Научная статья на тему 'Автоматизация системы управления симметрирующим устройством'

Автоматизация системы управления симметрирующим устройством Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
22
2
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
несимметрия / симметрирующее устройство / система управления / arduino / GSM / arduino / asymmetry / balancing device / control system / GSM

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Дулепов Дмитрий Евгеньевич, Кондраненкова Татьяна Евгеньевна, Чесноков Александр Дмитриевич, Толикина Мария Юрьевна

Введение. Анализ несимметрии токов и напряжений в сельских электрических сетях (СЭС) 0,4 кВ показал, что потери, обусловленные несимметричными режимами, могут превышать потери электрической энергии в симметричном режиме на 30–40 %, что приводит к дополнительным затратам на оплату электроэнергии и, как следствие, удорожание производства продукции АПК. Применение симметрирующих устройств (СУ) является одним из действенных способов улучшения показателей качества электрической энергии (ПКЭ), снижения потерь электрической энергии в электрических сетях сельскохозяйственного назначения. Для снижения уровня несимметрии токов и напряжений в распределительных сетях 0,4 кВ разработаны различные способы и технические средства, например симметрирующее устройство. Применение симметрирующего устройства (СУ) позволяет нормализовать показатели качества электроэнергии и сократить ее потери. В условиях резкопеременной нагрузки необходимо выполнить СУ регулируемым. Материалы и методы. Для экспериментального исследования системы управления и эффективности работы регулируемого симметрирующего устройства (СУ), несимметричных режимов работы сельских электрических сетей 0,4 кВ, а также уровня потерь и показателей качества электрической энергии на кафедре «Электрификация и автоматизация» ГБОУ ВО НГИЭУ была разработана экспериментальная установка, представляющая собой модель трехфазной сети 0,4 кВ с регулируемым симметрирующим устройством. Устройство работает в функции уровня несимметрии фазных напряжений, т. е. при отклонении напряжения свыше -5 % происходит включение ступеней СУ. Блок управления состоит из трех цифровых датчиков переменного напряжения ZMPT101B и четырех ACS712 датчиков тока с гальванической развязкой 20 А, шести понижающих реле напряжения и аппаратной платформы на базе микроконтроллера ATmega328 с написанной программой от производителя RobotDyn, которая полностью совместима с модулями Arduino. В условиях лабораторного эксперимента располагается в щите управления. Результаты и обсуждение. Технические возможности аппаратной платформы на базе микроконтроллера и удобный интерфейс программы Arduino IDE позволяют проанализировать необходимые данные: фазные напряжения, токи, мощность в каждой фазе, а также позволяют в режиме реального времени изменять параметры СУ, контролировать состояние СУ и его работу. Заключение. Автоматизированная система управления СУ позволяет автоматически включать и отключать ступени мощности в зависимости от значений отклонений напряжений в каждой из фаз. А возможность вывода информации на монитор компьютера упрощает мониторинг текущих показателей параметров исследуемой сети.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Дулепов Дмитрий Евгеньевич, Кондраненкова Татьяна Евгеньевна, Чесноков Александр Дмитриевич, Толикина Мария Юрьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Automation of the control system of the symmetrical device

Introduction. An analysis of the asymmetry of currents and voltages in a 0.4 kV solar power plant showed that losses due to asymmetric modes can exceed the losses of electrical energy in a symmetrical mode by 30–40 %, which leads to additional costs for paying for electricity and, as a result, an increase in the cost of production APK. The use of balancing devices (SU) is one of the effective ways to improve the quality of electrical energy (PQI), reduce the loss of electrical energy in electrical networks for agricultural purposes. To reduce the level of current and voltage unbalance in 0.4 kV distribution networks, various methods and technical means have been developed, for example, a balancing device. The use of a balancing device (SU) allows you to normalize the quality of electricity and reduce its losses. Under conditions of a sharply variable load, it is necessary to make the control system adjustable. Materials and methods. For an experimental study of the control system and the efficiency of the adjustable balancing device (CD), asymmetrical modes of operation of rural electrical networks 0.4 kV, as well as the level of losses and indicators of the quality of electrical energy at the Department of «Electrification and Automation» of the GBOU VO NGIEU, a experimental setup, which is a model of a three-phase network 0.4 kV with an adjustable balancing device. The device operates as a function of the phase voltage unbalance level, i.e., when the voltage deviates above –5 %, the CS stages are switched on. The control unit consists of three digital AC voltage sensors ZMPT101B and four ACS712 current sensors with 20 A galvanic isolation, six step-down voltage relays and a hardware platform based on the ATmega328 microcontroller with a written program from the manufacturer RobotDyn, which is fully compatible with Arduino modules. In a laboratory experiment, it is located in the control panel. Results and discussion. The technical capabilities of the microcontroller-based hardware platform and the user-friendly interface of the Arduino IDE program allow you to analyze the necessary data: phase voltages, currents, as well as power in each phase, and also allows you to change the CS parameters in real time, monitor the status of the CS and its operation. Conclusion. The automated control system of the control system makes it possible to automatically turn on and off the power stages depending on the values of voltage deviations in each of the phases. And the ability to display information on a computer monitor simplifies monitoring of the current parameters of the network under study.

