A Two-Transformer Substation with a Common Dual-Band Controlled Voltage Regulator
Keywords:
two-transformer substation, two-band controlled voltage regulator, pulse-phase control system, active-inductive load, continuous and accurate regulation
Abstract
The article addresses matters related to improving the efficiency and reliability of power supply systems built on the basis of shop two-transformer substations. A mechanical voltage regulator of the OCTC type, which has known disadvantages, is a weak link in the transformers of such substations. It is proposed to install a common dual-band controlled voltage regulator before the primary windings of transformers, implemented on the basis of reactor-thyristor controlled switches. To evaluate the effectiveness of the proposed solution, a number of numerical experiments were carried out in stationary and dynamic operation modes of the electrical network and shop transformers of the substation. A simulation model of a two-transformer substation with 1000 kV•A, 6/0.4 kV transformers with one common dual-band reactor-thyristor controlled voltage regulator was developed for the study. By using the developed MATLAB model, it is possible to carry out studies with simulating a decrease in the power supply voltage and fluctuations of the active-inductive load current. The results obtained have confirmed the effectiveness of the proposed technical solution. The use of a dual-band reactor-thyristor controlled regulator makes it possible to perform smooth and accurate voltage regulation, thereby improving the power supply system reliability and the quality indicators of electricity supplied to the consumer.
References
1. Лоскутов А.Б., Фитасов А.Н., Петрицкий С.А. Оценка энергетической эффективности применения напряжения 0,95 кВ в системе электроснабжения с распределенной нагрузкой. – Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2019, № 3(126), с. 73–79.
2. Силовые понижающие трансформаторы [Электрон. ресурс], URL https://complectprom.ru/transformers/silovye-ponizhayuschie-transformatory/ (дата обращения 22.01.2024).
3. Волков Н.Г. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Томск: Томский политехнический университет, 2010, 152 с.
4. Fishov A.G., Klavsuts D.A., Klavsuts I.L. Multi-Agent Regulation of Voltage in Smart Grid System with the Use of Distributed Generation and Customers. – Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 698, pp. 761–767, DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.698.761.
5. Дед А.В. и др. Определение допустимых диапазонов регулирования медленных изменений напряжений путем имитационного моделирования. – Омский научный вестник, 2018, № 5(161), с. 90–96.
6. Производственная компания «Техэнергохолдинг» [Электрон. ресурс], URL http://www.tehenergoholding.ru/index.php?menu_id=84&menu_parent_id=83&yclid=755260750374607811 (дата обращения 22.01.2024).
7. Файда Е.Л., Сивкова А.П. Трансформаторные стабилизаторы переменного напряжения с регулированием на первичной стороне. – Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика, 2014, т. 14, № 3, с. 41–45.
8. Производственное предприятие «Электрические сети» [Электрон. ресурс], URL https://leg.co.ua/transformatory/praktika/transformatory-s-pereklyucheniem-otvetvleniy-bez-vozbuzhdeniya-pbv.html (дата обращения 22.01.2024).
9. Мельников Н.А., Солдаткина Л.А. Регулирование напряжения в электрических сетях. М.: Энергия, 1968, 152 с.
10. Перетятько В.А. Проблемы регулирования напряжения. – Вестник Черниговского государственного технического университета. Серия: технические науки, 2011, № 1 (47), с. 142–151.
11. Sosnina E. et al. Power Flow Control Device Prototype Tests. – IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Asia, 2016, pp. 312–316, DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2016.7796404.
12. Маркушевич Н.С. Регулирование напряжения и экономия электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 1984, 104 с.
13. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л., Горпинич А.В. Оценка надежности электрооборудования при пониженном качестве электроэнергии. – Вести в электроэнергетике, 2006, № 6, с. 13–17.
14. Добрусин Л.А. Проблемы энергоэффективности и энергосбережения в России: информационно аналитический обзор. Часть 1. Актуальные задачи транспорта и распределения электроэнергии. – Силовая электроника, 2011, т. 5, № 33, с. 102–105.
15. Klavsuts I.L., Rusina А., Klavsuts D.A. The Development of Simulation Model of Innovative Technology of AC Voltage Normalization for Introduction into Smart Grid System. – 51st International Universities Power Engineering Conference, 2016, DOI:10.1109/UPEC.2016.8114116.
16. Шидловский А.Н., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985, 268 с.
17. Пат. RU2667095С1. Способ управления пускорегулирующим устройством силового трансформатора / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров, 2018.
18. Пат. RU2667481C1. Устройство для включения, выключения и регулирования напряжения трансформаторной подстанции / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров, 2018.
19. Свид. № 2022611670 РФ. Блочно-модульная модель двухтрансформаторной подстанции с двухподдиапазонным реакторно-тиристорным устройством / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров, 2022.
