Алгоритм распределения по фазам в системах электроснабжения однофазных электроприемников по критерию минимизации коэффициента неравномерности нагрузки фаз, применяемый на этапе проектирования

АКТУАЛЬНОСТЬ. Несимметрия нагрузок отрицательно сказывается как на работе потребителей, так и на самой электрической сети. Указанное явление приводит к снижению эффективности процессов передачи и распределения электрической энергии вследствие появления дополнительных потерь. Симметрирование нагрузок в электрических сетях 0,4 кВ производят как на стадии проектирования сетей, так и при их эксплуатации. На стадии проектирования стараются равномерно распределить нагрузки по фазам. Авторами статьи решается актуальная задача распределения однофазных электропотребителей на стадии проектирования системы электроснабжения для анализа суммарной доли дополнительных потерь от несимметрии в структуре суммарных потерь в распределительных сетях 0,4 кВ.

ЦЕЛЬ. Рассмотреть проблему несимметрии нагрузок в электрических сетях 0,4 кВ, вызывающие дополнительные потери электроэнергии. Произвести анализ существующих методов симметрирования при распределении по фазам линий L1, L2, L3 однофазных электроприемников на этапе проектирования электрических сетей. Разработать алгоритм распределения однофазных электроприемников, использующий в качестве исходных данных массивы мгновенных значений силы тока отдельных электроприемников, который заключается в поиске наилучшего решения распределения электроприемников по фазам линий L1, L2, L3, по критерию минимизации влияния несимметрии нагрузки на потери в элементах системы электроснабжения, используемых для транспортировки электрической энергии.

МЕТОДЫ. Для решения поставленной задачи в работе использован метод полного перебора, реализованный с помощью троичной системы счисления, применяемой для кодирования распределения электроприемников по фазам системы электроснабжения. В качестве целевой функции используется коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по фазам системы электроснабжения.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Приведены результаты использования разработанного алгоритма, применяемого в виде стороннего плагина для программного комплекса по проектированию, для распределения электроприемников одного из кабинетов, разрабатываемой BIM офисного здания. Выполнено сравнение разработанного алгоритма с существующими наиболее широко применяемыми подходами к распределению однофазных электроприемников в системах электроснабжения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработанный алгоритм позволил получить принципиально новые технические решения на этапе разработки проектной документации системы электроснабжения (стадия ПД и РД), способствующие повышению энергоэффективности передачи электрической энергии, за счет снижения дополнительных потерь от несимметричной нагрузки.

1. Разов И.О., Березнев А.В., Коркишко О.А. Проблемы и перспективы внедрения BIM технологий при строительстве и проектировании // В сб.: BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры. Материалы всероссийской научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 29-30 марта 2018 года. СПб.: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2018. С. 27-31.

2. Hosamo H.H., Imran A., Cardenas-Cartagena J., et al. A Review of the digital twin technology in the AEC-FM industry // Advances in civil engineering. 2022. Vol. 2022. Art. no. 2185170.

3. Boje C., Guerriero A., Kubicki S., et al. Towards a semantic construction digital twin: directions for future research // Automation in construction. 2020. Vol. 114. Art. no. 103179.

4. Zhao Q., Li Y., Hei X., et al. A graph-based method for IFC data merging // Advances in civil engineering. 2020. Vol. 2020. Art. no. 8782740.

5. Lu Y., Xu X. A digital twin reference model for smart manufacturing. 48th International Conference on Computers and Industrial Engineering (CIE). 2018. Vol. 2018, Art. no. 144541.

6. Ajayi S.O., Oyedele L.O., Ceranic B., et al. Life cycle environmental performance of material specification: a BIM-enhanced comparative assessment // International journal of sustainable building technology and urban development. 2015. Vol. 6. Is. 1. P. 14-24.

7. Lin Y.C., Hsu Y.T., Hu H.T. BIM model management for BIM-based facility management in buildings // Advances in civil engineering. 2022. Vol. 2022. Art. no. 1901201.

8. Пестерев А.А., Костинский С.С. Концептуальная модель развития метода проектирования систем электроснабжения с применением BIM технологий // В сб.: Кибернетика энергетических систем. Сборник материалов ХLIII международной научнотехнической конференции. Новочеркасск, 19-22 октября 2021 года. Новочеркасск: Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова, 2021. С. 103-106.

