Технологические предпосылки оценки несбалансированных режимов работы в компонентах низковольтных систем электроснабжения и способы минимизаций последствий этих режимов

Технологические предпосылки оценки несбалансированных режимов работы в компонентах низковольтных систем электроснабжения и способы минимизаций последствий этих режимов

Автор: Наумов И. В.

Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu

Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации

Статья в выпуске: 6 т.17, 2024 года.

Бесплатный доступ

Целью научной статьи является разработка технологии оценки несбалансированных режимов в компонентах систем электроснабжения напряжением 0,4 кВ и способа минимизаций последствий этих режимов. Установлено, что несбалансированность режимов работы исследуемых электрических сетей обусловлена несимметрией и несинусоидальностью трёхфазной системы напряжения электропитания. Возникающие при этом дополнительные симметричные составляющие обратной и нулевой последовательности, обусловленные основной частотой, а также составляющие прямой, обратной и нулевой последовательностей, обусловленных эмиссией высших гармонических составляющих, вызывают ухудшение качества электрической энергии и возрастание потерь электрической энергии. Разработано универсальное балансирующее устройство, позволяющее в автоматическом режиме в каждый момент времени изменять свои параметры, в зависимости от изменяющегося уровня несбалансированного электропотребления. За счет этого происходит значительное улучшение показателей качества электрической энергии и более чем на 50 % снижаются потери электроэнергии. В качестве методологической базы исследования использовались разработанные автором методы оценки несбалансированных режимов при интеграции в электрическую сеть предлагаемой модели балансирующего устройства. На основе представленных алгоритмов расчета предложено разработанное программное обеспечение расчетов несбалансированных режимов. В качестве апробации полученных результатов произведено имитационное моделирование подключения балансирующего устройства в действующую систему цехового электроснабжения одного из промышленных предприятий, которое доказало эффективность использования полученных результатов исследования.

Еще

Несбалансированное электропотребление, балансирующее устройство, несимметрия напряжений, высшие гармонические составляющие, коэффициент потерь, показатели качества

Короткий адрес: https://sciup.org/146282910

IDR: 146282910

Список литературы Технологические предпосылки оценки несбалансированных режимов работы в компонентах низковольтных систем электроснабжения и способы минимизаций последствий этих режимов

