Assessment of Additional Active Power Losses in 110 kV Overhead Power Lines in Non-Sinusoidal Operation Modes
Keywords:
power quality, non-sinusoidal operation mode, harmonics, measurements, methodological approach, additional active power losses
Abstract
Non-sinusoidal voltage in electrical networks is one of the problems faced in the field of power quality. In non-sinusoidal operation modes in electrical networks, in addition to active power losses at the fundamental voltage frequency, active power losses occur at frequencies that are multiples of the fundamental frequency, corresponding to the harmonic components of voltages and currents from the 2nd to the 40th. Additional harmonic active power losses increase losses in electrical networks, thereby inflicting economic damage for electricity supplying and consuming companies. The article presents a literature review on the topic under consideration, based on which a methodological approach is formulated for assessing additional active power losses in overhead power lines. The power quality indicators characterizing the harmonic distortion of voltage measured at electric power quality monitoring points of two 110 kV power lines supplying power to JSC Aleksandrovsky Mine are analyzed. Additional active power losses in these lines are determined, and a comparative analysis of losses at the fundamental frequency and at harmonic frequencies is carried out. Based on the assessment of losses at harmonic frequencies, possible additional active energy losses for one year in the 110 kV lines supplying power to JSC Aleksandrovsky Mine and in all 110 kV power lines in the electrical networks of Russia are predicted.
References
1. Железко Ю.С. Научно-методические основы стратегии снижения потерь и повышения качества электроэнергии в электрических сетях: дис. … доктора техн. наук. М.: ВНИИЭ,1996, 46 p.
2. Коверникова Л.И., Тульский В.Н., Шамонов Р.Г. Проблемы и пути совершенствования управления качеством электрической энергии в России. – Энергетик, 2022, № 4, с. 43–58.
3. Zapanov O.V., Kovernikova L.I. On the Power Quality of Electrical Energy Supplied to Joint Stock Company “Aleksandrovsky Mine”. – E3S Web Conf. ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management, 2020, DOI: 10.1051/e3sconf/202020907012.
4. Электронные копии судебных актов по АО «Рудник Александровский» [Электрон. ресурс], URL: https://kad.arbitr.ru/Card/c3ae7f7e-476a-4066-a5b2-c300ef5caf56 (дата обращения 12.04.2024).
5. Постановление Правительства РФ от 23.12.2021 № 2425 [Электрон. ресурс], URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202112300200?index=5&rangeSize=1 (дата обращения 12.04.2024).
6. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014, 16 с.
7. Решение Комитета Государственной Думы по энергетике от 06 апреля 2022 г. № 3.25-5/22. Письмо Генеральному директору ПАО «Россети» Рюмину А.В. от 15.02.2022 № С70А-4/25 [Электрон. ресурс], URL: http://komitet-energo.duma.gov.ru/about/ekspertnyj-sovet/sekcii-ekspertnogo-soveta/11c5daa4-3002-4672-9c24-336dbb128bd7 (дата обращения 12.04.2024).
8. Коверникова Л.И. и др. Качество электрической энергии: современное состояние, проблемы и предложения по их решению / под ред. Н.И. Воропая. Новосибирск: Наука, 2017, 219 с.
9. Czarnecki L.S. Working, Reflected and Detrimental Active Powers. – IET Generation, Transmission & Distribution, 2012, vol. 6(3), pp. 233–239, DOI:10.1049/iet-gtd.2011.0318.
10. Карташев И.И., Зуев Э.Н. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения. М.: Издательство МЭИ, 2001, 120 с.
11. Харлов Н.Н. и др. Энергетическое обследование несинусоидальных режимов многопроводных линий электропередачи. – Электричество, 2011, № 12, с. 12–15.
12. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат, 1994, 272 с.
13. Emanuel A.E. Power Definitions and the Physical Mechanism of Power Flow. John Wiley & Sons, Ltd, 2010, 264 p.
14. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985, 268 с.
