Разработка модели для анализа способов снижения несимметрии напряжений в системах электроснабжения

ЦЕЛЬ. Рассмотреть вопросы обеспечения качества электроэнергии в системах электроснабжения. Показать, что качество электрической энергии при работе систем электроснабжения в определенных случаях может нарушаться, в том числе и из-за неравномерной нагрузки фаз электрической сети, что приводит к значительной несимметрии напряжений в этой сети. Возникновение большой разницы между напряжениями по фазам электрической сети неизбежно приводит к отрицательным воздействиям на различное электрооборудование как энергоснабжающих организаций, так и на электроприемники потребителей, создавая тем самым условия для возникновения технологического и электромагнитного ущербов, являющихся причинами появления финансовых потерь и других негативных последствий при нарушениях качества электроэнергии.

МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся метод математического моделирования системы электроснабжения, реализованный средствами MatLab®.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Приведены результаты измерений несимметрии напряжения, полученные авторами статьи при мониторинге качества электроэнергии. Данные результаты показывают, что в процессе работы систем электроснабжения возникают режимы, при которых несимметрия напряжений по нулевой последовательности значительно превосходит допустимые значения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Показано на компьютерной модели простейшей системы электроснабжения, что снижение сопротивления нулевого проводника может служить довольно эффективным мероприятием по снижению несимметрии напряжений, особенно при преобладании индуктивной нагрузки в составе потребителей.

1. Коверникова Л.И., Суднова В.В., Шамонов Р.Г. Качество электрической энергии: современное состояние, проблемы и предложения по их решению. Новосибирск: Наука, 2017. 219 с.

2. Дед А.В., Сикорский С. П., Смирнов П. С. Результаты измерений показателей качества электроэнергии в системах электроснабжения предприятий и организаций // Омский научный вестник. 2018. № 2 (158). С. 60–64. doi: 10.25206/1813-8225-2018-158-60-64.

3. Бирюлин В.И., Куделина Д.В., Грачева Е.И. и др. Моделирование спектров высших гармоник в системах электроснабжения // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020. Т. 10. №3/4. С. 136-150.

4. Харитонов Я.С., Бебихов Ю.В., Егоров А.Н. Сопоставление и анализ результатов контроля качества электроэнергии в системах электроснабжения горных предприятий // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2019. № 4. С. 54- 59. doi: 10.17513/mjpfi.12697

5. Бирюлин В.И., Куделина Д.В., Ларин О.М. Выявление источника фликера в системах электроснабжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. №5. С. 3-12.

6. Антонов А.И., Денчик Ю.М., Зубанов Д.А., и др. Моделирование несимметричных режимов работы электрической сети и обработка результатов с помощью программы для ЭВМ // Омский научный вестник. 2018. № 2 (158). С. 48–54. doi: 10.25206/1813-8225-2018-158-48-54.

7. Руди Д.Ю. Проблема качества электроэнергии судовых электроэнергетических систем // Омский научный вестник. 2018. № 3 (159). С. 40–43. doi: 10.25206/1813-8225-2018-159-40-43.

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

9. Черепанов А.В., Тихомиров В.А., Куцый А.П. Влияние несимметрии напряжений на энергоэффективность // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2017. №4 (56). C.207-217. doi: 10.26731/1813-9108.2017.4(56).207-217.

10. Бирюлин В.И., Куделина Д.В., Горлов А.Н. Применение системы нечеткого вывода для оценки состояния изоляции кабельных линий // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2021. Т. 13. №1 (49). С. 191-203.

11. Kleshchov A., Hugi C., Terentiev O. et al. Voltage asymmetry influence on resource consumption at power generating plants // Journal of Urban and Environmental Engineering. 2019. Vol. 13. pp. 219-227. doi: 10.4090/juee.2019.v13n2.219227.

12. Artemenko M.Yu., Batrak L.M., Polishchuk S.Y. Сurrent filtering in a three-phase three-wire power system at asymmetric sinusoidal voltages // Electrical engineering & electromechanics. 2018, N2. pp. 63-68. doi: 10.20998/2074-272X.2018.2.11.

13. Vamvakari A., Kandianis A., Kladas A., et al. Analysis of supply voltage distortion effects on induction motor operation // IEEE Transactions on Energy Conversion: 2001. Vol. 16, N3. pp. 209-213. doi: 10.1109/60.937198.