  • Абдиева З. Е., Назаров Б. Б. Причины несимметричных режимов в электрических сетях 0,38 кВ, Наука и инновационные технологии, 2017, 1(3), 64–67. [Abdieva Z. E., Nazarov B. B. Causes of asymmetric modes in 0.38 kV electrical networks, Science and innovative technologies, 2017, 1(3), 64–67. (in Rus.)].
  • Абдиева З. Э. Оценка влияния несимметрии нагрузки на потери электрической энергии в сетях 0,4 кВ. Энергетика. Известия Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова, 2014, 32(1), 157–159. [Abdieva Z. E. Evaluation of the effect of load asymmetry on electrical energy losses in 0.4 kV networks. Energy. Proceedings of the Kyrgyz State Technical University named after I. Razzakov, 2014, 32(1), 157–159 (in Rus.)].
  • Амелькина Н. А., Бодрухина С. С., Цырук С. А. Определение фактического вклада асимметричных потребителей в искажение качества электроэнергии в точке общего подключения. Электрик, 2005, 4, 17–21. [Amelkina N. A., Bodrukhina S. S., Tsyruk S. A. Determination of the actual contribution of asymmetric consumers to the distortion of electricity quality at the point of common connection. Electrician, 2005, 4, 17–21 (in Rus.)].
  • Ануфриев А. И., Платонов И. Ю., Агеев В. А., Душутин К. А. Анализ асимметрии и отклонения напряжения в распределительных сетях 0,4 кВ. Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы: межвузовский сборник научных трудов, Саранск, 2016, 186–190. [Anufriev A. I., Platonov I. Yu., Ageev V. A., Dushutin K. A. Analysis of asymmetry and voltage deviation in 0.4 kV distribution networks. Energy-efficient and resource-saving technologies and systems: Interuniversity collection of scientific papers, Saransk, 2016, 186–190. (in Rus.)].
  • Гольдштейн В. Г., Сливкин В. Г. Анализ электромагнитной совместимости электроприемников низкого напряжения при несимметричных режимах работы высоковольтных электрических сетей, Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: физико-математические науки, 2002, 16, 205–208. [Goldstein V. G., Slivkin V. G. Analysis of electromagnetic compatibility of low-voltage electrical receivers in asymmetric modes of operation of high-voltage electrical networks, Bulletin of the Samara State Technical University. Series: Physical and Mathematical Sciences, 2002, 16, 205–208. (in Rus.)].
  • Гамазин С. И., Петрович В. А., Никифорова В. Н. Определение фактического вклада потребителя в искажение параметров качества электрической энергии. Промышленная энергетика, 2003, 1, 32–38. [Gamazin S. I., Petrovich V. A., Nikiforova V. N. Determination of the actual contribution of the consumer to the distortion of the parameters of the quality of electric energy. Industrial Energy, 2003, 1, 32–38 (in Rus.)].
  • Дед А. В. К вопросу о классификации несимметричных режимов в электрических сетях. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2016, 10(2), 183–185. [Grandfather A. V. On the classification of asymmetric modes in electrical networks. International Journal of Applied and Fundamental Research, 2016, 10(2), 183–185 (in Rus.)].
  • Наумов И. В. К вопросу управления несимметричными режимами работы распределительных электрических сетей 0,38 кВ. Промышленная энергетика, 2022, 5, 2–14. [Naumov I. V. On the issue of controlling asymmetric modes of operation of 0.38 kV distribution electric networks. Industrial Energy, 2022, 5, 2–14 (in Rus.)].
  • Костюков Д. А. Оценка вклада потребителя в несимметрию напряжений по нулевой последовательности в точке общего присоединения. Вестник Северо-Кавказского федерального университета, 2018, 6(69), 24–34. [Kostyukov D. A. Assessment of the consumer’s contribution to the voltage asymmetry along the zero sequence at the point of common connection. Bulletin of the North Caucasus Federal University, 2018, 6(69), 24–34 (in Rus.)].
  • Коновалов Ю. В., Воробьев И. И. Анализ качества электроэнергии на предприятии. Вестник Ангарской государственной технической академии, 2014, 8, 57–60. [Konovalov Yu.V., Vorobyov I. I. Analysis of the quality of electricity at the enterprise. Bulletin of the Angarsk State Technical Academy, 2014, 8, 57–60 (in Rus.)].
  • Наумов И. В., Багаев А. А. Моделирование режимов несимметричного электропотребления в сельских распределительных электрических сетях 0,38 кВ при многоступенчатом отборе мощности. Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2022, 6(212), 90–104. doi.org/10.53083/1996–4277–2022–212–6–90–104. [Naumov I. V., Bagaev A. A. Modeling of asymmetric power consumption modes in rural distribution electric networks of 0.38 kV with multistage power sampling. Bulletin of the Altai State Agrarian University, 2022, 6(212), 90–104 (in Rus.)].
  • Furfari F. A., Brittain J. Charles Le Geyt Fortescue and the method of symmetrical components. June 2002 IEEE Industry Applications Magazine. 2002. 8(3):7. doi.org/10.1109/MIA.2002.999605.
