне гармонического спектра и работе нескольких пассивных фильтров.
Литература
2. Абрамович Б.Н., Сычев Ю.А. Повышение качества электрической энергии с помощью параллельного активного фильтра в системах электроснабжения промышленных предприятий. – Электричество, 2012, № 3, с. 7a–11.
3. Лоскутов А.А. Особенности распознавания режимов функционирования систем электроснабжения промышленных потребителей с объектами распределенной генерации. – Интеллектуальная электротехника, 2025, № 1, с. 50–69.
4. ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30.2008). Методы измерений показателей качества электрической энергии. М.: Стандартинформ, 2014, 52 с.
5. ГОСТ 30804.4.7-2013 (IEC 61000-4-7.2009). Общее руководство по средствам измерений и измерениям гармоник и интергармоник для систем электроснабжения и подключаемых к ним технических средств. М.: Стандартинформ, 2013, 34 с.
6. ГОСТ Р 51317.2.4-2000 (МЭК 61000-2-4-94). Электромагнитная обстановка. Уровни электромагнитной совместимости для низкочастотных кондуктивных помех в системах электроснабжения промышленных предприятий. М.: Стандартинформ, 2020, 15 с.
7. ГОСТ 30804.3.3-2013 (МЭК 61000-3-3:2008). Ограничение изменений напряжения, колебаний напряжения и фликера в низковольтных системах электроснабжения общего назначения. Технические средства с потребляемым током не более 16 А (в одной фазе), подключаемые к электрической сети при несоблюдении определенных условий подключения. Нормы и методы испытаний. М.: Стандартинформ, 2014, 22 с.
8. ГОСТ 33073-2014. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2015, 42 с.
9. Часов А.В., Асташев М.Г. К оценке влияния несимметрии нагрузки на показатели качества и потери электроэнергии в трехфазных линиях электропередачи. – Электротехника, 2023, № 6, с. 21–29.
10. Джагаров Н.Ф., Цветанов Д.Н., Джагарова Ю.В. Улучшение качества электроэнергии в электрических сетях. Ч. 1. Обзор средств улучшения качества электрической энергии. – Промышленная энергетика, 2019, № 5, с. 43–51.
11. Гайдаренко А. Эффективность различных мероприятий повышения качества электроэнергии в «РОССЕТИ ЮГ». – Электроэнергия. Передача и распределение, 2021, № S4 (23), с. 18–23.
12. БГТК.411722.009 РЭ. Измерители показателей качества электрической энергии «Ресурс-UF2». Руководство по эксплуатации. Пенза: НПП «Энерготехника», 2025.
13. Довгун В.П. и др. Гибридные широкополосные фильтры для систем регулируемого электропривода. – Электричество, 2024, № 7, с. 67–80.
14. Герасименко А.А., Федин В.Т. Передача и распределение электрической энергии. Ростов-н/Д.: Феникс, 2006, 719 с.
15. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Энергоатомиздат, 1989, 592 с.
16. Карташев И.И. и др. Управление качеством электроэнергии. М.: Изд-во МЭИ, 2017, 272 с.
17. Куликов А.Л., Илюшин П.В., Севостьянов А.А. Оценка когерентности сигналов при анализе осциллограмм токов и напряжений промышленной частоты. – Электротехника, 2021, № 11, с. 72–81.
18. Юртаев С.Н. Повышение эффективности средств компенсации реактивной мощности на предприятиях со специфическими электроприемниками: дис. … канд. техн. наук. Н. Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2012, 198 с.
19. Куликов А.Л. и др. Определение поврежденного участка высоковольтной воздушной линии электропередачи методом последовательного распознавания. –Электричество, 2023, № 10, с. 22–36.
20. Лоскутов А.А., Митрович М., Осокин В.Ю. Повышение распознаваемости режимов функционирования системы электроснабжения на основе методов машинного обучения – Релейная защита и автоматизация, 2020, № 4 (41), с. 26–34.
21. Сычев Ю.А. и др. Перспективы использования многофункциональных активных преобразователей в современных промышленных системах электроснабжения. – Промышленная энергетика, 2022, № 4, с. 2–12.
22. Дюдяков А.А., Янченко С.А., Михеев Д.В. Анализ эффективности работы гибридного фильтра. – Промышленная энергетика, 2022, № 7, с. 26–38.