Текст научной работы на тему «Автоматизация системы управления симметрирующим устройством»

XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ

05.20.02 ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ_

Научная статья УДК621.316

DOI: 10.24412/2227-9407-2022-8-42-53

Автоматизация системы управления симметрирующим устройством

Дмитрий Евгеньевич Дулепов1, Татьяна Евгеньевна Кондраненкова2^, Александр Дмитриевич Чесноков3, Мария Юрьевна Толикина4

1,2, 3 4 Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, Россия

1 dulepov.86@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1044-1865

2 tat2192@mail.ruB', https://orcid.org/0000-0003-3901-3389

3 alexandertchesnockoff@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-2461 -0757

4 shibaevamarya@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-2157-026X

Аннотация

Введение. Анализ несимметрии токов и напряжений в сельских электрических сетях (СЭС) 0,4 кВ показал, что потери, обусловленные несимметричными режимами, могут превышать потери электрической энергии в симметричном режиме на 30-40 %, что приводит к дополнительным затратам на оплату электроэнергии и, как следствие, удорожание производства продукции АПК. Применение симметрирующих устройств (СУ) является одним из действенных способов улучшения показателей качества электрической энергии (ПКЭ), снижения потерь электрической энергии в электрических сетях сельскохозяйственного назначения. Для снижения уровня несимметрии токов и напряжений в распределительных сетях 0,4 кВ разработаны различные способы и технические средства, например симметрирующее устройство. Применение симметрирующего устройства (СУ) позволяет нормализовать показатели качества электроэнергии и сократить ее потери. В условиях резко-переменной нагрузки необходимо выполнить СУ регулируемым.

Материалы и методы. Для экспериментального исследования системы управления и эффективности работы регулируемого симметрирующего устройства (СУ), несимметричных режимов работы сельских электрических сетей 0,4 кВ, а также уровня потерь и показателей качества электрической энергии на кафедре «Электрификация и автоматизация» ГБОУ ВО НГИЭУ была разработана экспериментальная установка, представляющая собой модель трехфазной сети 0,4 кВ с регулируемым симметрирующим устройством. Устройство работает в функции уровня несимметрии фазных напряжений, т. е. при отклонении напряжения свыше -5 % происходит включение ступеней СУ. Блок управления состоит из трех цифровых датчиков переменного напряжения ZMPT101B и четырех ACS712 датчиков тока с гальванической развязкой 20 А, шести понижающих реле напряжения и аппаратной платформы на базе микроконтроллера ATmega328 с написанной программой от производителя RobotDyn, которая полностью совместима с модулями Arduino. В условиях лабораторного эксперимента располагается в щите управления.

Результаты и обсуждение. Технические возможности аппаратной платформы на базе микроконтроллера и удобный интерфейс программы Arduino IDE позволяют проанализировать необходимые данные: фазные напряжения, токи, мощность в каждой фазе, а также позволяют в режиме реального времени изменять параметры СУ, контролировать состояние СУ и его работу.

Заключение. Автоматизированная система управления СУ позволяет автоматически включать и отключать ступени мощности в зависимости от значений отклонений напряжений в каждой из фаз. А возможность вывода информации на монитор компьютера упрощает мониторинг текущих показателей параметров исследуемой сети.

© Дулепов Д. Е., Кондраненкова Т. Е., Чесноков А. Д., Толикина М. Ю., 2022

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.

XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ

Ключевые слова: несимметрия, симметрирующее устройство, система управления, arduino, GSM

Для цитирования: Дулепов Д. Е., Кондраненкова Т. Е., Чесноков А. Д., Толикина М. Ю. Автоматизация системы управления симметрирующим устройством // Вестник НГИЭИ. 2022. № 8 (135). С. 42-53. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-8-42-53

Automation of the control system of the symmetrical device

Dmitry E. Dulepov1, Tatyana E. Kondranenkova2B, Alexander D. Chesnokov3, Maria Yu. Tolikina4

12 3 4 Nizhny Novgorod State Engineering and Economic University, Knyaginino, Russia

1 dulepov.86@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-1044-1865

2 tat2192@mail.ruB', https://orcid.org/0000-0003-3901-3389

3alexandertchesnockoff@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-2461 -0757 4shibaevamarya@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0002-2157-026X

Abstract

Introduction. An analysis of the asymmetry of currents and voltages in a 0.4 kV solar power plant showed that losses due to asymmetric modes can exceed the losses of electrical energy in a symmetrical mode by 30-40 %, which leads to additional costs for paying for electricity and, as a result, an increase in the cost of production APK. The use of balancing devices (SU) is one of the effective ways to improve the quality of electrical energy (PQI), reduce the loss of electrical energy in electrical networks for agricultural purposes. To reduce the level of current and voltage unbalance in 0.4 kV distribution networks, various methods and technical means have been developed, for example, a balancing device. The use of a balancing device (SU) allows you to normalize the quality of electricity and reduce its losses. Under conditions of a sharply variable load, it is necessary to make the control system adjustable.

Materials and methods. For an experimental study of the control system and the efficiency of the adjustable balancing device (CD), asymmetrical modes of operation of rural electrical networks 0.4 kV, as well as the level of losses and indicators of the quality of electrical energy at the Department of «Electrification and Automation» of the GBOU VO NGIEU, a experimental setup, which is a model of a three-phase network 0.4 kV with an adjustable balancing device. The device operates as a function of the phase voltage unbalance level, i.e., when the voltage deviates above -5 %, the CS stages are switched on. The control unit consists of three digital AC voltage sensors ZMPT101B and four ACS712 current sensors with 20 A galvanic isolation, six step-down voltage relays and a hardware platform based on the ATmega328 microcontroller with a written program from the manufacturer RobotDyn, which is fully compatible with Arduino modules. In a laboratory experiment, it is located in the control panel.