  • Косоухов Ф. Д. Методы расчета и анализа показателей несимметрии токов и напряжений в сельских распределительных сетях. Учеб. Пособие. Ленинград: ЛСХИ. 1984. 42. [Kosoukhov F. D. Methods of calculation and analysis of current and voltage asymmetry indicators in rural distribution networks. Studies. Stipend. Leningrad: LSHI. 1984. 42. (in Rus.)].
  • Современная элементная база силовой электроники. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://infopedia.su/12x3f4a.html (дата обращения: 13.01.2024 г.). [Modern element base of power electronics. [Electronic resource]. Access mode: https://infopedia.su/12x3f4a.html (date of application: 13.01.2024). (in Rus.)].
  • Современная элементная база для систем вторичного электропитания. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://studentopedia.ru/tovarovedenie/sovremennaya-elementnaya-baza-dlya-sistem-vtorichnogo-elektropitaniya–-specializirovannij-istochnik.html. (дата обращения: 13.01.2024 г.). [Modern element base for secondary power supply systems. [Electronic resource]. Access mode: https://studentopedia.ru/tovarovedenie/sovremennaya-elementnaya-baza-dlya-sistem-vtorichnogo-elektropitaniya–-specializirovannij-istochnik.htm (date of application: 13.01.2024) (in Rus.)].
  • Силовая электроника. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.c1ec64d1–65a20d73–861c6354–74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Power_electronics. (дата обращения: 13.01.2024 г.). [Power electronics. [Electronic resource]. Access mode: https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.c1ec64d1–65a20d73–861c6354–74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Power_electronics. (date of application: 13.01.2024 (in Rus.)].
  • ГОСТ 32144–2013. Межгосударственный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Дата введения 2014.07.01. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/1200104301 (дата обращения: 13.01.2024 г.). [GOST 32144–2013. The interstate standard. Electrical energy. Electromagnetic compatibility of technical means. Standards for the quality of electrical energy in general-purpose power supply systems. Date of introduction 2014.07.01. [Electronic resource]. Access mode: https://docs.cntd.ru/document/1200104301 (date of application: 13.01.2024) (in Rus.)].
  • IEEE 1159–2019 – IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality. [Electronic resource]. Access mode: https://ieeexplore.ieee.org/document/8796486. (Date of application: 13.01.2024 г.)].
  • IEC TS 62749:2020 (MAIN) Assessment of power quality – Characteristics of electricity supplied by public networks. [Electronic resource]. Access mode: https://standards.iteh.ai/catalog/standards/iec/7568f287–0709–4b64–8f64-b19c62f6b2fd/iec-ts‑62749–2020/ (date of application: 13.01.2024 г.).
  • Standards Coordinating Committee 21 of Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE); IEEE Standard P1547.8™/D 8. Recommended Practice for Establishing Methods and Procedures that Provide Supplemental Support for Implementation Strategies for Expanded Use of IEEE Standard 1547; IEEE ballot document. [Electronic resource]. – Access mode: http://grouper.ieee.org/groups/scc21/1547.8/; Mach 10, 2023.
  • ACER. Security of EU electricity supply in 2021: Report on Member States approaches to assess and ensure adequacy. Oct.2022. [Electronic resource]. – Access mode: https://acer.europa.eu/Publications/ACER_Security_of_EU_Electricity_Supply_2021.pdf; Apr. 26, 2023.
  • Гармонические искажения при работе преобразователей частоты. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.vesper.ru/upload/iblock/682/6825635126cb4b492f9dd94ca948bbe8.pdf (дата обращения: 13.01.2024 г.). [Harmonic distortion during operation of frequency converters. [electronic resource]. Access mode: https://www.vesper.ru/upload/iblock/682/6825635126cb4b492f9dd94ca948bbe8.pdf (date of application: 13.01.2024) (in Rus.)].
  • Прогрессивное электронное оборудование в ухудшении качества электроэнергии. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/7089/ (дата обращения: 14.01.2024 г.). [Progressive electronic equipment in the deterioration of the power quality. [Electronic resource]. Access mode: https://www.elec.ru/publications/peredacha-raspredelenie-i-nakoplenie-elektroenergi/7089 (date of application: 14.01.2024) (in Rus.)].
  • Станочное оборудование. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.metobr-expo.ru/ru/ui/17162/ (дата обращения: 14.01.2024). [Machine tools. [Electronic resource]. – Access mode: https://www.metobr-expo.ru/ru/ui/17162 (date of request: 14.01.2024 (in Rus.)].
  • Современное оборудование для промышленных предприятий. [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.wikistroi.ru/doska/oborudovanie/sovremennoe-oborudovanie-dlya-promyshlennyh-predpriyatii (дата обращения: 14.01.2024). [Modern equipment for industrial enterprises. [Electronic resource]. Access mode: https://www.wikistroi.ru/doska/oborudovanie/sovremennoe-oborudovanie-dlya-promyshlennyh-predpriyatii (date of application: 14.01.2024) (in Rus.)].