15. Арриллага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1990, 320 с.
16. Novitskiy A., Schlegel S., Westermann D. Estimation of Power Losses Caused by Supraharmonics. – Energy Systems Research, 2022, vol. 3, No. 4, pp. 28–36.
17. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Т. 2. Л.: Энергоиздат, 1981, 416 с.
18. Wakileh G.J. Power Systems Harmonics. Berlin Heidelberg, Germany: Springer, 2001, pp. 221.
19. Электротехнический справочник. Т.1 / под ред. П.Г. Грудинского. М.: Энергия, 1974, 776 с.
20. Войтов О.Н., Попова Е.В., Семенова Л.В. Алгоритм расчета потокораспределения электрических сетей. – Электричество, 2013, № 12, с. 19–26.
21. Ахмедова О.О., Сошинов А.Г. Исследование работоспособности электротехнического комплекса системы релейной защиты при разнообразных внешних воздействиях. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2019, № 5(56), с. 107–113.
22. Рокотян С.С., Шапиро И.М. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. М.: Энергия, 1977, 288 с.
23. Измерители показателей качества электрической энергии «Ресурс–UF2»: Руководство по эксплуатации БГТК.411722.009 РЭ [Электрон. ресурс], URL: https://www.entp.ru/ (дата обращения 12.04.2024).
#
1. Zhelezko Yu.S. Nauchno-metodicheskie osnovy strategii snizheniya poter' i povysheniya kachestva elektroenergii v elektricheskih setyah: dis. … doktora tekhn. nauk (Scientific and Methodological Foundations of a Strategy to Reduce Losses and Improve the Quality of Electricity in Electric Networks: Dis. ... Dr. Sci. (Eng.)). M.: VNIIE,1996, 46 p.
2. Kovernikova L.I., Tul'skiy V.N., Shamonov R.G. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2022, No. 4, pp. 43–58.
3. Zapanov O.V., Kovernikova L.I. On the Power Quality of Electrical Energy Supplied to Joint Stock Company “Aleksandrovsky Mine”. – E3S Web Conf. ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management, 2020, DOI: 10.1051/e3sconf/202020907012.
4. Elektronnye kopii sudebnyh aktov po AO «Rudnik Aleksand-rovskiy» (Electronic Copies of Judicial Acts on JSC "Alexandrovsky Mine") [Electron. resource], URL: https://kad.arbitr.ru/Card/c3ae7f7e-476a-4066-a5b2-c300ef5caf56 (Date of appeal 12.04.2024).
5. Postanovlenie Pravitel'stva RF (Resolution of the Government of the Russian Federation) Dated 23.12.2021 No. 2425 [Electron. resource], URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202112300200?index=5&rangeSize=1 (Date of appeal 12.04.2024).
6. GOST 32144-2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost' tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elek-tricheskoy 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.
7. Reshenie Komiteta Gosudarstvennoy Dumy po energetike (De-cision of the State Duma Committee on Power Engeering) [Electron. resource], URL: http://komitet-energo.duma.gov.ru/about/ekspertnyj-sovet/sekcii-ekspertnogo-soveta/11c5daa4-3002-4672-9c24-336dbb1 28bd7 (Date of appeal 12.04.2024).
8. Kovernikova L.I. et al. Kachestvo elektricheskoy energii: sovremennoe sostoyanie, problemy i predlozheniya po ikh resheniyu (The Power Quality: Current State, Problems and Suggestions for Their Solution) / By Ed. N.I. Voropay. Novosibirsk: Nauka, 2017, 219 p.
9. Czarnecki L.S. Working, Reflected and Detrimental Active Powers. – IET Generation, Transmission & Distribution, 2012, vol. 6(3), pp. 233–239, DOI:10.1049/iet-gtd.2011.0318.
10. Kartashev I.I., Zuev E.N. Kachestvo elektroenergii v sistemah elektrosnabzheniya. Sposoby ego kontrolya i obespecheniya (The Quality of Electricity in Power Supply Systems. Ways to Control and Ensure It). M.: Izdatel'stvo MEI, 2001, 120 p.