Results and discussion. The technical capabilities of the microcontroller-based hardware platform and the user-friendly interface of the Arduino IDE program allow you to analyze the necessary data: phase voltages, currents, as well as power in each phase, and also allows you to change the CS parameters in real time, monitor the status of the CS and its operation.

Conclusion. The automated control system of the control system makes it possible to automatically turn on and off the power stages depending on the values of voltage deviations in each of the phases. And the ability to display information on a computer monitor simplifies monitoring of the current parameters of the network under study.

Keywords: arduino, asymmetry, balancing device, control system, GSM

For citation: Dulepov D. E., Kondranenkova T. E., Chesnokov A. D., Tolikina M. Yu. Automation of the control system of the symmetrical device // Bulletin NGIEI. 2022. № 8 (135). P. 42-53. (In Russ.). DOI: 10.24412/2227-94072022-8-42-53

Введение

В настоящее время большое значение приобретают вопросы энергосбережения и качества электроэнергии. Показателями качества электроэнергии, относящимися к несимметрии напряжений в трех-

фазных трехпроводных системах, являются коэффициенты несимметрии напряжений по обратной и по нулевой последовательности Хш. Анализ несимметрии токов и напряжений в СЭС 0,4 кВ показал, что потери, обусловленные

ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE

емого симметрирующего устройства (СУ), несимметричных режимов работы сельских электрических сетей 0,4 кВ, а также уровня потерь и показателей качества электрической энергии на кафедре «Электрификация и автоматизация» ГБОУ ВО НГИЭУ была разработана экспериментальная установка, представляющая собой модель трехфазной сети 0,4 кВ с регулируемым симметрирующим устройством.

Экспериментальная установка состоит из трехфазного автотрансформатора ПрофКиПАТСН-60-380, модели линии электропередачи, несимметричной нагрузки, симметрирующего устройства и блока управления.

Симметрирующее устройство для трехфазной сети с нейтральным проводом содержит в каждой фазе параллельно подключаемые ступени мощности, включающие в себя емкостные элементы, соединенные в звезду, реактор, включенный между нейтральным проводом и нулевой точкой конденсаторов, систему автоматического управления. Реактор имеет рабочие выводы по числу ступеней мощности, причем каждый рабочий вывод реактора подключается к нейтральному проводу питающей сети через последовательно включенные замыкающийся контакт соответствующей ступени и размыкающийся контакт последующей ступени (рис. 1) [12].

несимметричными режимами, могут превышать потери электрической энергии в симметричном режиме на 30-40 %, что приводит к дополнительным затратам на оплату электроэнергии и, как следствие, удорожание производства продукции АПК [3]. Применение симметрирующих устройств (СУ) является одним из действенных способов улучшения показателей качества электрической энергии (ПКЭ), снижения потерь электрической энергии в электрических сетях сельскохозяйственного назначения [6; 13; 14; 15; 16; 18; 19]. Для снижения уровня несимметрии токов и напряжений в распределительных сетях 0,4 кВ разработаны различные способы и технические средства, например симметрирующее устройство [12]. Применение симметрирующего устройства (СУ) позволяет нормализовать показатели качества электроэнергии и сократить ее потери. В условиях резкопеременной нагрузки необходимо выполнить СУ регулируемым [2].

Цель исследования - разработка автоматизированной системы управления симметрирующим устройством, которая позволит в режиме реального времени изменять параметры СУ, управлять работой и контролировать его состояние.

Материалы и методы

Для экспериментального исследования системы управления и эффективности работы регулиру-

Рис. 1. Электрическая схема экспериментальной установки: 1-3 - емкостные элементы; 4-6 - реакторы; 7-10, 12, 14 - замыкающие контакты; 11, 13 - размыкающие контакты; 15 - блок управления устройством Fig. 1. Electrical diagram of the experimental setup: 1-3 - capacitive elements; 4-6 - reactors; 7-10, 12, 14 - closing contacts; 11, 13 - opening contacts; 15 - device control unit Источник: разработано авторами в результате исследований

Номинальные значения напряжений в сетях 29322-2014 «Напряжения стандартные». Согласно низкого напряжения регламентируются ГОСТ указанному документу в трехфазных четырехпро-

44

_ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

водных и трехпроводных сетях переменного тока частотой 50 Гц номинальное фазное напряжение должно составлять 230 В, а номинальное линейное - 400 В. Система 230/400 В - это результат дальнейшего развития системы 220/380 В. Подобное повышение напряжения повышает пропускную способность низковольтных сетей при неизменном сечении жил питающих кабелей. Поэтому все выпускаемое на данный момент оборудование должно рассчитываться на указанную систему напряжений. Но в данный момент времени еще значительное количество оборудования используется с номинальным фазным напряжением 220 В. Технические требования к такому оборудованию опираются на стандарты качества электроэнергии, допустимые отклонения уровня напряжения отсчитываются именно от данного напряжения, и если нижний уровень при номинальном 230 В по ГОСТ 32144-2013 будет составлять 207 В, что входит в диапазон ±10 % от номинального 220 В, то верхний уровень будет составлять 253 В, что уже выходит за пределы диапазона ±10 % от напряжения 220 В. Поэтому при разработке автоматизированной системы управления СУ в сети 0,4 кВ мы используем напряжение 220 В. Для эффективного снижения потерь электрической энергии и поддержания значений напряжений соответствию ГОСТ 32144-2013 при использовании симметрирующего устройства и разработке автоматизированной системы управления необходимо учитывать отклонения напряжений только в меньшую сторону от номинального напря-

жения, так как симметрирующие устройства являются мощным средством повышения уровня напряжений, и регулирование напряжений при отклонении свыше +10 % от значения ГОСТ приведет еще к большему увеличению отклонения.