  • Modern Machining Tools. [Electronic resource]. Access mode: https://www.thomasnet.com/articles/custom-manufacturing-fabricating/metal-machining-tools. Date of application: 14.01.2024 г.
  • Shane R. Machine Tools Encyclopedia (2023 Updated). March 15, 2023. [Electronic resource]. Access mode: https://www.machinemfg.com/machine-tools-encyclopedia. Date of application: 13.01.2024 г.
  • Edvard B. 5 Main harmonics generators and their determinal effects on indastrial applications. [Electronic resource]. Access mode: https://electrical-engineering-portal.com/5-main-harmonics-generators (date of application: 14.01.2024).
  • Hadarig A. I. at all. Experemental analysis of the high-order harmonic components generation in few-layer graphene. Applied Physics A. Materials Science & Processing. Springer, 2015, 118, 83–106. DOI 10.1007/s00339–014–8739-y.
  • Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энегроатомиздат, 2000. 331 [Zhezhelenko, I. V. Higher harmonics in power supply systems of industrial enterprises. Moscow. Energoatomizdat, 2000. 331. (in Rus.)].
  • Коверникова Л. И. Централизованное снижение уровня высших гармоник в сети с нелинейными нагрузками с помощью пассивных фильтров. Электричество, 2010, 9, 50–55. [Kovernikova L. I. Centralized reduction of the level of higher harmonics in a network with nonlinear loads using passive filters. Electricity, 2010, 9, 50–55. (in Rus.)].
  • Наумов И. В., Подъячих С. В., Третьяков А. Н. Управление потоками высших гармонических составляющих в цеховых электрических сетях промышленных предприятий. Грозненский естественнонаучный бюллетень, 2023, 8, 3(33), 115–124. [Naumov I. V., Podyachikh S. V., Tretyakov A. N. Flow control of higher harmonic components in shop electrical networks of industrial enterprises. Grozny Natural Science Bulletin, 2023, 8, 3(33), 115–124. (in Rus.)].
  • Килин С. В., Вендин С. В. Анализ несинусоидальности и асимметрии в электрических сетях 0,4–10 кВ. Проблемы электрификации сельского хозяйства: сборник научных трудов по материалам Всероссийского НПК, Ярославль, 2018, 15–21. [Kilin S. V., Vendin S. V. Analysis of non-sinusoidality and asymmetry in 0.4–10 kV electrical networks. Problems of electrification of agriculture: collection of scientific papers based on the materials of the All-Russian Scientific Research Center, Yaroslavl, 2018, 15–21 (in Rus.)].
  • Наумов И. В., Федоринова Э. С., Якупова М. А. Минимизация последствий искажения качества электрической энергии при несимметрично-несинусоидальном электропотреблении. Промышленная энергетика, 2023, 3, 52–61. DOI: 10.34831/EP.2023.56.49.007. [Naumov I. V., Fedorinova E. S., Yakupova M. A. Minimizing the consequences of distortion of the quality of electric energy in case of asymmetric-non-sinusoidal power consumption. Industrial Energy, 2023, 3, 52–61. DOI: 10.34831/EP.2023.56.49.007. (in Rus.)].
  • Наумов И. В. Снижение дополнительных потерь, обусловленных несинусоидальными режимами и потоками реактивной мощности в цеховой электрической сети 0,4 кВ. Энергетик, 2023, 9, 3–8. [Naumov I. V. Reduction of additional losses caused by non-sinusoidal modes and reactive power flows in the 0.4 kV workshop electrical network. Energetik, 2023, 9, 3–8. (in Rus.)].
  • Косоухов Ф. Д. Энергосбережение в низковольтных электрических сетях при несимметричной нагрузке. Монография, Санкт-Петербург-Москва-Краснодар, 2016. 280. [Kosoukhov F. D. Energy saving in low-voltage electrical networks with an asymmetric load. Monograph, St. Petersburg-Moscow-Krasnodar, 2016. 280. (in Rus.)].
  • Наумов И. В. и др. Свидетельство на полезную модель № 26699: (51) МПК 7 Н 02 J 3/26. Выдано 03.06.2002 с формулой: (21)2002114471/20. [Naumov I. V. et al. Utility Model certificate No. 26699: (51) IPC 7 N 02 J 3/26. Issued on 03.06.2002 with the formula: (21)2002114471/20. (in Rus.)].
  • Наумов И. В. и др. Симметрирующее устройство для трёхфазной четырёхпроводной сети с регулируемыми параметрами. Патент на полезную модель № 61063. Опубликовано 10.02.2007 Бюл. № 4. [Naumov I. V. et al. A balancing device for a three-phase four-wire network with adjustable parameters. Utility model patent No. 61063. Published on 10.02./2007 By Issue No. 4 (in Rus.)].
  • Наумов И. В. и др. Симметрирующее устройство для трёхфазных сетей с нулевым проводом. Патент на изобретение № 2490768. Зарегестрирован в Госреестре изобретений РФ от 20 августа 2013 г. [Naumov I. V. et al. A balancing device for three-phase networks with a zero wire. Patent for invention No. 2490768. It was registered in the State Register of Inventions of the Russian Federation on August 20, 2013 (in Rus.)].