20. ГОСТ 33073-2014. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2015, 47 с.
21. Пат. RU2746796C1. Способ регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой / С.В. Климаш и др., 2021.
22. Пат. RU2749606C1. Способ трехступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой / С.В. Климаш и др., 2021.
---
Исследование выполнено при финансовой поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (номер гранта: МК-3799.2022.4)
#
1. Loskutov A.B., Fitasov A.N., Petritskiy S.А. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva – in Russ. (Proceedings of the NSTU n.a. R.E. Alekseev), 2019, No. 3(126), pp. 73–79.
2. Silovye ponizhayushchie transformatory (Power Step-down Transformers) [Electron. resource], URL https://complectprom.ru/transformers/silovye-ponizhayuschie-transformatory/ (Date of appeal 22.01.2024).
3. Volkov N.G. Kachestvo elektroenergii v sistemah elektrosnabzheniya (The Quality of Electricity in Power Supply Systems). Tomsk: Tomskiy politekhnicheskiy universitet, 2010, 152 p.
4. Fishov A.G., Klavsuts D.A., Klavsuts I.L. Multi-Agent Regulation of Voltage in Smart Grid System with the Use of Distributed Generation and Customers. – Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 698, pp. 761–767, DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.698.761.
5. Ded A.V. et al. Omskiy nauchnyy vestnik – in Russ. (Omsk Scientific Bulletin), 2018, No. 5(161), pp. 90–96.
6. Production Company "Techenergoholding" [Electron. resource], URL http://www.tehenergoholding.ru/index.php?menu_id=84&menu_parent_id=83&yclid=755260750374607811 (Date of appeal 22.01.2024).
7. Fayda E.L., Sivkova A.P. Vestnik YurGU. Seriya “Energetika” – in Russ. (Bulletin of SUSU. Series: Energy), 2014, vol. 14, No. 3, pp. 41–45.
8. Production enterprise "Electric networks" [Electron. resource], URL https://leg.co.ua/transformatory/praktika/transformatory-s-pere-klyucheniem-otvetvleniy-bez-vozbuzhdeniya-pbv.html (Date of appeal 22.01.2024).
9. Mel'nikov N.A., Soldatkina L.А. Regulirovanie napryazheniya v elektricheskih setyah (Voltage Regulation in Electrical Networks). М.: Energiya, 1968, 152 p.
10. Peretyat'ko V.А. Vestnik Chernigovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: tekhnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Chernihiv State Technical University. Series: Technical Sciences), 2011, No. 1 (47), pp. 142–151.
11. Sosnina E. et al. Power Flow Control Device Prototype Tests. – IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Asia, 2016, pp. 312–316, DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2016.7796404.
12. Markushevich N.S. Regulirovanie napryazheniya i ekonomiya elektroenergii (Voltage Regulation and Energy Saving). М.: Energoatomizdat, 1984, 104 p.
13. Zhezhelenko I.V., Saenko Yu.L., Gorpinich A.V. Vesti v elektroenergetike – in Russ. (Vesti in the Electric Power Industry), 2006, No. 6, pp. 13–17.
14. Dobrusin L.А. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Elec-tronics), 2011, vol. 5, No. 33, pp. 102–105.
15. Klavsuts I.L., Rusina А., Klavsuts D.A. The Development of Simulation Model of Innovative Technology of AC Voltage Normalization for Introduction into Smart Grid System. – 51st International Universities Power Engineering Conference, 2016, DOI:10.1109/UPEC.2016.8114116.
16. Shidlovskiy A.N., Kuznetsov V.G. Povyshenie kachestva energii v elektricheskih setyah (Improving the Power Quality in Electric Networks). Kiev: Naukova dumka, 1985, 268 p.
17. Pаt. RU2667095С1. Sposob upravleniya puskoreguliruyu-shchim ustroystvom silovogo transformatora (A Method for Controlling the Start-up Device of a Power Transformer) / V.S. Klimash, B.D. Tabarov, 2018.
18. Pаt. RU2667481C1. Ustroystvo dlya vklyucheniya, vyklyu-cheniya i regulirovaniya napryazheniya transformatornoy podstantsii (A Device for Switching on, off and Regulating the Voltage of a Transformer Substation) / V.S. Klimash, B.D. Tabarov, 2018.
19. Svid. № 2022611670 RF. Blochno-modul'naya model' dvuhtransformatornoy podstantsii s dvuhpoddiapazonnym reaktorno-tiristornym ustroystvom (A Block-Modular Model of a Two-Transformer Substation with a Dual-Band Reactor-Thyristor Device) / V.S. Klimash, B.D. Tabarov, 2022.