Отклонения фазных напряжений в меньшую сторону у сельских потребителей, подключенных к концу питающей линии 0,4 кВ, часто существенно не соответствуют требованиям стандарта в часы пиковой нагрузки. К примеру, при отклонении напряжения -10 % активные потери двигателя увеличиваются на 2 %, увеличивается ток асинхронного двигателя, что приводит к преждевременному старению изоляции обмоток и в конечном итоге выходу его из строя. На каждый процент увеличения напряжения потребление электроэнергии сопровождается увеличением реактивной мощности двигателя на 3 %. Повышение напряжения сверх номинального на 1 % для ламп приводит к увеличению потребляемой мощности на 1,5 %, светового потока - на 3,7 %, срок службы сокращается на 15 %. Увеличение напряжения на 3 % сокращает срок службы на 30 %. Понижение напряжения на 5 % уменьшает световой поток на 18 %, а при его снижении до 20 % запуск люминесцентных ламп не возможен [8].

Симметрирующее устройство работает в функции уровня несимметрии фазных напряжений, т. е. ступени включаются при отклонении напряжения свыше -5 %. Отключение происходит при снижении уровня несимметрии.

Рис. 2. Блок управления Fig. 2. Control unit Источник: разработано авторами в результате исследований

ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE

Модульность Arduino позволяет создавать на базе этой платформы проекты различной направленности и функциональности. Существует возможность объединения платы и модулей связи практически любого стандарта и протокола, в частности, для подключения к сотовой сети [9].

GSM-модуль SIM900R (рис. 3) для Arduino позволяет осуществлять соединения с любым удаленным устройством посредством мобильной сети -везде, где есть покрытие. Это позволяет удаленно управлять симметрирующим устройством, отправлять команды управления на устройство и принимать информацию от него с помощью SMS-команд или через интернет-подключение по GSM/GPRS, а также получать необходимые данные и контролировать состояние СУ и управлять его работой.

Результаты и обсуждение На рисунке 4 показана блок-схема управления симметрирующим устройством, поясняющая принцип его работы.

Начало алгоритма предусматривает ввод номинального значения напряжения ином. Указанные данные сохраняются в блоке 2. Блоком 3 производится определение отклонения напряжения. Блок 4 выполняет сравнение отклонения фазных напряжений с номинальным значением. При отклонении хотя бы одного фазного напряжения от номинального в диапазоне 5UA(B,C) >-5 %, сигнал поступает на блок 5 и включается 1 ступень симметрирования. Включение СУ и переключение ступеней выполняется с задержкой времени ^ыдержки, которое соответствует времени переходного процесса, установленное блоками 3, 6, 10, 12, 16, 19, 21, 25, 28 и 31. Блоком 7 выполняется сравнение отклонения фазных напряжений с номинальным значением. При отклонении хотя бы одного фазного напряжения от номинального в диапазоне 5UA(B,C) >-5 %, сигнал поступает на блок 11 и включается 2 ступень симметрирования. Если условие блока 7 не выполняется, то 1 ступень продолжает работать до тех пор, пока не будет выполнено условие блока 8 5UA(B,C) >-1 % и начнется новая проверка блоком 7. Если условие блока 8 не выполняется, то происходит отключение 1 ступени и подается сигнал на начало блока 4 для новой проверки.

Блоком 13 выполняется сравнение отклонения фазных напряжений с номинальным значением. Рис. 3. GSM модуль SIM900R При отклонении хотя бы одного фазного напряже-

Fig. 3. GSM module SIM900R ния от номинального в диапазоне 5UA(B,C) >-5 %

Источник: разработано авторами сигнал поступает на блок 20 и включается 3 ступень

в результате исследований симметрирования. Если условие блока 13 не выпол-

На рис. 2 представлен внешний вид блока управления симметрирующим устройством. Блок управления состоит из трех цифровых датчиков переменного напряжения ZMPT101B и четырех ACS712 датчиков тока с гальванической развязкой 20А, шести понижающих реле напряжения и аппаратной платформы на базе микроконтроллера ATmega328 с написанной программой от производителя RobotDyn, которая полностью совместима с модулями Arduino и GSM модуля SIM900R. При помощи датчика ZMPT101B можно измерять переменное напряжение в бытовой сети 220 В и безопасно передавать показания на вход любого микроконтроллера с встроенным АЦП. ACS712 датчик тока с гальванической развязкой 20А может измерять переменный и постоянный ток. Понижающие реле напряжения подключены на цифровые выходы микроконтроллера. Реле тока и напряжения заведены на аналоговые выходы платы. Подключение осуществляется через понижающие реле напряжения, которые преобразуют входное напряжение с 220 до 30 В и подключаются к кнопочному посту. Для работы платформа подключается к персональному компьютеру при помощи кабеля USB, можно также подать питание при помощи адаптера AC/DC

или батареи1, 2.

Вестник НГИЭИ. 2022. № 8 (135). C. 42-53. ISSN2227-9407 (Print) Bulletin NGIEI. 2022. № 8 (135). P. 42-53. ISSN2227-9407 (Print)

_ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

няется, то 2 ступень продолжает работать до тех пор, пока не будет выполнено условие блока 14 5UA(B,C) >-1 % и начнется новая проверка блоком 13. Если условие блока 14 не выполняется, то происходит отключение 2 ступени и сравнение откло-

нения напряжения с условием блока 17. Если условие блока 17 не выполняется, то подается управляющий сигнал на отключение 1 ступени, а затем на начало блока 4 для новой проверки.

Рис. 4. Алгоритм управления симметрирующим устройством

Fig. 4. Algorithm for controlling the symmetrical device Источник: разработано авторами в результате исследований

ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE

ся, то подается сигнал на начало блока 7 для новой проверки, при невыполнении условия 1 ступень симметрирования отключается.

Таким образом, данный алгоритм позволяет автоматически определять отклонения напряжений для каждой из фаз и автоматически определять необходимую ступень симметрирования для включения. Так же алгоритм предусматривает автоматическое отключение ступеней симметрирующего устройства при снижении уровня несимметрии, т. е. при условии, когда отклонение фазного напряжения будет не более -5 % от номинального напряжения.

Блок управления в условиях лабораторного эксперимента располагается в щите управления и подключается к кнопочному посту (рисунок 5, а). На лицевой панели щита управления расположена кнопочная станция для управления ступенями СУ, к которому подключается блок управления. Щит управления оснащен коммутационными аппаратами и аппаратами защиты от аварийных режимов.

Блоком 22 выполняется сравнение отклонения фазных напряжений с номинальным значением. При отклонении хотя бы одного фазного напряжения от номинального в диапазоне 5иА(В,С) >-5 % сигнал поступает на блок 32 и отправляется информационное сообщение диспетчеру сети «Отклонение напряжения выше -5 %», тем самым информирует о невозможности устранения несимметрии в данный момент времени. Если условие блока 22 не выполняется, то 3 ступень симметрирования находится в рабочем состоянии до тех пор, пока не будет выполнено условие блока 23 и начнется новая проверка блоком 22. Если условие блока 23 не выполняется, то подается управляющий сигнал на отключение 3 ступени, затем блоком 26 определяется, нужно ли отключать 2 ступень, если нет, то выполняется проверка блоком 13. После отключения 2 ступени симметрирования блоком 29 выполняется сравнение отклонения напряжений в заданном условии 5иА(В,С) >-1 %, если условие выполняет-

а б

Рис. 5. Экспериментальная установка: а - внешний вид экспериментальной установки; б - интерфейс программного обеспечения Arduino IDE Fig. 5. Experimental setup: a - the appearance of the experimental setup; b - the interface of the Arduino IDE software Источник: разработано авторами в результате исследований

Технические возможности аппаратной платформы на базе микроконтроллера и удобный интерфейс программы Arduino IDE (рис. 5, б) позволяют проанализировать необходимые данные. Фазные напряжения, токи, а также мощность в каждой фазе. Регистрация данных осуществляется каждые 5 сек.

По результатам проведенного лабораторного эксперимента установлено, что коэффициент К2и снижается с 0,031 до значения 0,03, а коэффициент

К0и снизился с 0,092 до величины 0,036 при максимальном уровне несимметрии в эксперименте, т. е. на 5,6 % при включении трех ступеней СУ. Анализируя данные на рис. 6, в, можно сделать вывод о том, что при режиме работы сети 0,4 кВ с установленным СУ в узле нагрузок на различных мощностях коэффициент потерь Кр, обусловленный несимметричной нагрузкой, снизился с 1,283 до величины 1,108, т. е. на 17,5 %.

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

K2u СУ

\

\К2и„рИ »клитии IV

У

K0U6.H-.Y \

\

К0и„ри>кл1™ N СУ ч

Kt№C

Кр,% .

Кр ft,., СУ

\ Кр ип„ „ CV

: -

1 1.364 1.727 2.091 2.455 2.818 3.182 3.545 3.909 4.273 4.636 5

К нес

Рис. 6. Результаты лабораторного эксперимента: а - график изменения коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности от уровня несимметрии, б - график изменения коэффициента несимметрии напряжения по нулевой последовательности от уровня несимметрии; в - график изменения коэффициента потерь от уровня несимметрии Fig. 6. Results of the laboratory experiment: a - graph of the change in the voltage asymmetry coefficient in the reverse sequence from the level of asymmetry, b - graph of the change in the voltage asymmetry coefficient in the zero sequence from the level of asymmetry; c - graph of the change in the loss factor from the level of asymmetry

Источник: разработано авторами в результате исследований

Заключение

Автоматизированная система управления позволяет автоматически включать и отключать ступени мощности СУ в зависимости от значений отклонений напряжений в каждой из фаз. А возможность вывода информации на монитор компьютера упрощает мониторинг текущих показателей параметров исследуемой сети.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

GSM-модуль позволяет проинформировать о состоянии сети и работе СУ диспетчера сети при помощи SMS-оповещения, для этого при настройке модуля задается номер абонента, а также текст сообщения. Данное оповещение позволяет увеличить скорость реагирования на текущие изменения состояния сети.

б

а

в

Примечания:

1 Аппаратная платформа АМшш [Электронный ресурс] / arduinoplus.ru. Электрон. дан. Москва: айшпор1ш, 2017. Режим доступа: https://arduinoplus.ru/arduino-mega2560, свободный (дата обращения: 01.11.2020).

2 Подключение реле к А^шш [Электронный ресурс] / arduinomaster.ru, Электрон. дан. Москва: arduinomaster, 2017 Режим доступа: https://arduinomaster.ru/datchiki-arduino/podklyuchenie-relek-arduino, свободный (дата обращения: 01.11.2020).

ХЖХЖХХ ELECTROTECHNOLOGYAND ELECTRICEQUIPMENTINAGRICULTURE XXXXXX_

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Иванов Д. А., Наумов И. В., Подъячих С. В. Исследование потерь электрической энергии в сети 0,38 кВ // Вестник ИРГСХА. 2017. № 81-2. С. 70-77.

2. Кондраненкова Т. Е. Алгоритм управления фильтросимметрирующим устройством для работы в сельских электрических сетях // Приоритетные научные направления: от теории к практике. Новосибирск, 2017 г, С. 102-108.

3. Косоухов Ф. Д. Энергосбережение в низковольтных электрических сетях при несимметричной нагрузке : монография / Под общей ред. Ф. Д. Косоухова. СПб. : Издательство «Лань», 2016. 280 с.

4. Косоухов Ф. Д., Гущинский А. Г., Коломыцев М. В. Метод расчёта потерь мощности и показателей несимметрии токов и напряжений в сельских электрических сетях 0,38 кВ при распределённой несимметричной нагрузке // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2012. № 26. С.422-428

5. Косоухов Ф. Д., Горбунов А. О., Теремецкий М. Ю. Измерение показателей несимметрии напряжений и токов в сельских сетях 0,38 кВ // Проблемы энергообеспечения предприятий АПК и сельских территорий. Санкт-Петербургский государственный аграрный университет. Санкт-Петербург, 2008. С. 3-9.

6. Лукина Г. В., Парфирова А. А., Парфенова В. С. Способы снижения несимметрии напряжений в сетях 0,4 кВ // The Scientific Heritage. 2021. № 64-1 (64). С. 29-32.

7. Наумов И. В., Ямщикова И. В. Эффективность применения симметрирующих устройств для повышения качества и снижения потерь электрической энергии в сельских сетях 0,38 кВ // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2015. № 11 (133). С. 113-117.

8. Наумов И. В., Подъячих С. В., Иванов Д. А. Исследование несимметрии напряжений и дополнительных потерь мощности в лэп, питающей коммунально-бытовую нагрузку // Климат, экология, сельское хозяйство Евразии. Материалы международной научно-практической конференции. 2013. С. 314-320.

9. Новиков Н. С. Удалённое управление сетью 220 вольт с помощью микроконтроллера arduino mega // Достижения вузовской науки 2020. Пенза, 2020. С. 72-78.

10. Омельченко Е. Я., Танич В. О., Маклаков А. С., Карякика Е. А. Краткий обзор и перспективы применения микропроцессорной платформы Arduino // Электротехнические системы и комплексы. № 21. 2013. С.28-32.

11. Осокин В. Л., Сбитнев Е. А. Исследование отклонений напряжения в точках раздела электрической сети сельскохозяйственного предприятия // Аграрный вестник Верхневолжья. 2019. № 1 (26). С. 85-90

12. Дулепов Д. Е., Кондраненкова Т. Е. Патент № 179611 U1 Российская Федерация МПК H02J 3/00 (2006.01). Симметрирующее устройство для трехфазной сети с нейтральным проводом. № 2017138146; заявл. 01.11.2017.опубл. 21.05.2018.

13. Наумов И. В., Иванов Д. А., Подъячих С. В., Гантулга Д. Патент на изобретение RU 2490768 C2. Симметрирующее устройство для трехфазных сетей с нулевым проводом. № 2010144245/07 от 28.10.2010.

14. Плесконос Л. В., Костюков П. В., Гурин И. В. Анализ технических средств для нормализации несимметрии напряжений в электрических сетях // Перспективное развитие науки, техники и технологий. 2016. С.104-108.

15. Самарин Г. Н., Сукиасян С. М., Егоров М. Ю. Проблема несимметрии напряжений в сельских сетях и ее решение посредством разработки устройства симметрирования напряжений // Известия Великолукской государственной сельскохозяйственной академии. 2013. № 3. С. 42-46.

16. Наумов И. В., Сукьясов С. В. Классификация способов и средств для улучшения качества электрической энергии // Материалы региональной научно-практической конференции ИрГСХА. Ч. 2. Иркутск, 2001. С. 81-83.

17. Сукьясов С. В. Анализ показателей качества электрической энергии в сети 0.4 кВ с коммунально-бытовой нагрузкой // Научные исследования студентов в решении актуальных проблем АПК. 2019. С. 3-10.

18. Сукьясов С. В., Рудых А. В. Способы и технические средства нормализации показателей качества электрической энергии для повышения устойчивости функционирования электрооборудования // Актуальные проблемы энергетики АПК. 2017. С. 225-229.

XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ

19. Сукъясов С. В. Применение технических средств симметрирования нагрузок в сельских распределительных сетях 0,38 кВ для повышения качества и снижения потерь электрической энергии : Дис. канд. тех. наук. Иркутск: 2004. 211 с.