11. Harlov N.N. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 12, pp. 12–15.
12. Zhezhelenko I.V. Vysshie garmoniki v sistemah elektrosnab-zheniya prompredpriyatiy (Higher Harmonics in Industrial Power Supply Systems). М.: Energoatomizdat, 1994, 272 p.
13. Emanuel A.E. Power Definitions and the Physical Mechanism of Power Flow. John Wiley & Sons, Ltd, 2010, 264 p.
14. Shidlovskiy A.K., Kuznetsov V.G. Povyshenie kachestva energii v elektricheskih setyah (Improving the PowerQquality in Electrical Networks). Kiev: Naukova dumka, 1985, 268 p.
15. Arrillaga Dzh., Bredli D., Bodzher P. Garmoniki v elektricheskih sistemah (Harmonics in Electrical Systems). M.: Energoatomizdat, 1990, 320 p.
16. Novitskiy A., Schlegel S., Westermann D. Estimation of Power Losses Caused by Supraharmonics. – Energy Systems Research, 2022, vol. 3, No. 4, pp. 28–36.
17. Neyman L.R., Demirchyan K.S. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki (Theoretical Foundations of Electrical Engineering). Vol. 2. L.: Energoizdat, 1981, 416 p.
18. Wakileh G.J. Power Systems Harmonics. Berlin Heidelberg, Germany: Springer, 2001, pp. 221.
19. Elektrotekhnicheskiy spravochnik (Electrical Engineering Reference Book). Vol.1 / Ed. by P.G. Grudinsky. М.: Energiya, 1974, 776 p.
20. Voytov O.N., Popova E.V., Semenova L.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2013, No. 12, pp. 19–26.
21. Ahmedova O.O., Soshinov A.G. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electrical Power. Transmission and Distribution), 2019, No. 5(56), pp. 107–113.
22. Rokotyan S.S., Shapiro I.М. Spravochnik po proektirovaniyu elektroenergeticheskih system (Handbook on the Design of Electric Power Systems). M.: Energiya, 1977, 288 p.
23. Izmeriteli pokazateley kachestva elektricheskoy energii «Resurs–UF2» (Meters of Electric Energy Quality Indicators "Resurs–UF2") [Electron. resource], URL: https://www.entp.ru/ (Date of appeal 12.04.2024)
2. Коверникова Л.И., Тульский В.Н., Шамонов Р.Г. Проблемы и пути совершенствования управления качеством электрической энергии в России. – Энергетик, 2022, № 4, с. 43–58.
3. Zapanov O.V., Kovernikova L.I. On the Power Quality of Electrical Energy Supplied to Joint Stock Company “Aleksandrovsky Mine”. – E3S Web Conf. ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management, 2020, DOI: 10.1051/e3sconf/202020907012.
4. Электронные копии судебных актов по АО «Рудник Александровский» [Электрон. ресурс], URL: https://kad.arbitr.ru/Card/c3ae7f7e-476a-4066-a5b2-c300ef5caf56 (дата обращения 12.04.2024).
5. Постановление Правительства РФ от 23.12.2021 № 2425 [Электрон. ресурс], URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202112300200?index=5&rangeSize=1 (дата обращения 12.04.2024).
6. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014, 16 с.
7. Решение Комитета Государственной Думы по энергетике от 06 апреля 2022 г. № 3.25-5/22. Письмо Генеральному директору ПАО «Россети» Рюмину А.В. от 15.02.2022 № С70А-4/25 [Электрон. ресурс], URL: http://komitet-energo.duma.gov.ru/about/ekspertnyj-sovet/sekcii-ekspertnogo-soveta/11c5daa4-3002-4672-9c24-336dbb128bd7 (дата обращения 12.04.2024).
8. Коверникова Л.И. и др. Качество электрической энергии: современное состояние, проблемы и предложения по их решению / под ред. Н.И. Воропая. Новосибирск: Наука, 2017, 219 с.
