Исследование несинусоидальных режимов работы электрооборудования в системах электроснабжения с полупроводниковыми преобразователями

Введение. В условиях роста числа электроприёмников с нелинейной вольтамперной характеристикой возникают проблемы с искажением формы кривой питающего напряжения и тока. Эти искажения могут привести к нежелательным эффектам, таким как перегрузка сети, гармонические искажения, недопустимые пульсации напряжения и тока и т. д. Цель. Исследовать несинусоидальные режимы работы электрооборудования в системе электроснабжения для прогнозирования показателей качества электрической энергии и разработки мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости электрооборудования в системах электроснабжения. Материалы и методы. Разработанная в программном комплексе MATLAB / Simulink имитационная модель позволяет анализировать работу системы электроснабжения с полупроводниковыми преобразователями в различных условиях и предсказывать ее поведение при различных нагрузках и внешних воздействиях. Результаты и обсуждение. В ходе работы обнаружено, что при отсутствии устройств компенсации реактивной мощности уровни суммарного коэффициента высших гармонических составляющих напряжения KU(n), в системе электроснабжения с 12-пульсным преобразователем выходят за допустимые значения в течение 95 % времени интервала измерения (ГОСТ 32144-2013) (в точках присоединения 6 кВ). Значения коэффициента n-й гармонической составляющей напряжения на 11, 13, 23, 25, 35 37 гармониках в ряде случаев превышают допустимые значения в течение 100 % времени интервала измерения. При использовании средств компенсации (батарей статических конденсаторов, резонансного фильтра) значения суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения не превышают допустимых значений. Заключение. По итогам проведённого исследования видно, что повсеместное использование выпрямительных устройств приводит к значительному искажению кривой напряжения. Однако стоит отметить, что существующий ГОСТ регламентирует только величину гармонических составляющих напряжения и не учитывает гармонических составляющих тока, которые, в свою очередь, также оказывают пагубное воздействие на элементы электрической сети.

1. Алгоритм расчета потерь мощности, обусловленных высшими гармониками и интергармониками на основе вейвлет-преобразования / Д. С. Осипов, А. Г. Лютаревич, В. А. Ткаченко, Я. Ю. Логунова // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2023. Т. 23. № 1. С. 38–47. https://doi.org/10.14529/power230104

2. Определение интергармоник тока асинхронного двигателя с переменной периодической нагрузкой / Б. А. Авдеев, С. Г. Черный, И. С. Моисеев, А. А. Жиленков // Электротехника. 2022. № 6. С. 39–44. https://doi.org/10.53891/00135860_2022_6_39

3. К проблеме моделирования несинусоидальных режимов распределительных сетей / Н. Н. Харлов, В. Я. Ушаков, Е. В. Тарасов, Л. Л. Булыга // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2016. Т. 327. № 3. С. 95–102.

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

5. Разработка метода расчета потерь мощности в токоведущих частях при наличии интергармоник / Д. С. Осипов, Д. В. Коваленко, Л. А. Файфер и др. // Омский научный вестник. 2017. № 4(154). С. 60–65.

6. Воденников Д. А., Овсянников А. Г. Влияние высших гармоник напряжения на концевые муфты кабелей распределительной сети // Электроэнергия. Передача и распределение. 2022. № 3(72). С. 90–96.

7. Планков А. А. Учет высших гармоник при исследовании динамической устойчивости узлов электроэнергетических систем с асинхронной нагрузкой // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. С. 23

8. Шепелев А. О., Шепелева Е. Ю. Исследование несинусоидальных режимов работы электрооборудования в системе электроснабжения с 6-пульсным преобразователем // Вестник Югорского государственного университета. 2022. № 2(65). С. 68–78. https://doi.org/10.18822/byusu20220268-78.

9. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014. 16 с.

10. Экспериментальные исследования электромагнитной совместимости современных электроприводовв системе электроснабжения металлургического предприятия / А. А. Николаев, Г. П. Корнилов, Т. Р. Храмшин и др. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2016. Т. 14. № 4. С. 96–105. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2016-14-4-96-105.

11. Hanzelka Z., Bien A. Power Quality Application Guide: Harmonics & Interharmonics: A guide material by Leonardo Power Quality Initiative. Copper Development Association, 2004.

12. Сивоконь В. П., Лапшов Д. В., Белов О. А. Диагностические признаки нестандартного проявления нелинейности в электрических сетях // Вестник КамчатГТУ. 2019. № 48. С. 18–27. https://doi.org/10.17217/2079-0333-2019-48-18-276.

13. Макашева С. И., Пинчуков П. С. Качество тока: аспекты оценки и нормирования // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2020. Т. 20. № 4. С. 23–35. https://doi.org/10.14529/power200403

14. Eidson B., Halpin М. An evaluation of the extent of correlation between interharmonic and voltage fluctuation measurements // IEEE Transactions on Power Delivery. 2016. Vol. 31. Iss. 2. P. 753–760. https://doi.org/10.1109/tpwrd.2015.2480715.

15. Interharmonics: theory and modeling / A. Testa [et al.] // IEEE Transactions on Power Delivery. 2007. Vol. 22. Iss. 4. P. 2335–2348. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2007.905505

16. Wavelet-Based Harmonic Magnitude Measurement in the Presence of Interharmonics / F. B. Costa [et al] // IEEE Transactions on Power Delivery. Vol. 38. No. 3. Pp. 2072–2087. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2022.3233583.

17. Жежеленко И. В., Саенко. Ю. Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. М.: Энергоатомиздат, 2000. 252 с.

18. Манусов В. З., Хрипков В. В., Фролова В. В. Сравнительный анализ математических моделей для определения коэффициента увеличения активного сопротивления проводников от высших гармоник // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. 2018. № 1. С. 184–188.

19. Влияние высших гармоник тока на режимы работы кабелей распределительной сети 380 В / В. Н. Тульский, И. И. Карташев, Р. Р. Насыров, М. Г. Симуткин // Промышленная энергетика. 2013. № 5. С. 39–44.

20. Вопросы моделирования устройств обеспечения качества электрической энергии / А. Г. Лютаревич, В. Н. Горюнов, С. Ю. Долингер, К. В. Хацевский // Омский научный вестник. 2013. № 1(117). C. 168–173.

21. Ершов С. В., Карницкий В. Ю. Моделирование параметров фильтров высших гармоник в среде MATLAB // Известия Тульского гос. университета. Технические науки. 2014. № 8. С. 25–31.

22. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab SimPowerSystem и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2007. 288 с. ISBN 5-94074-395-1.