  • Наумов И. В. и др. Устройство для симметрирования токов и напряжений с саморегулируемой индуктивностью. Патент на изобретение (19) RU (11) 2 796 074 (13) C 1 от 16.01.2023. Опубликовано 16.05.2023 Бюл. № 14. [Naumov I. V. et al. A device for balancing currents and voltages with self-regulating inductance. Patent for invention (19) RU (11) 2,796,074 (13) C 1 dated 01/16/2023. Published on 05/16/2023 Issue No. 14 (in Rus.)].
  • Наумов И. В. и др. Шунто-симметрирующее устройство для 3-х фазной электрической сети с нейтральным проводом. Патент на изобретение № 2819297 ((19) RU (11) 2 819 297(13) C 1) от 16.05.2024. [Naumov I. V. et al. A shunt is a symmetrical device for a 3-phase electrical network with a neutral wire. Patent for invention No.2819297 ((19) RU (11) 2,819,297(13) C 1) dated 05/16/2024 (in Rus.)].
  • Наумов И. В., Подъячих С. В., Еромолаев Д. С. Универсальное балансирующее устройство для четырехпроводных электрических сетей. Патент на изобретение. № 2811981 C 1 Российская Федерация, МПК H02J 3/26. Опубл. 22.01.2024. [Naumov I. V., Podyachikh S. V., Ermolaev D. S. Universal balancing device for four-wire electrical networks. A patent for an invention. No. 2811981 C 1 Russian Federation, IPC H02J 3/26. Published on 22.01./2024 (in Rus.)].
  • Наумов И. В. Устройство для снижения потерь в электрических сетях с нелинейно-несимметричной нагрузкой. Электричество, 2023, 6, 57–66. [Naumov I. V. A device for reducing losses in electrical networks with a nonlinear-asymmetric load. Electricity, 2023, 6, 57–66. (in Rus.)].
  • Кутявин И. Д., Лисецкий Н. В. Расчет фильтров токов прямой и обратной последовательностей. Известия Томского, ордена трудового красного знамени, политихнического института имени С. М. Кирова, 1952, Том 72, 55–59. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-filtrov-tokov-pryamoy-i-obratnoy-posledovatelnosti/viewer (дата обращения: 14.02.2022). [Kutyavin I. D., Lisetsky N. V. Calculation of forward and reverse sequence current filters. Proceedings of the Tomsk, Order of the Red Banner of Labor, Polytechnic Institute named after S. M. Kirov, 1952, Volume 72, 55–59. [Electronic resource]. Access mode: https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-filtrov-tokov-pryamoy-i-obratnoy-posledovatelnosti/viewer (date of application: 14.02.2022) (in Rus.)].
  • Наумов И. В. Метод и программа расчёта потерь мощности и показателей несимметрии токов и напряжений в распределительной сети 0,38 кВ с симметрирующим устройством. Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1989, 22–30. [Naumov I. V. Method and program for calculating power losses and indicators of current and voltage asymmetry in a 0.38 kV distribution network with a balancing device. Mechanization and Electrification of Socialist Agriculture, 1989, 22–30. (in Rus.)].
  • Наумов И. В. “Unbalance‑3”. Программа расчета несбалансированных режимов работы низковольтных электрических сетей. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2023684122 от 13.11.23 г. [Naumov I. V. “Imbalance‑3». A program for calculating unbalanced operating modes of low-voltage electrical networks. Certificate of state registration of the computer program No. 2023684122 dated 13.11.23 (in Rus.)].
  • Наумов И. В., Митягин А. А., Федоринова М. А., Якупова М. А. Программа по моделированию и расчету несимметричных режимов работы электрических сетей 0,38 кВ с распределенной нагрузкой и симметрирующим устройством. Свидетельство о государственной регистрации Программы для ЭВМ, № 2021667376. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 28 октября 2021 г. [Naumov I. V., Mityagin A. A., Fedorova M. A., Yakupova M. A. A program for modeling and calculating asymmetric modes of operation of 0.38 kV electric networks with a distributed load and a symmetrical device. Certificate of state registration of a computer program, No. 2021667376. The date of state registration in the Register of computer programs is October 28, 2021 (in Rus.)].
  • Наумов И. В., Митягин А. А., Подъячих С. В. Программа “Unbalance-Modul” расчета режимов работы действующих электрических сетей 0,38 кВ с трёхфазной несимметричной нагрузкой и симметрирующим устройством. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022667513 от 21.09.2022. [Naumov I. V., Mityagin A. A., Podyachikh S. V. The program “Imbalance-Modul” for calculating the operating modes of existing 0.38 kV electric networks with a three-phase asymmetric load and a symmetrical device. Certificate of state registration of the computer program No. 2022667513 dated 21.09.2022 (in Rus.)].
  • Наумов И. В. Программное обеспечение расчетов несбалансированных режимов в электрических сетях низкого напряжения. Энергетик, 2024, 1, 24–30. [Naumov I. V. Software for calculations of unbalanced modes in low voltage electrical networks. Energetik, 2024, 1, 24–30 (in Rus.)].
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp