Оценка эффективности метода двух измерений при определении параметров схем замещения элементов электрической сети для высших гармонических составляющих токов и напряжений

Целью работы является анализ корректности применения метода двух измерений при определении параметров схем замещения элементов электрической сети для высших гармонических составляющих. Исследования проведены на имитационной модели точки общего присоединения в MATLAB Simulink, включающей в себя искажающую нагрузку в виде трехфазного выпрямителя, неискажающую линейную нагрузку и обобщенную энергосистему без источников искажений. Параметры схемы замещения в виде активных двухполюсников, состоящих из источника тока искажения и проводимости, определялись с помощью метода двух измерений параметров режима. Рассмотрены режимы с изменением активных и реактивных мощностей исследуемой искажающей нагрузки и нагрузок во внешней электрической сети. Установлено, что результаты определения параметров схемы замещения при изменении мощности нагрузки на 20% и более являются нестабильными (разброс до 400% от фактических значений). Следовательно, данные значения параметров не являются достоверными, так как зависят от величины мощности внешней нагрузки. Вместе с тем имитация случайного изменения параметров нагрузок в пределах 10% от начального значения позволила корректно определить параметры схемы замещения. Показано, что схема замещения неискажающей линейной нагрузки всегда состоит только из проводимости, в то же время в схеме замещения искажающей нагрузки может присутствовать ненулевая проводимость на рассматриваемой гармонической составляющей. Таким образом, установлено, что метод двух измерений будет давать приемлемые по точности результаты (отклонение от фактических значений менее 1%) не при разовом изменении параметров режима на существенную величину, а при непрерывном контроле малых естественных изменений параметров режима электроэнергетической системы. Результаты исследования представляют интерес при решении задачи оценки влияния потребителей на качество электроэнергии в реальном времени, поскольку исходными данными для последней задачи являются параметры схемы замещения.

1. Вагин Г. Я., Куликов А. Л. Качество электрической энергии в системах электроснабжения. Анализ состояния методов нормирования и контроля // Электрические станции. 2019. № 6. С. 54–59. https://doi.org/10.34831/EP.2019.1055.44184.

2. Коверникова Л. И., Серков А. В., Шамонов Р. Г. Об управлении качеством электрической энергии в России в прошлом, настоящем и будущем // Энергетическая политика. 2018. № 1. С. 75–85.

3. Zhang Xiao-Ping, Yan Zuanhong. Energy quality: a definition // IEEE Open Access Journal of Power and Energy. 2020. Vol. 7. P. 430–440. https://doi.org/10.1109/OAJPE.2020.3029767.

4. Довгун В. П., Егоров Д. Э., Важенина И. Г., Синяговский А. Ф. Регулируемые фильтрокомпенсирующие устройства для систем тягового электроснабжения // Омский научный вестник. 2018. № 5. С. 45–50. https://doi.org/10.25206/1813-8225-2018-161-45-50.

5. Liu Baojin, Liu Zeng, Liu Jinjun, An Ronghui, Zheng Haoyang, Shi Yidong. An adaptive virtual impedance control scheme based on small-AC-signal injection for unbalanced and harmonic power sharing in islanded microgrids // IEEE Transactions on Power Electronics. 2019. Vol. 34. Iss. 12. P. 12333– 12355. https://doi.org/10.1109/TPEL.2019.2905588.

6. Висящев А. Н., Федосов Д. С., Федчишин В. В. Оценка влияния электроприемников на уровень гармонических составляющих напряжения в электрической сети // Управление качеством электрической энергии: сб. тр. Междунар. науч.-практ. конф. (г. Москва, 26–28 ноября 2014 г.). М.: Центр полиграфических услуг «Радуга», 2014. С. 209–216.

7. Serfontein D., Rens J., Botha G. Harmonic impedance assessment using prevailing phasors // 18th International Conference on Harmonics and Quality of Power. 2018. https://doi.org/10.1109/ICHQP.2018.8378872.

8. Дворкин Д. В., Силаев М. А., Тульский В. Н., Палис Ш. Проблемы оценки вклада потребителя в искажение качества электроэнергии // Электричество. 2017. № 7. С. 12–19. https://doi.org/10.24160/0013-5380-2017-7-12-19.

9. Пат. № 2244313, Российская Федерация, G01R 21/00. Способ определения потребителя, искажающего показатели качества электрической энергии в узле энергоснабжающей организации, и его вклада в искажение / О. И. Баглейбтер, А. Н. Висящев, И. И. Луцкий, С. Г. Тигунцев; заявители и патентообладатели А. Н. Висящев, С. Г. Тигунцев. Заявл. 27.06.2000; опубл. 10.01.2005. Бюл. № 1.

10. Zhao Xi, Yang Honggeng. A new method to calculate the utility harmonic impedance based on FastICA // IEEE Transactions on Power Delivery. 2016. Vol. 31. Iss. 1. P. 381–388. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2015.2491644.

11. Висящев А. Н., Федосов Д. С. Оценка влияния потребителей на искажение напряжения в электрической сети // Электроэнергия. Передача и распределение. 2018. № 3. С. 46–51.

12. Стариков А. В., Лисин С. Л., Беляева О. С., Кирдяшев В. А. Способ уменьшения амплитуд высших гармоник в выходном напряжении частотного преобразователя // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2021. Т. 29. № 1. С. 120–132. https://doi.org/10.14498/tech.2021.1.9.

13. Носов Г. В., Кулешова Е. О. Расширенный метод эквивалентного генератора при синусоидальных токах // Известия Томского политехнического университета. 2011. Т. 319. № 4. С. 75–78.

14. Ravindran V., Nakhodchi N., Rönnberg S., Bollen M. H. J. Assessing time-varying harmonic interactions in a wind park // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 68151–68160. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2021.3076879.

15. Булатов Ю. Н., Крюков А. В., Суслов К. В. Исследование работы прогностических регуляторов установки распределенной генерации в системе электроснабжения с мощным накопителем электроэнергии // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2021. Т. 14. № 4. С. 448–458. https://doi.org/10.17516/1999-494X-0325.

16. Bajaj M., Singh A. K., Alowaidi M., Sharma N. K., Sharma S. K., Mishra S. Power quality assessment of distorted distribution networks incorporating renewable distributed generation systems based on the analytic hierarchy process // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 145713–145737. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3014288.

17. Merlin M. M. C., Soto-Sanchez D., Judge P. D., Chaffey G., Clemow P., Green T. C., et al. The extended overlap alternate arm converter: a voltage-source converter with DC fault ride-through capability and a compact design // IEEE Transactions on Power Electronics. 2018. Vol. 33. Iss. 5. P. 3898–3910. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2723948.

18. Федотов А. И., Федотов Е. А., Чернова Н. В. Схемы замещения вентильных преобразователей для расчета гармоник тока и напряжения. Ч. II // Электричество. 2007. № 11. С. 38–45.

19. Zare F., Soltani H., Kumar D., Davari P., Delpino H. A. M., Blaabjerg F. Harmonic emissions of three-phase diode rectifiers in distribution networks // IEEE Access. 2017. Vol. 5. P. 2819–2833. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2017.2669578.

20. Joudah I. N., Abbas N. Asymptotically unbiased estimation of mean and standard deviation in the presence of outlying errors // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 110623–110632. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3002958.

21. Федосов Д. С. Методы уменьшения погрешностей экспериментального определения параметров схем замещения потребителей на высших гармониках // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2013. № 10. С. 254–261.