9. Czarnecki L.S. Working, Reflected and Detrimental Active Powers. – IET Generation, Transmission & Distribution, 2012, vol. 6(3), pp. 233–239, DOI:10.1049/iet-gtd.2011.0318.
10. Карташев И.И., Зуев Э.Н. Качество электроэнергии в системах электроснабжения. Способы его контроля и обеспечения. М.: Издательство МЭИ, 2001, 120 с.
11. Харлов Н.Н. и др. Энергетическое обследование несинусоидальных режимов многопроводных линий электропередачи. – Электричество, 2011, № 12, с. 12–15.
12. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат, 1994, 272 с.
13. Emanuel A.E. Power Definitions and the Physical Mechanism of Power Flow. John Wiley & Sons, Ltd, 2010, 264 p.
14. Шидловский А.К., Кузнецов В.Г. Повышение качества энергии в электрических сетях. Киев: Наукова думка, 1985, 268 с.
15. Арриллага Дж., Брэдли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1990, 320 с.
16. Novitskiy A., Schlegel S., Westermann D. Estimation of Power Losses Caused by Supraharmonics. – Energy Systems Research, 2022, vol. 3, No. 4, pp. 28–36.
17. Нейман Л.Р., Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники. Т. 2. Л.: Энергоиздат, 1981, 416 с.
18. Wakileh G.J. Power Systems Harmonics. Berlin Heidelberg, Germany: Springer, 2001, pp. 221.
19. Электротехнический справочник. Т.1 / под ред. П.Г. Грудинского. М.: Энергия, 1974, 776 с.
20. Войтов О.Н., Попова Е.В., Семенова Л.В. Алгоритм расчета потокораспределения электрических сетей. – Электричество, 2013, № 12, с. 19–26.
21. Ахмедова О.О., Сошинов А.Г. Исследование работоспособности электротехнического комплекса системы релейной защиты при разнообразных внешних воздействиях. – Электроэнергия. Передача и распределение, 2019, № 5(56), с. 107–113.
22. Рокотян С.С., Шапиро И.М. Справочник по проектированию электроэнергетических систем. М.: Энергия, 1977, 288 с.
23. Измерители показателей качества электрической энергии «Ресурс–UF2»: Руководство по эксплуатации БГТК.411722.009 РЭ [Электрон. ресурс], URL: https://www.entp.ru/ (дата обращения 12.04.2024).
#
1. Zhelezko Yu.S. Nauchno-metodicheskie osnovy strategii snizheniya poter' i povysheniya kachestva elektroenergii v elektricheskih setyah: dis. … doktora tekhn. nauk (Scientific and Methodological Foundations of a Strategy to Reduce Losses and Improve the Quality of Electricity in Electric Networks: Dis. ... Dr. Sci. (Eng.)). M.: VNIIE,1996, 46 p.
2. Kovernikova L.I., Tul'skiy V.N., Shamonov R.G. Energetik – in Russ. (Power Engineer), 2022, No. 4, pp. 43–58.
3. Zapanov O.V., Kovernikova L.I. On the Power Quality of Electrical Energy Supplied to Joint Stock Company “Aleksandrovsky Mine”. – E3S Web Conf. ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management, 2020, DOI: 10.1051/e3sconf/202020907012.
4. Elektronnye kopii sudebnyh aktov po AO «Rudnik Aleksand-rovskiy» (Electronic Copies of Judicial Acts on JSC "Alexandrovsky Mine") [Electron. resource], URL: https://kad.arbitr.ru/Card/c3ae7f7e-476a-4066-a5b2-c300ef5caf56 (Date of appeal 12.04.2024).
5. Postanovlenie Pravitel'stva RF (Resolution of the Government of the Russian Federation) Dated 23.12.2021 No. 2425 [Electron. resource], URL: http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202112300200?index=5&rangeSize=1 (Date of appeal 12.04.2024).
