ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2024-3-475-488MMQUKAipolytech-847Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGИсследование влияния нового управляемого регулятора напряжения на несинусоидальность тока и напряжения системы электроснабженияInfluence of a new controlled voltage regulator on the current and voltage non-sinusoidality of a power supply systemhttps://orcid.org/0000-0001-5878-3755ТабаровБ. Д.TabarovB. D.

Табаров Бехруз Довудходжаевич - к.т.н., доцент кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок».

681013, Комсомольск-на-Амуре, ул. Ленина, 27

Bekhruz D. Tabarov - Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department of Electric Drive and Automation of Industrial installations.

27, Lenin St., Komsomolsk-on-Amur 681013

behruz.tabarov@mail.ruКомсомольский-на-Амуре государственный университетРоссияKomsomolsk-na-Amure State UniversityRussian Federation202405102024283475488Copyright © Табаров Б.Д., 20242024Табаров Б.Д.Tabarov B.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/847

Цель – оценка влияния нового управляемого регулятора напряжения на несинусоидальность тока и напряжения на разных участках системы электроснабжения при плавном (дискретном) регулировании напряжения на высокой стороне цехового трансформатора. При разработке блочно-модульной модели трансформаторной подстанции с предлагаемым управляемым регулятором напряжения и измерительными модулями использовалась программа MatLab. На данной разработанной блочно-модульной модели трансформаторной подстанции проводилось исследование несинусоидальности тока и напряжения на разных участках системы электроснабжения при стабилизации напряжения у потребителей на заданном уровне. Исследование осуществлялось в цеховом трансформаторе мощностью 1 МВ∙А и напряжением 6/0,4 кВ при активно-индуктивном характере нагрузки с углом фазового сдвига тока нагрузки φ=45 град. Полученные результаты исследования несинусоидальности тока и напряжения на разных участках системы электроснабжения подтверждают, что, благодаря расширению функциональных возможностей предлагаемого технического решения, напряжение у потребителей сохраняется на заданном уровне с высокими технико-экономическими показателями. Показано, что предлагаемое устройство при снижении напряжения сети на 5% и повышении тока активно-индуктивной нагрузки на 35% создает несинусоидальность напряжения, величина которой не превышает допустимые нормы, установленные отечественным и международным стандартами. При этом предлагаемое устройство сохраняет напряжение у потребителей на заданном уровне. Из полученной интегральной характеристики стабилизации напряжения видно, что применение предлагаемого технического решения взамен существующего механического регулятора напряжения типа «переключение без возбуждения» позволяет сохранить номинальное напряжение на шине распределительного устройства. В рамках данной работы в дальнейшем планируется проводить исследование стабилизации напряжения у потребителей с одновременной компенсацией реактивной мощности для комплексного улучшения технико-экономических показателей систем электроснабжения при нестабильности напряжения питающей сети и тока нагрузки.

This work evaluates the influence of a new controlled voltage regulator on the current and voltage non-sinusoidality in different sections of a power supply system during smooth (discrete) voltage regulation on the high-voltage side of a shop transformer. The MatLab software application was used to develop a block-modular model for a transformer substation with the proposed controlled voltage regulator and measurement modules. The developed model was used to investigate the current and voltage non-sinusoidality in different parts of a power supply system when stabilizing the voltage at the consumer end at a given level. The study was carried out using a shop transformer with a capacity of 1 MV∙A and a voltage of 6/0.4 kV under an active-inductive character of the load with the load current phase angle of φ=45 deg. The obtained results confirm that, due to the extended functional capabilities of the proposed technical solution, the voltage at consumers is maintained at a given level under high technical and economic performance. When the network voltage is reduced by 5% and the activeinductive load current is increased by 35%, the proposed device was shown to create voltage non-sinusoidality. The voltage non-sinusoidality value does not exceed the permissible domestic and international norms. In addition, the proposed device is capable of maintaining the voltage at the consumer end at a given level. The obtained integral characteristic of voltage stabilization shows that the application of the proposed technical solution instead of the existing mechanical voltage regulator of the “switching without excitation” type allows the nominal voltage at the busbar of the switchgear to be retained. Further research will investigate voltage stabilization at consumers with simultaneous compensation of reactive power for complex improvement of technical and economic indicators of power supply systems under the conditions of unstable supply voltage and load current.

