Эмпирическое обоснование преимущества применения модифицированного метода симметричных составляющих для оценки величины силы тока нулевой последовательности в распределительных электрических сетях

Введение. Тенденция роста количества и повышения установленной мощности однофазных нелинейных электроприемников приводит к ухудшению качества электроэнергии. Одним из критериев оценки качества электрической энергии являются показатели несимметрии по нулевой и обратной последовательностям. Причем коэффициент несимметрии по нулевой последовательности обусловлен величиной силы тока нулевой последовательности.

Цель. Эмпирически обосновать преимущества применения метода, основанного на измерении мгновенных значений силы тока синхронно по трем фазам за один период для оценки коэффициента несимметрии по нулевой последовательности, по сравнению с методом симметричных составляющих, реализуемого с использованием оператора поворота, для более точной оценки несимметрии силы токов в распределительных электрических сетях.

Материалы и методы. Для достижения поставленной цели был разработан и собран экспериментальный стенд системы электроснабжения. Разработанный стенд позволил получить совокупность синхронно измеренных мгновенных значений силы тока и напряжения по каждой фазе, а также в нулевом рабочем проводнике при изменении величины, характера и несинусоидальности нагрузки независимо по каждой фазе. При этом критерием оценки точности расчета коэффициента несимметрии по нулевой последовательности являлась величина силы тока, измеренная в нулевом рабочем проводнике.

Результаты и обсуждение. Использование базового метода симметричных составляющих для определения силы тока нулевой последовательности в случае амплитудно-фазовой несимметрии при активно-индуктивной несинусоидальной нагрузке приводит к недопустимой погрешности, медианное значение которой составляет 21,25 %. С целью снижения указанной погрешности рекомендуется в этих режимах использовать метод, основанный на измерении мгновенных значений силы тока синхронно по трем фазам за один период, при этом медианное значение погрешности не превышает 0,16 %.

Заключение. Для снижения величин погрешностей расчета силы тока нулевой последовательности рекомендуется применять метод, основанный на измерении мгновенных значений силы тока синхронно по трем фазам за один период.

1. Ханин Ю. И., Болиев И. А. Анализ несимметрии напряжений в электрических сетях, питающих бытовых потребителей // Приоритетные научные исследования и инновационные технологии в АПК: наука – производству: материалы Национальной НПК (Волгоград, 29 октября 2019 года). Волгоград: Волгоградский государственный аграрный университет, 2019. С. 459–465.

2. Юндин М. А., Пятикопов С. М., Сливин С. М. Исследование несинусоидальности и несимметрии в современных электросетях 0,38 кВ // Инновации. Наука. Образование. 2020. № 23. С. 278–286.

3. 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

4. Авербух М. А., Жилин Е. В. Оценка качества электроэнергии в системе электроснабжения жилого микрорайона // Новая наука: От идеи к результату. 2015. № 5(2). С. 134–139.

5. Baggini A. Handbook of Power Quality. University of Bergamo. Wiley, 2008. P. 642.

6. De Almeida A. L., Moreira J., Delgado. Power Quality Problems and New Solutions. ISR – Department of Electrical and Computer Engineering University of Coimbra, Pólo II 3030-290. Coimbra, 2003. P. 25–33. https://doi.org/10.24084/repqj01.004

7. Бирюлин В. И., Куделина Д. В. Разработка модели для анализа способов снижения несимметрии напряжений в системах электроснабжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24. № 2. С. 72-85. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2022-24-2-73-86

8. 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.

9. 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. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-3-209-222

10. Ch Y., Goswami S. K., Chatterjee D. Effect of network reconfiguration on power quality of distribution system // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2016. Vol. 83. P. 87–95.

11. Троицкий А. И., Костинский С. С. Обобщение понятия «несимметричные нагрузки» с целью их внутреннего симметрирования по критерию снижения потерь мощности // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2013. № 1. С. 126–131.

12. О программном обеспечении для планирования мероприятий по снижению потерь мощности от несимметрии токов в сетях 0,4 кВ / А. Б. Баламетов, А. К. Салимова, Н. И. Гаджиев, Э. А. Баламетов // Программные продукты и системы. 2020. Т. 33. № 2. С. 328–335. https://doi.org/10.15827/0236-235X.130.328-335

13. Троицкий А. И. О методической погрешности определения коэффициента неравномерности загрузки фаз // Известия высших учебных заведений. Электромеханика. 2002. № 2. С. 73–75.

14. Allaev K. R., Musinova G. F. Analysis of power losses in phases in distribution networks at load imbalance // Universum. 2020. No. 6(75) P. 65-70. https://doi.org/10.31618/ESU.2413-9335.2020.1.75

15. Fоrtescue C. L. Metod of Symmetrical Coordinates // Transaction of American Institute Electrical Engineer. 1918. 1027 p.

16. Костюков Д. А. Оценка вклада потребителя в несимметрию напряжений по нулевой последовательности в точке общего присоединения // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2018. № 6(69). С. 24–34. https://doi.org/dspace.ncfu.ru/handle/20.500.12258/4922

17. Sayenko Yu. L., Kalyuzhniy D. N., Bolgov V. A. Identification and assessment of the influence of unbalance voltage sources in three-phase three-wire electric networks // Technical Electrodynamics. 2019. Vol. 6. P. 65-73. https://doi.org/10.15407/techned2019.06.065

18. Петров А. В., Костюков Д. А. Способ цифровой обработки трехфазного сигнала для выделения симметричных составляющих // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2022. № 3(90). С. 7–15. https://doi.org/10.37493/2307-907X.2022.3.1

19. Gosbel V. S., Browne T. J., Perera S. Harmonic Allocation Using IEC/TR 61000-3-6 at the Distribution / Transmission Interface. ICHQF/ 2008: 13th International Conference on Harmonics & Quality of Power. 2008. P. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/ICHQP.2008.4668752

20. Cadena-Zarate C., Caballero-Peña J., Osma-Pinto G. Simulation-based probabilistic-harmonic load flow for the study of DERs integration in a low-voltage distribution network // AIMS Electronics and Electrical Engineering. 2024. Vol. 8. No. 1. P. 53–70. https://doi.org/10.3934/electreng.2024003