20. GОSТ 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). М.: Standartinform, 2015, 47 p.
21. Pаt. RU2746796C1. Sposob regulirovaniya reaktivnoy moshchnosti kondensatornoy ustanovkoy (A Method for Regulating Reactive Power by a Capacitor Plant) / S.V. Klimash et al., 2021.
22. Пат. RU2749606C1. Sposob trekhstupenchatogo reguliro-vaniya reaktivnoy moshchnosti kondensatornoy ustanovkoy (A Method for Three-Stage Regulation of Reactive Power by a Capacitor Plant) / S.V. Klimash et al., 2021
---
The study was financially supported by the Grant Council of the President of the Russian Federation for state support of young Russian scientists - Candidates of Sciences (grant No. MK-3799.2022.4)
2. Силовые понижающие трансформаторы [Электрон. ресурс], URL https://complectprom.ru/transformers/silovye-ponizhayuschie-transformatory/ (дата обращения 22.01.2024).
3. Волков Н.Г. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Томск: Томский политехнический университет, 2010, 152 с.
4. Fishov A.G., Klavsuts D.A., Klavsuts I.L. Multi-Agent Regulation of Voltage in Smart Grid System with the Use of Distributed Generation and Customers. – Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 698, pp. 761–767, DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.698.761.
5. Дед А.В. и др. Определение допустимых диапазонов регулирования медленных изменений напряжений путем имитационного моделирования. – Омский научный вестник, 2018, № 5(161), с. 90–96.
6. Производственная компания «Техэнергохолдинг» [Электрон. ресурс], URL http://www.tehenergoholding.ru/index.php?menu_id=84&menu_parent_id=83&yclid=755260750374607811 (дата обращения 22.01.2024).
7. Файда Е.Л., Сивкова А.П. Трансформаторные стабилизаторы переменного напряжения с регулированием на первичной стороне. – Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика, 2014, т. 14, № 3, с. 41–45.
8. Производственное предприятие «Электрические сети» [Электрон. ресурс], URL https://leg.co.ua/transformatory/praktika/transformatory-s-pereklyucheniem-otvetvleniy-bez-vozbuzhdeniya-pbv.html (дата обращения 22.01.2024).
9. Мельников Н.А., Солдаткина Л.А. Регулирование напряжения в электрических сетях. М.: Энергия, 1968, 152 с.
10. Перетятько В.А. Проблемы регулирования напряжения. – Вестник Черниговского государственного технического университета. Серия: технические науки, 2011, № 1 (47), с. 142–151.
11. Sosnina E. et al. Power Flow Control Device Prototype Tests. – IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Asia, 2016, pp. 312–316, DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2016.7796404.
12. Маркушевич Н.С. Регулирование напряжения и экономия электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 1984, 104 с.
13. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л., Горпинич А.В. Оценка надежности электрооборудования при пониженном качестве электроэнергии. – Вести в электроэнергетике, 2006, № 6, с. 13–17.
14. Добрусин Л.А. Проблемы энергоэффективности и энергосбережения в России: информационно аналитический обзор. Часть 1. Актуальные задачи транспорта и распределения электроэнергии. – Силовая электроника, 2011, т. 5, № 33, с. 102–105.
15. Klavsuts I.L., Rusina А., Klavsuts D.A. The Development of Simulation Model of Innovative Technology of AC Voltage Normalization for Introduction into Smart Grid System. – 51st International Universities Power Engineering Conference, 2016, DOI:10.1109/UPEC.2016.8114116.
16. Шидловский А.Н., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985, 268 с.
17. Пат. RU2667095С1. Способ управления пускорегулирующим устройством силового трансформатора / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров, 2018.
18. Пат. RU2667481C1. Устройство для включения, выключения и регулирования напряжения трансформаторной подстанции / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров, 2018.
19. Свид. № 2022611670 РФ. Блочно-модульная модель двухтрансформаторной подстанции с двухподдиапазонным реакторно-тиристорным устройством / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров, 2022.
20. ГОСТ 33073-2014. Контроль и мониторинг качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2015, 47 с.
21. Пат. RU2746796C1. Способ регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой / С.В. Климаш и др., 2021.
22. Пат. RU2749606C1. Способ трехступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установкой / С.В. Климаш и др., 2021.
---
Исследование выполнено при финансовой поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук (номер гранта: МК-3799.2022.4)
#
1. Loskutov A.B., Fitasov A.N., Petritskiy S.А. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva – in Russ. (Proceedings of the NSTU n.a. R.E. Alekseev), 2019, No. 3(126), pp. 73–79.
2. Silovye ponizhayushchie transformatory (Power Step-down Transformers) [Electron. resource], URL https://complectprom.ru/transformers/silovye-ponizhayuschie-transformatory/ (Date of appeal 22.01.2024).