питающая сетьцеховой трансформатордвухподдиапазонный реакторно-тиристорный управляемый регулятор напряжениякоэффициент несинусоидальности напряжениякоэффициент искажения синусоидальности токаактивно-индуктивная нагрузкасистема электроснабженияpower supply networkshop transformerdouble-subrange reactor-thyristor controlled voltage regulatorvoltage non-sinusoidal coefficientcurrent total harmonic distortion coefficientactive inductive loadpower supply systemReferencesКлимаш В.С., Константинов А.М. Устройство для повышения качества напряжения и энергетических показателей трансформаторных подстанций // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 9. С. 570–581. EDN: LTKRSG.Klimash V.S., Konstantinov A.M. Device for increasing voltage quality and energy indicators of transformer substations. Proceedings of the Tula State University. 2019;9:570-581. (In Russ.). EDN: LTKRSG.Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Суслов К.В., Кижин В.В. Согласованное управление накопителями электроэнергии и установкой распределенной генерации с прогностическими регуляторами в системе электроснабжения с пониженным качеством электроэнергии // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2023. Т. 25. № 6. С. 3–13. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2023-25-6-3-13. EDN: HQLXTA.Bulatov Yu.N., Kryukov A.N., Suslov K.V., Kizhin V.V. Coordinated management of electricity storages and distributed generation plant with predictive controllers in a power supply system with reduced electricity quality. Power engineering: research, equipment, technology. 2023;25(6):3-13. (In Russ.). https://doi.org/10.30724/19989903-2023-25-6-3-13. EDN: HQLXTA.Наумов А.А. Обеспечение требуемого качества электрической энергии // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 1. С. 85–92. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-1-85-92. EDN: MTRTJG.Naumov A.A. The required quality of electrical energy provision. Power engineering: research, equipment, technology. 2020;22(1):85-92. (In Russ.). https://doi.org/10.30724/1998-9903-2020-22-1-85-92. EDN: MTRTJG.Фетисов Л.В., Роженцова Н.В., Булатов О.А. Повышение качества электрической энергии в сетях низкого напряжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2018. Т. 20. № 11-12. С. 99–106. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2018-20-11-12-99-106. EDN: YXRTWH.Fetisov L.V., Rozhencova N.V., Bulatov O.A. Improving the quality of electric power in low voltage networks. Power engineering: research, equipment, technology. 2018;20(11-12):99-106. (In Russ.). https://doi.org/10.30724/19989903-2018-20-11-12-99-106. EDN: YXRTWH.Виноградов А.В., Бородин М.В., Лансберг А.А. Анализ жалоб потребителей электрической энергии в электросетевых компаниях // Инновационные подходы образовательной деятельности в условиях цифровой трансформации отраслей АПК: матер. Всерос. (национальной) науч. конф. (г. Орел, 21 апреля 2022 г.). Орел: Орловский гос. аграрный ун-т им. Н.В. Парахина, 2022. С. 94–98. EDN: SHQIFU.Vinogradov A.V., Borodin M.V., Lansberg A.A. Analysis of complaints of consumers of electric energy in electric grid companies. In: Innovacionnye podhody obrazovatel’noj deyatel’nosti v usloviyah cifrovoj transformacii otraslej APK: materialy Vserossijskoj (nacional’noj) nauchnoj konferencii = Innovative approaches to educational activities in the context of digital transformation of the agro-industrial complex: Proceedings of All-Russian (national) scientific conference. 21 April 2022, Orel. Orel: Orel State Agrarian University named after N.V. Parakhin; 2022, р. 94-98. (In Russ.). EDN: SHQIFU.Лансберг А.А., Панфилов А.А., Виноградов А.В. Анализ возможных способов несанкционированной подачи напряжения в электрических сетях 0,4–10 кВ и последствий от этого // Научный журнал молодых ученых. Технические науки. 2022. № 2. С. 43–50. EDN: DZUNEE.Lansberg A.A., Panfilov A.A., Vinogradov A.V. Analysis of possible methods of unauthorized voltage supply in 0.4-10 kV electrical networks and their consequences. Nauchnyj zhurnal molodyh uchenyh. Tekhnicheskie nauki. 2022;2:43-50. (In Russ.). EDN: DZUNEE.Al-Saedi W., Lachowicz S.W., Habibi D., Bass O. Power quality enhancement in autonomous microgrid operation using particle swarm optimization // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2012. Vol. 42. Iss. 1. Р. 139–149. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.04.007.Al-Saedi W., Lachowicz S.W., Habibi D., Bass O. Power quality enhancement in autonomous microgrid operation using particle swarm optimization. International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2012;42(1):139149. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.04.007.Montoya F.G., Banos R., Gil C., Espin A., Alcayde A., Gоmez J. Minimization of voltage deviation and power losses in power networks using Pareto optimization methods // Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2010. Vol. 23. Iss. 5. Р. 695–703. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2010.01.011.Montoya F.G., Banos R., Gil C., Espin A., Alcayde A., Gоmez J. Minimization of voltage deviation and power losses in power networks using Pareto optimization methods. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2010;23(5):695-703. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2010.01.011.Lumbreras D., Gálvez E., Collado A., Zaragoza J. Trends in power quality, harmonic mitigation and standards for light and heavy industries: a review // Energies. 2020. Vol. 13. Iss. 21. Р. 5792. https://doi.org/10.3390/en13215792.Lumbreras D., Gálvez E., Collado A., Zaragoza J. Trends in power quality, harmonic mitigation and standards for light and heavy industries: a review. Energies. 2020;13(21):5792. https://doi.org/10.3390/en13215792.Vinogradov A., Vinogradova A., Golikov I., Bolshev V. Adaptive automatic voltage regulation in rural 0.38 kV electrical networks // International Journal of Emerging Electric Power Systems. 2019. Vol. 20. Iss. 3. Р. 2018– 0269. https://doi.org/10.1515/ijeeps2018-0269.Vinogradov A., Vinogradova A., Golikov I., Bolshev V. Adaptive automatic voltage regulation in rural 0.38 kV electrical networks. International Journal of Emerging Electric Power Systems. 2019;20(3):2018-0269. https://doi.org/10.1515/ijeeps2018-0269.Chernyshov M., Dovgun V., Temerbaev S., Shakurova Z. Hybrid power quality conditioner for three-phase four-wire power systems // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 178. Р. 01009. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017801009.Chernyshov M., Dovgun V., Temerbaev S., Shakurova Z. Hybrid power quality conditioner for three phase four-wire power systems. In: E3S Web of Conferences. 2020;178:01009. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202017801009.Popescu M, Bitoleanu A, Linca M. Improving power quality by a four-wire shunt active power filter: a case study // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 7. Р. 1051. https://doi.org/10.3390/en14071951.Popescu M, Bitoleanu A, Linca M. Improving power quality by a four-wire shunt active power filter: a case study. Energies. 2021;14(7):1051. https://doi.org/10.3390/en14071951.Haque M.H. Compensation of distribution system voltage sag by DVR and D-STATCOM in Proc // IEEE Porto Power Tech Proceedings. 2001. https://doi.org/10.1109/PTC.2001.964609.Haque M.H. Compensation of distribution system voltage sag by DVR and D-STATCOM. In: IEEE Porto Power Tech Proceedings. 2001. https://doi.org/10.1109/PTC.2001.964609.Большев В.Е., Виноградов А.В. Разработка технических средств мониторинга отключений и отклонения напряжения на вводах сельских потребителей: монография. Саратов: Вузовское образование, 2021. 205 c.Bol’shev V.E., Vinogradov A.V. Development of technical means to monitor outages and voltage deviations at rural consumer inputs. Saratov: Vuzovskoe obrazovanie; 2021, 205 р. (In Russ.).Макашева С.И. Качество электрической энергии: мониторинг, прогноз, управление: монография. Хабаровск: ДВГУПС, 2020. 114 с.Makasheva S.I. Electric energy quality: monitoring, forecast, control. Khabarovsk: Far Eastern State Transport University; 2020, 114 р. (In Russ.).Пат. № 2667095, Российская Федерация, Н02М 5/25, G05F1/30. Способ управления пускорегулирующим устройством силового трансформатора / В.С. Климаш, Б.Д. Табаров; заявитель и патентообладатель Климаш В.С., Табаров Б.Д. Заявл. 29.12.2017; опубл. 14.09.2018. Бюл. № 26.Klimash V.S., Tabarov B.D. Power transformer starting device control method. Patent RF, no. 2667095; 2018. (In Russ.).Табаров Б.Д., Соловьев В.А., Сериков А.В. Система стабилизации напряжения потребителей при нестабильности питающего напряжения и колебаниях тока нагрузки // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2023. Т. 23. № 3. С. 41–50. https://doi.org/10.14529/power230304. EDN: TJZKZW.Tabarov B.D., Solovyev V.A., Serikov A.V. A voltage stabilization system for voltage supply instability and load current fluctuations. Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering. 2023;23(3):41-50. (In Russ.). https://doi.org/10.14529/power230304. EDN: TJZKZW.Климаш С.В., Климаш В.С., Власьевский С.В. Специализированные модули для исследования энергетических показателей электротехнических устройств в среде MatLab // Электротехнические системы и комплексы. 2017. № 3. С. 11–16. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2017-3(36)-11-16.Klimash S.V., Klimash V.S., Vlas’evskij S.V. Specialized modules for calculation of energy coefficients of electrical engineering devices in MatLab. Electrotechnical Systems and Complexes. 2017;3:11-16. (In Russ.). https://doi.org/10.18503/2311-8318-2017-3(36)-11-16.Климаш В.С., Константинов А.М. Преобразователи электроэнергии для систем электроснабжения промышленных предприятий: монография. Хабаровск: ДВГУПС, 2012. 106 с.Klimash V.S., Konstantinov A.M. Electric power converters for power supply systems of industrial enterprises. Khabarovsk: Far Eastern State Transport University; 2012, 106 р. (In Russ.).Файда Е.Л., Сивкова А.П. Трансформаторные стабилизаторы переменного напряжения с регулированием на первичной стороне // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2014. Т. 14. № 3. С. 41–45. EDN: SQIUST.Faida E.L., Sivkova A.P. Transformer stabilizers of alternating voltage with regulation on the primary side. Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering. 2014;14(3):41-45. (In Russ.). EDN: SQIUST.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.