23. Wang Y. et al. Comparative Studies on Design Methods for Detuned C-Type Filter. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, vol. 35, No. 4, pp. 1725–1734, DOI: 10.1109/TPWRD.2019.2951227.
24. Wang Y. et al. A Comprehensive Investigation on the Selection of High-Pass Harmonic Filters. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2022, vol. 37, No. 5, pp. 4212–4226, DOI: 10.1109/TPWRD.2022.3147835.
25. Ding T., Xu W., Liang H. Design Method for Third-Order High-Pass Filter. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2016, vol. 31, No. 1, pp. 402–403, DOI: 10.1109/TPWRD.2015.2457831.
26. Nassif A.B., Xu W., Freitas W. An Investigation on the Selection of Filter Topologies for Passive Filter Applications. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2009, vol. 24, No. 3, pp. 1710–1718, DOI: 10.1109/TPWRD.2009.2016824.
27. Das J.C. Passive Filters – Potentialities and Limitations. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2004, vol. 40, No. 1, pp. 232–241, DOI: 10.1109/TIA.2003.821666.
28. Довгун В.П., Темербаев С.А. Адаптивные алгоритмы управления характеристиками активных фильтрокомпенсирующих устройств. – Электричество, 2012, № 11, с. 32a–38.
29. Дыбко М.А., Нос О.В., Александров И.В. Математическая модель системы «сеть – нелинейная нагрузка» с активным силовым фильтром в режиме компенсации высших гармоник. – Электротехника, 2023, № 2, с. 55–64.
---
Исследование выполнено в рамках государственного задания в сфере научной деятельности (тема № FSWE-2025-0001)
#
1. GOST 32144-2013. Normy kachestva elektricheskoy energii v sistemah elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya (Power Quality Limits in the Public Power Supply Systems). M.: Standartinform, 2014, 16 p.
2. Abramovich B.N., Sychev Yu.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2012, No. 3, pp. 7a–11.
3. Loskutov A.A. Intellektual’naya elektrotehnika – in Russ. (Smart Electrical Engineering), 2025, No. 1, pp. 50–69.
4. GOST 30804.4.30-2013 (IEC 61000-4-30.2008). Metody izmereniy pokazateley kachestva elektricheskoy energii (Power Quality Measurement Methods). M.: Standartinform, 2014, 52 p.
5. GOST 30804.4.7-2013 (IEC 61000-4-7.2009). Obshchee rukovodstvo po sredstvam izmereniy i izmereniyam garmonik i inter-garmonik dlya sistem elektrosnabzheniya i podklyuchaemyh k nim tehnicheskih sredstv (General Guide on Harmonics and Interharmonics Measuring Instruments and Measurement, for Power Supply Systems and Equipment Connected Thereto). M.: Standartinform, 2013, 34 p.
6. GOST R 51317.2.4-2000 (MEK 61000-2-4-94). Elektromagnitnaya obstanovka. Urovni elektromagnitnoy sovmestimosti dlya niz-kochastotnyh konduktivnyh pomeh v sistemah elektrosnabzheniya promyshlennyh predpriyatiy (Electromagnetic Environment. Compatibility Levels for Low-Frequency Conducted Disturbances in Industrial Plants). M.: Standartinform, 2020, 15 p.
7. GOST 30804.3.3-2013 (MEK 61000-3-3:2008). Ogranichenie izmeneniy napryazheniya, kolebaniy napryazheniya i flikera v nizko-vol’tnyh sistemah elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya. Teh-nicheskie sredstva s potreblyaemym tokom ne bolee 16 A (v odnoy faze), podklyuchaemye k elektricheskoy seti pri nesoblyudenii opredelennyh usloviy podklyucheniya. Normy i metody ispytaniy (Limitation of Voltage Changes, Voltage Fluctuations and Flicker in Public Low-Voltage Supply Systems. Equipment with Rated Current < 16 A Per Phase and Not Subject to Conditional Connection. Limits and Test Methods). M.: Standartinform, 2014, 22 p.
8. GOST 33073-2014. Kontrol’ i monitoring kachestva elektricheskoy energii v sistemah elektrosnabzheniya obshchego naznacheniya (Control and Monitoring of Electric Power Quality in the Public Power Supply Systems). M.: Standartinform, 2015, 42 p.
9. Chasov A.V., Astashev M.G. Elektrotehnika – in Russ. (Elec-trical Engineering), 2023, No. 6, pp. 21–29.
10. Dzhagarov N.F., Tsvetanov D.N., Dzhagarova Yu.V. Pro-myshlennaya energetika – in Russ. (Industrial Power Engineering), 2019, No. 5, pp. 43–51.
11. Gaydarenko A. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electricity. Transmission and Distribution), 2021, No. S4 (23), pp. 18–23.
12. BGTK.411722.009 RE. Izmeriteli pokazateley kachestva elektricheskoy energii «Resurs-UF2». Rukovodstvo po ekspluatatsii (Electric Energy Quality Meters "Resource-UF2". User Manual). Penza: NPP «Energotehnika», 2025.
13. Dovgun V.P. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2024, No. 7, pp. 67–80.
14. Gerasimenko A.A., Fedin V.T. Peredacha i raspredelenie elektricheskoy energii (Transmission and Distribution of Electrical Energy). Rostov-n/D.: Feniks, 2006, 719 p.
15. Idel’chik V.I. Elektricheskie sistemy i seti (Electrical Systems and Networks). M.: Energoatomizdat, 1989, 592 p.
16. Kartashev I.I. et al. Upravlenie kachestvom elektroenergii (Electricity Quality Management). M.: Izd-vo MEI, 2017, 272 p.
17. Kulikov A.L., Ilyushin P.V., Sevost’yanov A.A. Elektrotehnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2021, No. 11, pp. 72–81.
18. Yurtaev S.N. Povyshenie effektivnosti sredstv kompensatsii reaktivnoy moshchnosti na predpriyatiyah so spetsificheskimi elektropriemnikami: dis. … kand. tekhn. nauk (Improving the Efficiency of Reactive Power Compensation Facilities in Enterprises with Specific Electrical Receivers: Dis. ... Cand. Sci. (Eng.)). N. Novgorod: NGTU im. R.E. Alekseeva, 2012, 198 p.
19. Kulikov A.L. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 10, pp. 22–36.
20. Loskutov A.A., Mitrovich M., Osokin V.Yu. Releynaya zashchita i avtomatizatsiya – in Russ. (Relay Protection and Auto-mation), 2020, No. 4 (41), pp. 26–34.
21. Sychev Yu.A. et al. Promyshlennaya energetika – in Russ. (Industrial Power Engineering), 2022, No. 4, pp. 2–12.
22. Dyudyakov A.A., Yanchenko S.A., Miheev D.V. Promyshlennaya energetika – in Russ. (Industrial Power Engineering), 2022, No. 7, pp. 26–38.
23. Wang Y. et al. Comparative Studies on Design Methods for Detuned C-Type Filter. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2020, vol. 35, No. 4, pp. 1725–1734, DOI: 10.1109/TPWRD.2019.2951227.
24. Wang Y. et al. A Comprehensive Investigation on the Selection of High-Pass Harmonic Filters. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2022, vol. 37, No. 5, pp. 4212–4226, DOI: 10.1109/TPWRD.2022.3147835.
25. Ding T., Xu W., Liang H. Design Method for Third-Order High-Pass Filter. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2016,
vol. 31, No. 1, pp. 402–403, DOI: 10.1109/TPWRD.2015.2457831.
26. Nassif A.B., Xu W., Freitas W. An Investigation on the Selection of Filter Topologies for Passive Filter Applications. – IEEE Transactions on Power Delivery, 2009, vol. 24, No. 3, pp. 1710–1718, DOI: 10.1109/TPWRD.2009.2016824.
27. Das J.C. Passive Filters – Potentialities and Limitations. – IEEE Transactions on Industry Applications, 2004, vol. 40, No. 1, pp. 232–241, DOI: 10.1109/TIA.2003.821666.
28. Dovgun V.P., Temerbaev S.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2012, No. 11, pp. 32a–38.
29. Dybko M.A., Nos O.V., Aleksandrov I.V. Elektrotehnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2023, No. 2, pp. 55–64
---
The research was carried out within the framework of a state assignment in the field of scientific activity (topic No. FSWE-2025-0001)