20. Якупова М. А., Федоринова Э. С., Наумов И. В. Исследование качества и дополнительных потерь электрической энергии при несимметричном электропотреблении в действующих сельских распределительных электрических сетях напряжением 0,38 кВ // Научные исследования и разработки к внедрению в АПК. 2020. С. 330-337.

Дата поступления статьи в редакцию 26.05.2022, одобрена после рецензирования 27.06.2022;

принята к публикации 29.06.2022.

Информация об авторах: Д. Е. Дулепов - доцент кафедры «Электрификация и автоматизация», Spin-код: 8021-0016; Т. Е. Кондраненкова - старший преподаватель кафедры «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», Spin-код: 7940-4292;

А. Д. Чесноков - старший преподаватель кафедры «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», Spin-код: 4004-1316;

М. Ю. Толикина - старший преподаватель кафедры «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», Spin-код: 3604-0920.

Заявленный вклад авторов: Дулепов Д. Е. - общее руководство проектом, анализ и дополнение текста статьи.

Кондраненкова Т. Е. - формулирование основной концепции исследования, подготовка окончательного варианта статьи.

Чесноков А. Д. - сбор и обработка материалов, подготовка первоначального варианта текста. Толикина М. Ю. - подготовка литературного обзора.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

REFERENCES

1. Ivanov D. A., Naumov I. V., Podyachikh S. V. Issledovanie poter' elektricheskoj energii v seti 0,38 kV [Investigation of electrical energy losses in the 0.38 kV network], VestnikIRGSHA [Bulletin IRGSKHA], 2017, No. 81-2, pp. 70-77.

2. Kondranenkova T. E. Algoritm upravleniya fil'trosimmetriruyushchim ustrojstvom dlya raboty v sel'skih el-ektricheskih setyah [Algorithm for controlling a filter-balancing device for operation in rural electrical networks], Pri-oritetnye nauchnye napravleniya: ot teorii kpraktike [Priority scientific areas: from theory to practice], Novosibirsk, 2017, pp. 102-108.

3. Kosoukhov F. D. Energosberezhenie v nizkovol'tnyh elektricheskih setyah pri nesimmetrichnoj nagruzke [Energy saving in low-voltage electrical networks with unbalanced load], monograph, In F. D. Kosoukhov (ed.), St. Petersburg: Publishing house «Lan» 2016, 280 p.

4. Kosoukhov F. D., Gushchinsky A. G., Kolomytsev M. V. Metod raschyota poter' moshchnosti i pokazatelej nesimmetrii tokov i napryazhenij v sel'skih elektricheskih setyah 0,38 kV pri raspredelyonnoj nesimmetrich-noj nagruzke [Method for calculating power losses and indicators of asymmetry of currents and voltages in rural electrical networks 0.38 kV with a distributed asymmetric load], Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the St. Petersburg State Agrarian University], 2012, No. 26, pp. 422-428

5. Kosoukhov F. D., Gorbunov A. O., Teremetsky M. Yu. Izmerenie pokazatelej nesimmetrii napryazhenij i tokov v sel'skih setyah 0,38 kV [Measurement of voltage and current unbalance indicators in rural networks 0.38 kV], Problemy energoobespecheniya predpriyatij APK i sel'skih territorij [Problems of energy supply of agricultural enterprises and rural areas], St. Petersburg State Agrarian University. St. Petersburg, 2008, pp. 3-9.

6. Lukina G. V., Parfirova A. A., Parfenova V. S. Sposoby snizheniya nesimmetrii napryazhenij v setyah 0,4 kV [Ways to reduce voltage unbalance in 0.4 kV networks], The Scientific Heritage, 2021, No. 64-1 (64), pp. 29-32.

ХЖХЖХХ ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_

7. Naumov I. V., Yamschikova I. V. Effektivnost' primeneniya simmetriruyushchih ustrojstv dlya povyshe-niya kachestva i snizheniya poter' elektricheskoj energii v sel'skih setyah 0,38 kV [The effectiveness of the use of balancing devices to improve the quality and reduce losses of electrical energy in rural networks 0.38 kV], Vestnik Altajskogo gosu-darstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Altai State Agrarian University], 2015, No. 11 (133), pp.113-117.

8. Naumov I. V., Podyachikh S. V., Ivanov D. A. Issledovanie nesimmetrii napryazhenij i dopolnitel'nyh poter' moshchnosti v lep, pitayushchej kommunal'no-bytovuyu nagruzku [Study of voltage asymmetry and additional power losses in power lines supplying household loads], Klimat, ekologiya, sel'skoe hozyajstvo Evrazii [Climate, ecology, agriculture of Eurasia], 2013, pp. 314-320.

9. Novikov N. S. Udalyonnoe upravlenie set'yu 220 vol't s pomoshch'yu mikrokontrollera arduino mega [Remote control of a 220 volt network using an arduino mega microcontroller], Dostizheniya vuzovskoj nauki [Achievements of University Science], 2020, Penza, 2020, pp. 72-78.

10. Omelchenko E. Ya., Tanich V. O., Maklakov A. S., Karyakika E. A. Kratkij obzor i perspektivy primeneniya mikroprocessornoj platformy Arduino [A brief review and prospects for the use of the Arduino microprocessor platform], Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical systems and complexes], No. 21, 2013, pp. 28-32.