14. Yalisho G. L. Investigation & Minimization of Loss in Distribution System // American Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2016. Vol. 5, N5. pp. 45-50. doi: 10.11648/j.epes.20160505.11

15. Allaev K. R., Musinova G. F. Analysis of power losses in phases in distribution networks at load imbalance // Universum. 2020. N6(75). pp. 65-70. doi: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.1.75

16. Biryulin V.I, Kudelina D.V., Gorlov A.N. Modeling cable lines heating by currents of higher harmonics and interharmonics. ICIEAM 2019: Proceedings of the International conference on industrial engineering, applications and manufacturing; 25-29 March 2019; Sochi, Russia: IEEE. doi: 10.1109/ICIEAM.2019.8743089

17. Bellan D. Approximate circuit representation of voltage unbalance emission due to load asymmetry in three-phase power systems conference. GEMCCON 2018: Proceedings of the 4th Global Electromagnetic Compatibility Conference; 7-9 Nov 2018; Stellenbosch, South Africa: IEEE; 2018. doi: 10.1109/GEMCCON.2018.8628545

18. Суворов И.Ф., Романова В.В., Хромов С.В. Исследование влияния несимметрии фазных напряжений на режимы работы асинхронных двигателей в среде имитационного моделирования MATLAB/Simulink // Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика. 2016. №3. С. 72- 83. doi: 10.14529/power160309

19. Бирюлин В.И., Куделина Д.В., Горлов А.Н. Анализ нагрева кабельных линий токами высших гармоник и интергармоник // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2020. Т. 12. №2 (46). С. 61-67.

20. Грачева Е.И., Наумов О.В., Горлов А.Н., Шакурова З.М. Алгоритмы и вероятностные модели параметров функционирования внутризаводского электроснабжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23, № 1. С. 93–104. doi: 10.30724/1998-9903-2021-23-1-93-104.

21. Biryulin V.I., Kudelina D.V., Larin O.M. Simulation of negative sequence voltage source determination in power supply systems. FarEastCon 2020: Proceedings of the International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies; 6-9 Oct. 2020; Vladivostok, Russia: IEEE. doi: 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271409.

22. Biryulin V.I., Kudelina D.V., Larin O.M. Asymmetry occurrence modeling in electrical supply systems. FarEastCon 2020: Proceedings of the International Multi-Conference on Industrial Engineering and Modern Technologies; 6-9 Oct. 2020; Vladivostok, Russia: IEEE. doi: 10.1109/FarEastCon50210.2020.9271179

23. Rozhkov V.V., Krutikov K.K., Trofimenko S.R. Analysis of Operation Features for the Auxiliary Transformers at Power Plants in Non-Symmetric Modes. ICIEAM 2021: Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing; 7-21 May 2021; Sochi, Russia: IEEE; pp. 169-174. doi: 10.1109/ICIEAM51226.2021.9446295.

24. Рахимов О.С., Мирзоев Д.Н., Грачева Е.И. Экспериментальное исследование показателей качества и потерь электроэнергии в низковольтных сельских электрических сетях // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т.23. №3. С. 209- 222. doi: 10.30724/1998-9903-2021-23-3-209-222

25. Khatsevskiy K.V., Antonov A.I., Gonenko T.V. et al. The voltage asymmetry in electrical networks with single-phase load. Dynamics 2017: Proceedings of the Dynamics of systems, mechanisms and machines, 14-16 Nov. 2017; Omsk, Russia: IEEE; pp. 1-4. doi: 10.1109/Dynamics.2017.8239461.

26. Nenad A.M., Slobodan N.B., Jeroslav M.Ž. Application of Passive CL Filters for Neutralizing of Zero Sequence Currents and Correction of Asymmetries of Phase Voltages in Electrical Networks // International Journal of Intelligent Systems and Applications. 2017. Vol.9, N5. pp. 10-18. doi: 10.5815/ijisa.2017.05.02

27. Ciontea C.I., Iov F. A power study of load imbalance influence on quality assessment for distribution networks // Electricity. 2021, N2. pp. 77–90. doi: 10.3390/electricity2010005

28. Biryulin V.I, Kudelina D.V., Gorlov A.N. Simulation of the Higher Harmonics Source Determination in Power Supply Systems. ICIEAM 2021: Proceedings of the International conference on industrial engineering, applications and manufacturing; 17-21 May 2021; Sochi, Russia: IEEE. doi: 10.1109/ICIEAM51226.2021.9446458

29. Naumov I., Podyachikh S., Ivanov D. Efficiency of the balancing devices to power quality improve. SAHD 2021: Proceedings of the 5th International Scientific and Practical Conference “Modern Science: Problems and Development Prospects (Social and Humanitarian Directions)”; 26 April 2021. doi: 10.1051/shsconf/202110102012

30. Руди Д.Ю., Антонов А.И., Гоненко Т.В. и др. Методы снижения несимметрии напряжения в электрических сетях 0,4-10 кВ // ОНВ. 2018. №2 (158). doi: 10.25206/1813-8225-2018-158-75-78

31. Наумов А.А. Обеспечение требуемого качества электрической энергии // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 1. С. 85-92. doi: 10.30724/1998-9903-2020-22-1-85-92