Принципы построения трансформаторной подстанции на основе управляемого реакторно-тиристорного устройства

Цель – поддержание напряжения в системах электроснабжения на номинальном уровне с высокой эффективностью при нестабильности напряжения в питающей сети или тока на нагрузке. Объектом исследований явилась трансформаторная подстанция с применением предлагаемого управляемого реакторно-тиристорного устройства. Для разработки имитационной модели анализируемой трансформаторной подстанции, проведения исследования и оценки непрерывного регулирования напряжения был использован программный комплекс Matlab. Для достижения поставленной цели в работе разработаны новые принципы построения трансформаторной подстанции, алгоритмы и способы ее управления на основе предлагаемого управляемого реакторно-тиристорного устройства. Показано, что предлагаемое устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции необходимо подключать последовательно между сетевым высоковольтным выключателем и первичной обмоткой силового трансформатора. Полученные результаты численных экспериментов подтверждают целесообразность применения предлагаемого устройства и его алгоритмов работы и способы управления в составе трансформаторной подстанции, где существуют проблемы в системах электроснабжения, связанные с поддержанием напряжения на заданном уровне с высокой эффективностью. Приводятся внешние, регулировочные и стабилизационные характеристики, которые иллюстрируют работу существующих систем электроснабжения до и после модернизации при возникновении положительного отклонения напряжения и перенапряжения из-за внешних и внутренних изменений электрических параметров. Показано, что областью применения предлагаемого устройства являются трансформаторные подстанции систем электроснабжения напряжениями 35/(10-6) кВ и (10-6)/0,4 кВ, где в системах электроснабжения в основном возникает положительное отклонение и колебание напряжения, а также перенапряжения. Таким образом, наиболее целесообразной областью применения устройства являются системы электроснабжения, где возникает необходимость обеспечения многоступенчатого узкоподдиапазонного регулирования напряжения с высокой эффективностью.

1. 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.

2. 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.

3. Дурусалиев М.Д., Бахышев И.М., Валькевич Н.И., Валькевич А.Н. Опыт эксплуатации шунтирующих реакторов 500 кВ в Кыргызской Республике // Энергетик. 2009. № 10. С. 18–20.

4. 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 and Energy Systems. 2012. Vol. 42. Iss. 1. Р. 139–149. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2012.04.007.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Исмоилов С.Т. Распределенное регулирование режима напряжения электрической сети // Политехнический Вестник. Серия: Техника и общество. 2014. Т. 25. № 1. С. 59–63.

9. Смирнов С.С., Осак А.Б. Управляемый подмагничиванием трансформатор как эффективное средство регулирования напряжения в сети // Вестник ИрГТУ. 2016. № 6. С. 146–155. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2016-6-146-155.

10. Fishov A.G., Klavsuts D.A., Klavsuts I.L. Multi-agent regulation of voltage in Smart Grid system with the use of distributed generation and customers // Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 698. Р. 761–767. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMM.698.761.

11. 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.

12. 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.

13. Klavsuts D.A., Klavsuts I.L., Levinzon S.V. New method for regulating voltage an AC current // 46th International Universities’ Power Engineering Conference (Soest, 5–8 September 2011). Soest: VDE, 2011. Р. 3–5.

14. Xiao Hongxia, Zhu Chunfeng, Liu Fahui. Research of power quality management technology according to distribution network involving electric arc furnace // 4th International Conference on Intelligent Human-Machine Systems and Cybernetics. 2012. https://doi.org/10.1109/IHMSC.2012.8.

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

16. Patent no. 7816894, United States of America, B2. Method and apparatus for regulating voltage / L.Z. Feigin, S.V. Levinson, D.A. Klavsuts. Publ. 19.10.2010.

17. Ma Jian, Jun Zhang, Xiao Luxin, Chen Kexu, Wu Jianhua. Classification of power quality disturbances via deep learning // IETE. Technical Review. 2017. Vol. 34. Iss. 4. Р. 408–415. https://doi.org/10.1080/02564602.2016.1196620.

18. 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.

19. Пат. № 2829330, Российская Федерация, С1, H02M, 5/25. Реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции / патентообладатель Б.Д. Табаров. Заявл. 24.05.2024; опубл. 30.10.2024.

20. Табаров Б.Д., Соловьев В.А., Сериков А.В. Исследование возможности стабилизации напряжения питания промышленных потребителей при изменениях параметров нагрузки // Известия вузов. Электромеханика. 2024. Т. 67. № 1. С. 115–123. https://doi.org/10.17213/0136-3360-2024-1-115-123.

21. Пат. № 2834452, Российская Федерация, С1. Способ управления реакторно-тиристорным пускорегулирующим устройством силового трансформатора / патентообладатель Б.Д. Табаров. Заявл. 19.07.2024; опубл. 11.02.2025.