Исследование влияния несбалансированности нагрузок сети низкого напряжения на потокораспределение в сети среднего напряжения

Цель исследований заключалась в решении проблемы повышения точности расчета потокораспределения в распределительной сети среднего напряжения на основе измерений балансовых интеллектуальных счетчиков, размещенных на вторичной стороне трансформаторов 6(10)/0,4 кВ.  Для учета влияния несбалансированности нагрузок в сети низкого напряжения на потокораспределение в сети среднего напряжения использовалось приведение трехфазных трехпроводных линий к однолинейному представлению, которое позволяет применять для расчета несимметричного режима программы расчета симметричных режимов. Определение нагрузок сети среднего напряжения осуществлялось добавлением к нагрузкам, измеренным на вторичной стороне трансформаторов, потерь мощности в обмотках и в сердечнике трансформатора. Расчет потерь мощности в обмотках с использованием методов фазных координат и симметричных составляющих включает определение токов в обмотках каждой фазы по 48 срезам измерений мощностей нагрузок и модулей напряжений, выполненных балансовым счетчиком в течение суток. Показано, что корректность выражений для расчета потерь мощности в обмотках трансформаторов подтверждается равенством суммарных потерь в фазных координатах и симметричных составляющих. Установлено, что потери мощности обратной последовательности в обмотках трансформаторов близки к нулю, а потери нулевой последовательности существенно меньше потерь прямой последовательности практически для всех трансформаторов со схемой соединения обмоток звезда/звезда с нулем, независимо от коэффициента загрузки и номинальной мощности. Таким образом, в результате проведенных исследований были доказаны возможность и эффективность использования измерений балансовых счетчиков для определения нагрузок и расчета потокораспределения сети среднего напряжения, что проиллюстрировано для реальной распределительной сети, включающей 26 трансформаторов. Проведенные исследования показали необходимость уточнения математических моделей трансформаторов при совместном расчете распределительных сетей среднего и низкого напряжений. 

1. Golub I., Boloev E. Determination of losses in distribution networks by smart meter measurements // International Conference on Electrical, Communication, and Computer Engineering. 2021. https://doi.org/10.1109/ICECCE52056.2021.9514102. EDN: ASHCFA.

2. Ni Fei, Nguyen Phuong Hong, Cobben J.F.G, Van den Brom H.E. Three-phase state estimation in the medium voltage network with aggregated smart meter data // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2018. Vol. 98. Iss. 3. P. 463–473. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2017.12.033.

3. Yang Yong, Chen Zhu, Yan Jing, Xiong Zhi, Zhang Jun, Yuan Hongxia, et al. State evaluation of power transformer based on digital twin // IEEE International Conference on Service Operations and Logistics, and Informatics (Zhengzhou, 6–8 November 2019). Zhengzhou: IEEE, 2019. P. 230–235. https://doi.org/10.1109/SOLI48380.2019.8955043.

4. Golub I., Voitov O., Boloev E., Semenova L. Reconfiguration of a primary three-phase three-wire distribution network with unbalanced loads // ENERGY-21 – Sustainable Development & Smart Management: Web of Conferences. 2020. Vol. 209. Р. 02013. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020902013.

5. Laughton M.A. Analysis of unbalanced polyphase networks by the method of phase co-ordinates. Part 1: System representation in phase frame of reference // Proceedings of the Institution of Electrical Engineers. 1968. Vol. 115. Iss. 8. P. 1163–1172. https://doi.org/10.1049/piee.1968.0206.

6. Zakaryukin V.P., Kryukov A.V. Multifunctional mathematical models of railway electric systems // Innovation & Sustainability of Modern Railway – Proceedings of ISMR’2008. Beijing: China Railway Publishing House, 2008. P. 504–508.

7. Chen Tsai-Hsiang, Chen Mo-Shing, Hwang K.-J., Kotas P., Chebli E. Distribution system power flow analysis-a rigid approach // IEEE Transactions on Power Delivery. 1991. Vol. 6. Iss. 3. P. 1146–1152. https://doi.org/10.1109/61.85860.

8. Chen Tsai-Hsiang, Chen Mo-Shing, Inoue T., Kotas P., Chebli E. Three phase cogenerator and transformer models for distribution system analysis // IEEE Transactions on Power Delivery. 1991. Vol. 6. Iss. 4. P. 1671–1681. https://doi.org/10.1109/61.97706.

9. Kersting W.H., Phillips W.H., Carr W. A new approach to modeling three-phase transformer connections // IEEE Transactions on Industry Applications. 1999. Vol. 35. No. 1. P. 169–175. https://doi.org/10.1109/REPCON.1998.666943.

10. Kersting W.H. Distribution system modeling and analysis. Florida: CRC Press LLC, 2002. 314 p.

11. Chen Tsai-Hsiang, Chang Yung-Liang. Integrated models of distribution transformers and their loads for threephase power flow analyses // IEEE Transactions on Power Delivery. 1996. Vol. 11. Iss. 1. P. 507–513. https://doi.org/10.1109/61.484135.

12. Wang Zhuding, Chen Fen, Li Jingui. Implementing transformer nodal admittance matrices into backward/ forward sweep-based power flow analysis for unbalanced radial distribution systems // IEEE Transactions on Power Systems. 2004. Vol. 19. Iss. 4. P. 1831–1836. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2004.835659.

13. Chen Gaojie J., Li K.K., Chung T.S., Tang G.Q. An efficient two-stage load flow method for meshed distribution networks // International Conference on Advances in Power System Control, Operation and Management, APSCOM-00 (Hong Kong, 30 October 2000 – 1 November 2000). Hong Kong: IET, 2000. P. 537–542. https://doi.org/10.1049/cp:20000458.

14. Dzafic I., Jabr R.A., Neisius H.T. Transformer modeling for three-phase distribution network analysis // IEEE Transactions on Power Systems. 2015. Vol. 30. Iss. 5. P. 2604–2611. https://ieeexplore.ieee.org/document/6917225.

15. Мартынов В.А. Несимметричные режимы работы силовых трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y0 // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2009. № 2. С. 88–91. EDN: KWPMBJ.

16. Пустоветов М.Ю. Математическая модель трехфазного трансформатора // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2012. Т. 321. № 4. C. 97–100. EDN: PUTXMF.

17. Серебряков А.С., Осокин В.Л. Несимметричная нагрузка трехфазных трансформаторов при соединении обмоток по схеме Y/Y – 0 и Y/Y0 – 0 // Вестник Нижегородского государственного инженерно-экономического университета. 2017. № 3. С. 50–57. EDN: YHPSZZ.

18. Косоухов Ф.Д., Васильев Н.В., Борошнин А.Л., Филиппов А.О., Криштопа Н.Ю., Кузнецова Е.С. Энергосбережение в низковольтных электрических сетях при несимметричной нагрузке: монография. СПб.: Лань, 2022. 280 с. EDN: YRAMDD.

19. Косоухов Ф.Д., Епифанов А.П., Васильев Н.В., Криштопа Н.Ю., Горбунов А.О., Борошнин А.Л. Критерий потерь мощности от несимметричных токов в трехфазных трансформаторах и четырехпроводных линиях // Электроэнергия. Передача и распределение. 2023. № 6. С. 64–72.

20. Xiao Peng, Yu David C., Yan Wei. A unified three-phase transformer model for distribution load flow calculations // IEEE Transactions on Power Systems. 2006. Vol. 21. Iss. 1. P. 153–159. https://doi.org/10.1109/TPWRS.2005.857847.