МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПУНКТОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

​MATHEMATICAL MODELING OF AUTOMATIC VOLTAGE REGULATION POINTS IN DISTRIBUTION NETWORKS

Alina Zaitseva

Student of Penza State University,

Russian, Penza

Dmitry Elinov

Associate Professor, Candidate of Technical Sciences, Penza State University,

Russian, Penza

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается математическое моделирование пунктов автоматического регулирования напряжения для повышения качества электроэнергии в распределительных сетях, что позволяет снизить потери напряжения в распределительных сетях и повысить их пропускную способность.

ABSTRACT

The article discusses the mathematical modeling of automatic voltage regulation points to improve the quality of electricity in distribution networks, which reduces voltage losses in distribution networks and increases their throughput.

Ключевые слова: качество электроэнергии; напряжение; регулирование.

Keywords: power quality; voltage; regulation.

Под термином «качество электроэнергии» понимается «степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей КЭ» [1].

Для оценки качества электроэнергии в электрических сетях, для каждого показателя КЭ установлены определенные пределы.

В таблице 1 приведены обобщенные сведения о допустимых отклонениях показателей КЭ.

Таблица 1.

Обобщенные сведения о допустимых отклонениях показателей КЭ

Стоит отметить, что электроэнергия, как товар, подлежит сертификации. При сертификации электроэнергии устанавливают соответствие установленным требованиям лишь двух параметров – отклонение напряжения (положительное и отрицательное) и частоты.

По мнению Шепелева М.В., Прошина И.А. и Егорова С.В., для обеспечения КЭ в электрических сетях и своевременного выявления несоответствия показателей КЭ нужно проводить контроль качества электроэнергии и его эффективное управление [2-3].

В настоящее время есть несколько способов и устройств для регулирования уровня напряжения в распределительной сети. В данной статье проведен анализ применения пункта автоматического регулирования напряжения – ПАРН, меняющего коэффициент трансформации в месте его установки. ПАРН представляют собой вольтодобавочный высоковольтный трансформатор – ВДТ/СН.

По принципу управления уровнем напряжения в системе, ПАРН можно представить в виде пропорционального регулятора (П-регулятора), представленного на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема П-регулятора

У П-регулятора при изменении управляемой величины перемещается регулируемый орган. В случае ПАРН, при отклонении напряжения электропривод управляет переключателем между обмотками. Разность между заданным уровнем напряжения и значением на выходе ПАРН называется статической ошибкой П-регулятора.

Уравнение П-регулятора:

                                                                                            (1)

где:  – управляемая величина;

 – коэффициент усиления П-регулятора.

В данном случае, управляемая величина – уровень напряжения, причем, в данном случае, рассматривается значение на входе ПАРН, то есть, с учетом потерь в линии. Коэффициент усиления – ступень регулирования ПАРН.

Таким образом, математическая модель ПАРН будет иметь вид:

                                                                                  (2)

Таким образом, структурная схема ПАРН будет иметь вид, представленный на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема ПАРН

На выходе ПАРН значение падения напряжения должно быть минимальным, так как блок контроля и управления подает сигнал, который устанавливает требуемый уровень напряжения. это происходит за счет «надбавки» напряжения:

                                                                                             (3)

где:   – задействованное количество ступеней регулирования, шт;

  – номинальное значение ступени регулирования, %.

Причем, количество ступеней регулирования выбирается таким образом, чтобы обеспечивалось условие:

                                                                  (4)

Другими словами, ступень регулирования ПАРН напряжения выбирается таким образом, чтобы фактическое значение напряжение на выходе ПАРН было как можно ближе к номинальному.

Наглядно можно представить в виде эпюра напряжения, на которой от источника питания (ИП) отходит первая линия (КЛ или ВЛ) до места установки ПАРН, а затем по второй линии  (КЛ или ВЛ) электроэнергия поступает  к потребителю (ТП или РП) – рисунок 3.

Рисунок 3. Эпюры напряжения

Таким образом, итоговое падение напряжения в распределительной сети с установленной в ней ПАРН, можно определить по формуле:

                                                                           (5)

где:   – падение напряжения от источника до ПАРН, %;

  – падение напряжения от ПАРН до потребителя, %.

Далее будет рассмотрен пример моделирования параметров распределительной сети 10 кВ в месте установки ПАРН в зависимости от изменения напряжения в течении определенного промежутка времени.

График изменения напряжения приведен на рисунке 4.

Рисунок 4. График изменения напряжения

В данном случае, значение напряжения достигает 8,8 кВ, что ниже допустимых норм.

В случае установки ПАРН, напряжение не должно снижаться более чем на 10%.

Требуемая надбавка напряжения будет определяться по формулам 3 и 4.

С учетом шага регулирования в 0,2 кВ, параметры электросети после установки ПАРН приведены в таблице 2 и на рисунках 5-6.

Таблица 2

Результаты моделирования

Рисунок 5. График выключения ступеней ПАРН

Рисунок 6. График изменения напряжения после установки ПАРН

Как видно на графиках, после установки ПАРН, напряжения изменяется в пределах 9,8-10,2 кВ.

Выводы:

Установка ПАРН позволяет решить проблему отклонения напряжения в распределительных сетях, снижая потери электроэнергии и повышая пропускную способность распределительных сетей.

Список литературы:

1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014. 19 с.
2. Прошин И.А., Шепелев М.В., Егоров С.В. Метод и алгоритм обработки информации в оценке качества электрической энергии //Сборник статей по материалам XIVМеждународной научно-практической конференции «Наука вчера, сегодня, завтра» (выпуск 7 (14). Новосибирск: Изд-во «СибАК», 2014. С 25-30.
3. Прошин И.А., Шепелев М.В., Егоров С.В.  Автоматизация  учёта  электрической  энергии  как  средство  повышения  энергетической  эффективности// Сборник  статей  по  материалам  XXXIII Международной  научно-практической  конференции  «Технические  науки  –  от  теории  к  практике» (выпуск 4 (29).  Новосибирск:  Изд-во  «СибАК»,  2014.  С.  109-117.