Зубова Екатерина Васильевна – аспирант, специалист по учебно-методической работе кафедры электрических станций, сетей и систем
г. Иркутск
Ekaterina V. Zubova
Irkutsk
Федосов Денис Сергеевич – канд. техн. наук, доцент, заведующий кафедрой электрических станций, сетей и систем
г. Иркутск
Denis S. Fedosov
Irkutsk
АКТУАЛЬНОСТЬ. Увеличение в энергосистемах доли мощных нелинейных нагрузок, вызывающих несинусоидальность токов и напряжений, приводит к негативным техническим последствиям и экономическому ущербу для энергосистемы и неискажающих потребителей. В настоящее время отсутствуют практические рекомендации по выбору длин питающих линий электропередачи для подключения мощных нелинейных нагрузок с учётом их негативного влияния на показатели качества электрической энергии.
ЦЕЛЬ. В работе выполняется анализ условий возникновения резонансных перенапряжений на высших гармонических составляющих в схеме электроснабжения нелинейной нагрузки.
МЕТОДЫ. В качестве основных методов для исследования использованы составление схем замещения элементов электрической сети и расчёт токов и напряжений в электрических цепях с сосредоточенными параметрами. Для анализа несинусоидальных токов и напряжений применено разложение в ряд Фурье. С помощью имитационных моделей в MATLAB Simulink определены условия возникновения резонансов на высших гармониках при различных длинах линий электропередачи 35, 110 и 220 кВ и разных мощностях питающей системы.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Получены расчетные значения резонансных длин воздушных линий электропередачи 35-220 кВ, питающих нелинейную нагрузку, при которых в электрической сети возникают резонансные перенапряжения на высших гармониках с номерами от 3 до 49. Резонансные длины линий электропередачи на отдельных гармониках получены с учётом влияния сопротивления питающей системы. Полученные сочетания резонансных длин линий и сопротивлений систем предлагается учитывать при проектировании схем внешнего электроснабжения нелинейных нагрузок для исключения гармонических перенапряжений. Проведённые в работе расчёты позволили дать объяснение аномальным уровням токов и напряжений 35-й и 37-й гармоник в схеме внешнего электроснабжения алюминиевого завода.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Сформулированы практические рекомендации по выбору длин линий электропередачи 35-220 кВ в системах электроснабжения с мощными нелинейными нагрузками для исключения резонансных перенапряжений. Результаты определения резонансных длин линий электропередачи согласуются с данными натурных экспериментов в действующей энергосистеме.
RELEVANCE. The increase in the share of high nonlinear loads in power systems, causing non-sinusoidal currents and voltages, leads to negative technical consequences and economic losses for the power system and non-distorting consumers. Currently, there are no practical recommendations on choosing the lengths of power lines for supplying high nonlinear loads considering their negative impact on power quality indicators.
THE PURPOSE. The study analyzes the conditions for the occurrence of harmonic resonant overvoltages in a power supply scheme of a nonlinear load. METHODS. The main methods used for the study include the compilation of equivalent diagrams of the electrical network elements and calculation of currents and voltages in lumped-element circuits. The Fourier series decomposition is applied to analyze non-sinusoidal currents and voltages. Using simulation models in MATLAB Simulink environment, the conditions for the occurrence of higher harmonic resonances at different lengths of 35, 110, and 220 kV power transmission lines and different power ratings of the power system are determined.
RESULTS. Calculated resonant lengths of overhead power lines 35-220 kV, supplying a nonlinear load, at which resonant overvoltages occur in the electrical network on higher harmonics with numbers from 3 to 49, were obtained. The resonant lengths of power transmission lines on particular harmonics were determined taking into account the impact of the power supply system reactance. The obtained combinations of resonant line lengths and system reactances are proposed to be considered in the design of external power supply schemes for nonlinear loads to eliminate harmonic overvoltages. The calculations in this study provided an explanation for the abnormal levels of currents and voltages of the 35th and 37th harmonics in the external power supply scheme of an aluminum plant.
CONCLUSION. Practical recommendations are given for choosing the lengths of 35-220 kV power transmission lines in power supply systems with high nonlinear loads to eliminate resonant overvoltages. The results of determining the resonant lengths of power transmission lines agree with the data from measuring experiments in an operating power system.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.