6. GOST 32144-2013. Elektricheskaya energiya. Sovmestimost' tekhnicheskikh sredstv elektromagnitnaya. Normy kachestva elek-tricheskoy 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.
7. Reshenie Komiteta Gosudarstvennoy Dumy po energetike (De-cision of the State Duma Committee on Power Engeering) [Electron. resource], URL: http://komitet-energo.duma.gov.ru/about/ekspertnyj-sovet/sekcii-ekspertnogo-soveta/11c5daa4-3002-4672-9c24-336dbb1 28bd7 (Date of appeal 12.04.2024).
8. Kovernikova L.I. et al. Kachestvo elektricheskoy energii: sovremennoe sostoyanie, problemy i predlozheniya po ikh resheniyu (The Power Quality: Current State, Problems and Suggestions for Their Solution) / By Ed. N.I. Voropay. Novosibirsk: Nauka, 2017, 219 p.
9. Czarnecki L.S. Working, Reflected and Detrimental Active Powers. – IET Generation, Transmission & Distribution, 2012, vol. 6(3), pp. 233–239, DOI:10.1049/iet-gtd.2011.0318.
10. Kartashev I.I., Zuev E.N. Kachestvo elektroenergii v sistemah elektrosnabzheniya. Sposoby ego kontrolya i obespecheniya (The Quality of Electricity in Power Supply Systems. Ways to Control and Ensure It). M.: Izdatel'stvo MEI, 2001, 120 p.
11. Harlov N.N. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 12, pp. 12–15.
12. Zhezhelenko I.V. Vysshie garmoniki v sistemah elektrosnab-zheniya prompredpriyatiy (Higher Harmonics in Industrial Power Supply Systems). М.: Energoatomizdat, 1994, 272 p.
13. Emanuel A.E. Power Definitions and the Physical Mechanism of Power Flow. John Wiley & Sons, Ltd, 2010, 264 p.
14. Shidlovskiy A.K., Kuznetsov V.G. Povyshenie kachestva energii v elektricheskih setyah (Improving the PowerQquality in Electrical Networks). Kiev: Naukova dumka, 1985, 268 p.
15. Arrillaga Dzh., Bredli D., Bodzher P. Garmoniki v elektricheskih sistemah (Harmonics in Electrical Systems). M.: Energoatomizdat, 1990, 320 p.
16. Novitskiy A., Schlegel S., Westermann D. Estimation of Power Losses Caused by Supraharmonics. – Energy Systems Research, 2022, vol. 3, No. 4, pp. 28–36.
17. Neyman L.R., Demirchyan K.S. Teoreticheskie osnovy elektrotekhniki (Theoretical Foundations of Electrical Engineering). Vol. 2. L.: Energoizdat, 1981, 416 p.
18. Wakileh G.J. Power Systems Harmonics. Berlin Heidelberg, Germany: Springer, 2001, pp. 221.
19. Elektrotekhnicheskiy spravochnik (Electrical Engineering Reference Book). Vol.1 / Ed. by P.G. Grudinsky. М.: Energiya, 1974, 776 p.
20. Voytov O.N., Popova E.V., Semenova L.V. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2013, No. 12, pp. 19–26.
21. Ahmedova O.O., Soshinov A.G. Elektroenergiya. Peredacha i raspredelenie – in Russ. (Electrical Power. Transmission and Distribution), 2019, No. 5(56), pp. 107–113.
22. Rokotyan S.S., Shapiro I.М. Spravochnik po proektirovaniyu elektroenergeticheskih system (Handbook on the Design of Electric Power Systems). M.: Energiya, 1977, 288 p.
23. Izmeriteli pokazateley kachestva elektricheskoy energii «Resurs–UF2» (Meters of Electric Energy Quality Indicators "Resurs–UF2") [Electron. resource], URL: https://www.entp.ru/ (Date of appeal 12.04.2024)
Published
2024-04-25
Issue
Section
Article