3. Volkov N.G. Kachestvo elektroenergii v sistemah elektrosnabzheniya (The Quality of Electricity in Power Supply Systems). Tomsk: Tomskiy politekhnicheskiy universitet, 2010, 152 p.
4. Fishov A.G., Klavsuts D.A., Klavsuts I.L. Multi-Agent Regulation of Voltage in Smart Grid System with the Use of Distributed Generation and Customers. – Applied Mechanics and Materials, 2014, vol. 698, pp. 761–767, DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.698.761.
5. Ded A.V. et al. Omskiy nauchnyy vestnik – in Russ. (Omsk Scientific Bulletin), 2018, No. 5(161), pp. 90–96.
6. Production Company "Techenergoholding" [Electron. resource], URL http://www.tehenergoholding.ru/index.php?menu_id=84&menu_parent_id=83&yclid=755260750374607811 (Date of appeal 22.01.2024).
7. Fayda E.L., Sivkova A.P. Vestnik YurGU. Seriya “Energetika” – in Russ. (Bulletin of SUSU. Series: Energy), 2014, vol. 14, No. 3, pp. 41–45.
8. Production enterprise "Electric networks" [Electron. resource], URL https://leg.co.ua/transformatory/praktika/transformatory-s-pere-klyucheniem-otvetvleniy-bez-vozbuzhdeniya-pbv.html (Date of appeal 22.01.2024).
9. Mel'nikov N.A., Soldatkina L.А. Regulirovanie napryazheniya v elektricheskih setyah (Voltage Regulation in Electrical Networks). М.: Energiya, 1968, 152 p.
10. Peretyat'ko V.А. Vestnik Chernigovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. Seriya: tekhnicheskie nauki – in Russ. (Bulletin of Chernihiv State Technical University. Series: Technical Sciences), 2011, No. 1 (47), pp. 142–151.
11. Sosnina E. et al. Power Flow Control Device Prototype Tests. – IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Asia, 2016, pp. 312–316, DOI: 10.1109/ISGT-Asia.2016.7796404.
12. Markushevich N.S. Regulirovanie napryazheniya i ekonomiya elektroenergii (Voltage Regulation and Energy Saving). М.: Energoatomizdat, 1984, 104 p.
13. Zhezhelenko I.V., Saenko Yu.L., Gorpinich A.V. Vesti v elektroenergetike – in Russ. (Vesti in the Electric Power Industry), 2006, No. 6, pp. 13–17.
14. Dobrusin L.А. Silovaya elektronika – in Russ. (Power Elec-tronics), 2011, vol. 5, No. 33, pp. 102–105.
15. Klavsuts I.L., Rusina А., Klavsuts D.A. The Development of Simulation Model of Innovative Technology of AC Voltage Normalization for Introduction into Smart Grid System. – 51st International Universities Power Engineering Conference, 2016, DOI:10.1109/UPEC.2016.8114116.
16. Shidlovskiy A.N., Kuznetsov V.G. Povyshenie kachestva energii v elektricheskih setyah (Improving the Power Quality in Electric Networks). Kiev: Naukova dumka, 1985, 268 p.
17. Pаt. RU2667095С1. Sposob upravleniya puskoreguliruyu-shchim ustroystvom silovogo transformatora (A Method for Controlling the Start-up Device of a Power Transformer) / V.S. Klimash, B.D. Tabarov, 2018.
18. Pаt. RU2667481C1. Ustroystvo dlya vklyucheniya, vyklyu-cheniya i regulirovaniya napryazheniya transformatornoy podstantsii (A Device for Switching on, off and Regulating the Voltage of a Transformer Substation) / V.S. Klimash, B.D. Tabarov, 2018.
19. Svid. № 2022611670 RF. Blochno-modul'naya model' dvuhtransformatornoy podstantsii s dvuhpoddiapazonnym reaktorno-tiristornym ustroystvom (A Block-Modular Model of a Two-Transformer Substation with a Dual-Band Reactor-Thyristor Device) / V.S. Klimash, B.D. Tabarov, 2022.
20. GОSТ 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). М.: Standartinform, 2015, 47 p.
21. Pаt. RU2746796C1. Sposob regulirovaniya reaktivnoy moshchnosti kondensatornoy ustanovkoy (A Method for Regulating Reactive Power by a Capacitor Plant) / S.V. Klimash et al., 2021.
22. Пат. RU2749606C1. Sposob trekhstupenchatogo reguliro-vaniya reaktivnoy moshchnosti kondensatornoy ustanovkoy (A Method for Three-Stage Regulation of Reactive Power by a Capacitor Plant) / S.V. Klimash et al., 2021
---
The study was financially supported by the Grant Council of the President of the Russian Federation for state support of young Russian scientists - Candidates of Sciences (grant No. MK-3799.2022.4)
Published
2024-02-29
Issue
Section
Article
