Исследование влияния нового управляемого регулятора напряжения на несинусоидальность тока и напряжения системы электроснабжения

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.

1. Климаш 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Макашева С.И. Качество электрической энергии: мониторинг, прогноз, управление: монография. Хабаровск: ДВГУПС, 2020. 114 с.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. Климаш В.С., Константинов А.М. Преобразователи электроэнергии для систем электроснабжения промышленных предприятий: монография. Хабаровск: ДВГУПС, 2012. 106 с.

20. 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.