11. Osokin V. L., Sbitnev E. A. Issledovanie otklonenij napryazheniya v tochkah razdela elektricheskoj seti sel'skohozyaj stvennogo predpriyatiya [Study of voltage deviations at the points of separation of the electrical network of an agricultural enterprise], Agrarnyj vestnik Verhnevolzh'ya [Agrarian Bulletin of the Upper Volga], 2019, No. 1 (26), pp. 85-90

12. Dulepov D. E., Kondranenkova T. E. Patent No. 179611 U1 Russian Federation IPC H02J 3/00 (2006.01). Simmetriruyushchee ustrojstvo dlya trekhfaznoj seti s nejtral'nym provodom [Balancing device for a three-phase network with a neutral wire], No. 2017138146; dec. 01.11.2017.publ. 05/21/2018.

13. Naumov I. V., Ivanov D. A., Podyachikh S. V., Gantulga D. Patent for invention RU 2490768 C2. Simmetriruyushchee ustrojstvo dlya trekhfaznyh setej s nulevym provodom [Balancing device for three-phase networks with a neutral wire], No. 2010144245/07 dated 10.28.2010.

14. Pleskonos L. V., Kostyukov P. V., Gurin I. V. Analiz tekhnicheskih sredstv dlya normalizacii nesimmetrii napryazhenij v elektricheskih setyah [Analysis of technical means for normalization of voltage asymmetry in electrical networks], Perspektivnoe razvitie nauki, tekhniki i tekhnologij [Perspective development of science, technology and technology], 2016, pp. 104-108.

15. Samarin G. N., Sukiasyan S. M., Egorov M. Yu. Problema nesimmetrii napryazhenij v sel'skih setyah i ee reshenie posredstvom razrabotki ustrojstva simmetrirovaniya napryazhenij [The problem of voltage unbalance in rural networks and its solution through the development of a voltage balancing device], Izvestiya Velikolukskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii [Izvestiya Velikie Luki State Agricultural Academy], 2013, No. 3, pp. 42-46.

16. Sukyasov S. V., Naumov I. V. Klassifikaciya sposobov i sredstv dlya uluchsheniya kachestva elektricheskoj energii [Classification of methods and means for improving the quality of electrical energy], Materialy re-gional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii IrGSKHA [Proceedings of the regional scientific-practical conference of the IrGSHA], Part 2, Irkutsk, 2001, pp. 81-83.

17. Sukyasov S. V. Analiz pokazatelej kachestva elektricheskoj energii v seti 0.4 kV s kommunal'no-bytovoj nagruzkoj [Analysis of indicators of the quality of electrical energy in a 0.4 kV network with a domestic load], Nauch-nye issledovaniya studentov v reshenii aktual'nyh problem APK [Scientific research of students in solving urgent problems of the agro-industrial complex], 2019, pp. 3-10.

18. Sukyasov S. V., Rudykh A. V. Sposoby i tekhnicheskie sredstva normalizacii pokazatelej kachestva el-ektricheskoj energii dlya povysheniya ustojchivosti funkcionirovaniya elektrooborudovaniya [Methods and technical means of normalizing indicators of the quality of electrical energy to improve the stability of the functioning of electrical equipment], Aktual'nye problemy energetiki APK [Actual problems of the energy sector of the agro-industrial complex], 2017, pp. 225-229.

19. Sukyasov S. V. Primenenie tekhnicheskih sredstv simmetrirovaniya nagruzok v sel'skih raspredelitel'nyh setyah 0,38 kV dlya povysheniya kachestva i snizheniya poter' elektricheskoj energii [Application of technical means

XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ

for balancing loads in rural distribution networks of 0.38 kV to improve the quality and reduce losses of electrical energy. Ph. D. (Engineering) diss.], Irkutsk: 2004, 211 p.

20. Yakupova M. A., Fedorinova E. S., Naumov I. V. Issledovanie kachestva i dopolnitel'nyh poter' elektrich-eskoj energii pri nesimmetrichnom elektropotreblenii v dejstvuyushchih sel'skih raspredelitel'nyh elektricheskih setyah napryazheniem 0,38 kV [Investigation of the quality and additional losses of electrical energy with asymmetric power consumption in existing rural distribution electrical networks with a voltage of 0.38 kV], Nauchnye issledovaniya i razrabotki к vnedreniyu v APK [Scientific research and development for implementation in the agro-industrial complex], 2020, pp. 330-337.

The article was submitted 26.05.2022; approved after reviewing 27.06.2022; accepted for publication 29.06.2022.

Information about the authors: D. E. Dulepov - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Department of «Electrification and Automation», Spin-code: 8021-0016;

T. E. Kondranenkova - Senior Lecturer, Department of «Information and Communication Technologies and Communication Systems», Spin-code: 7940-4292;

A. D. Chesnokov -Senior Lecturer at the department of «Infocommunication Technologies and Communication Systems», Spin-code: 4004-13164;

M. Y. Tolikina - Senior Lecturer at the department of «Infocommunication Technologies and Communication Systems», Spin-code: 3604-0920.

Contribution of the authors: Dulepov D. E. - managed the research project, analyzing and supplementing the text.

Kondranenkova T. E. - formulation of the main concept of the study, preparation of the final version of the article. Chesnokov A. D. - collection and processing of materials, preparation of the initial version of the text. Tolikina M. Y. - preparation of a literary review.

The authors declare no conflicts of interests.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.