9. Lu Q., Xie X., Heaton J., et al. From BIM towards digital twin: strategy and future development for smart asset management // Studies in computational intelligence. 2020. Vol. 853. P. 392-404.

10. 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.

11. Гринкруг М.С., Митин И.А. Управление несимметрией токов в распределительных сетях низкого напряжения // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2009. №3-4. С. 80-84.

12. Дед А.В., Паршукова А.В., Халитов Н.А. Оценка дополнительных потерь мощности от несимметрии напряжений и токов в элементах систем электроснабжения // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 10-3. С. 421-425.

13. Жежеленко И.В. Проблема качества электроэнергии в системах электроснабжения предприятий // Вестник Приазовского государственного технического университета. 2001. № 11. С.1-8.

14. Дед А.В., Бирюков С.В., Паршукова А.В. Расчет дополнительных потерь мощности от воздействия несимметрии напряжений и токов в элементах электрических сетей // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 5. С. 280-282.

15. Л. Куок Кыонг, Маклецов А.М., А. Альзаккар и др. Разработка алгоритма симметрирования нагрузок в сетях 0,4 кВ при распределенной нагрузке вдоль линии // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2022. Т. 24. № 2. С. 87- 97.

16. Орлов А.И., Волков С.В. Сравнение алгоритмов управления устройствами выравнивания нагрузки при их групповой работе // Вестник Чувашского университета. 2018. № 3. С. 93–101.

17. Маклецов А.М., Галиев И.Ф., Галиев Р.И. и др. Мониторинг несимметрии нагрузок в сетях 0,4 кВ. // Энергетик журнал.2019. №5. С. 6-25.

18. Журавлёв Т.А. Оценка качества электроэнергии на стадии проектирования системыэлектроснабжения // В сб.: Вопросы современной науки: проблемы, тенденции и перспективы. Материалы Международной (заочной) научно-практической конференции. под общей редакцией А.И. Вострецова. Астана, 30 октября 2018 года. Нефтекамск: Научноиздательский центр «Мир науки», 2018. С. 25-29.

19. Дёмин Ю.В., Елизаров Д. А., Манусов В.З. и др. Совершенствование методов контроля и анализа показателей несинусоидальности напряжения в электроэнергетических системах // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2018. № 1. С. 200- 206.

20. Оморов Т.Т., Такырбашев Б.К., Осмонова Р.Ч. К проблеме математического моделирования трехфазной несимметричной распределительной сети // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2020. Т. 22. № 1. С. 93-102.

21. Курейчик В.В., Жиленков М.А. Генетический алгоритм для решения оптимизационных задач с явно выраженной целевой функцией // Информатика, вычислительная техника и инженерное образование. 2014. № 4 (19). С. 1-4.

22. Шведенко В.Н., Мозохин А.Е. Концепция управления сетевой структурой интеллектуальных устройств в условиях цифровой трансформации энергетической отрасли // НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ. 2021. Т. 21. № 5. С. 748-754.

23. Ayani M., Ganebäck M., Ng A.H.C. Digital twin: applying emulation for machine reconditioning. Procedia CIRP conference on manufacturing systems (CMS). 2018. Vol. 72. P. 243-248.

24. Grieves M., Vickers J.; Kahlen, J., Flumerfelt, S., Alves, editors. Digital twin: mitigating unpredictable, undesirable emergent behavior in complex systems.Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems. Springer, Cham. P. 85-113.

25. Uhlemann T.H.-J., Schock C., Lehmann C., et al. The digital twin: demonstrating the potential of real time data acquisition in production systems. 7th Conference on Learning Factories. Procedia manufacturing. 2017. Vol. 9. P. 113-120.

26. Дед А.В., Бирюков С.В., Паршукова А.В. Оценка дополнительных потерь мощности в электрических сетях 0,38 кВ на основе экспериментальных данных // Успехи современного естествознания. 2014. № 11 (ч. 3). С. 64-67.

27. Железко Ю.С., Артемьев А.В., Савченко О.В. Расчет, анализ и нормирование потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчетов. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2004. 280 с.

28. Мохов В.А. Применение агентных метаэвристик в реализации технологической цепочки минимизации потерь электроэнергии // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2021. № 1 (209). С. 18-26.

29. Воротницкий В.Э., Железко Ю.С., Казанцев В.Н., и др. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Под ред. Казанцева В.Н. М.: Энергоатомиздат, 1983. 386 с.