CC BY
29
УДК 621.31 hltps://doi.org/10.18503/2311-8318-2020-2(47)-19-25
Нигаматуллин p.M.. Газизова О.В.. Малафеев A.B.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
Исследование влияния регулирующего эффекта нагрузки на уровень напряжения
питающей подстанции с учётом мощности короткого замыкания энергосистемы
Под регулирующим эффектом нагрузки понимают изменение активной и реактивной мощностей электрической нагрузки вследствие изменения параметров энергосистемы, напряжения и частоты сети, препятствующее данному возмущению. При проведении практических расчетов регулирующим эффектом нагрузки часто пренебрегают. При значительной удаленности нагрузки от энергосистемы и электрически разветвленной сети статические характеристики нагрузки могут оказывать существенное влияние на параметры режима. В данной статье предлагается оценить влияние регулирующего эффекта нагрузки на уровень напряжения сета с учётом значения мощности короткого замыкания. При исследовании смоделирована электрическая сеть исследуемого промышленного объекта в специализированном программном комплексе «KATPAI I» и определен регулирующий эффект рассматриваемой нагрузки. Составлен алгоритм определения влияния величины мощности короткого замыкания энергосистемы на напряжение на шинах питающей подстанции. Определены показатели статической устойчивости элек-троприёмников с учетом регулирующего эффекта нагрузки. В работе показано, что увеличение сопротивления связи с энергосистемой снижает ток мощность короткого замыкания энергосистемы, что приводит к большему влиянию регулирующего эффекта нагрузки на уровень питающего напряжения. В случае электрически удаленных от источников питания разветвленных сетей это приводит к необходимости подробного учета регулирующего эффекта нагрузки. Также увеличение отдаленности электрической нагрузки от энергосистемы влияет на показатели устойчивости электрических машин. В работе подсчитан регулирующий эффект в различных узлах нагрузки объекта, исследовано влияние частотного регулирования основных электроприводов насосной станции на регулирующий эффект нагрузки и определено влияние регулирующего эффекта нагрузки на уровень питающего напряжения.
Ключевые слова: регулирующий эффект нагрузки, напряжение, мощность короткого замыкания, ток короткого замыкания, энергосистема, кабель, сопротивление, сеть, нагрузка, статическая устойчивость, электроприёмник.
Введение
Актуальность настоящей работы связана с повышением требований к качеству электроэнергии. При большой удаленности электрической нагрузки в промышленности от питающей сети регулирующий эффект мощных электроприёмников, таких как синхронные двигатели, может оказывать большое влияние на уровень напряжения сети. Поэтому оценка подобной зависимости является важной задачей в электроэнергетике на данный момент. Использование источников распределенной генерации также не исключает автономной работы нагрузки с энергосистемой. В этом режиме учет регулирующего эффекта нагрузки также становится актуальным.
Влияние потребляемой активной и реактивной мощностей в энергосистеме на уровень напряжения сети выражается регулирующим эффектом нагрузки по напряжению. Под регулирующим эффектом нагрузки подразумевается изменение активной и реактивной мощностей электрической нагрузки вследствие изменения параметров энергосистемы, напряжения и частоты сети, препятствующее данному возмущению. Степень этого влияния может быть разной, в зависимости от величины самой нагрузки и сопротивления электрической связи между нагрузкой и энергосистемой. Регулирующий эффект нагрузки численно выражается коэффициентами, которые представляют собой частные производные первого порядка. Величина, обратно пропорциональная коэффициенту регулирующего эффекта нагрузки, называется коэффициентом статизма нагрузки. На практике коэффициенты регулирующего эффекта нагрузки могут считаться по упрощённой ме-
© Нигаматуллин P.M., Газизова О.В.. Малафеев a.B.. 2020
тодике как отношение разности мощностей на каком-либо промежутке статической характеристики нагрузки к разности напряжения или частоты сети на этом же промежутке.
Вопросы построения статических характеристик нагрузки и расчёт установившегося режима синхронных машин были рассмотрены в статье |1|. То же. но для асинхронных машин, рассмотрено в статье [2]. Разработке математической модели электроприёмников посвящена статья [3]. Статические характеристики нагрузок промышленных потребителей рассмотрены в статьях [4-8]. Регулирующий эффект нагрузки рассмотрен в статьях [7, 8. 10. 11]. К зарубежным работам по этой и смежным темам относятся труды [14-17]. Анализ работ показал, что большая часть трудов посвящена вопросам исследования регулирующего эффекта таких электроприемников, как синхронные и асинхронные двигатели [18-20]. В меньшей степени охвачены вопросы регулирующего эффекта специфических промышленных потребителей, например, таких как двигатели, получающих питание от частотных преобразователей. Такое исследование является необходимым в силу повсеместного перехода от прямого подключения в сеть приводов переменного тока к питанию через частотные преобразователи, а также пу ск от них.
Кроме того, в имеющейся литерату ре недостаточно проработаны вопросы влияния параметров распределительной сети, таких как трансформаторы, воздушные и табельные линии, на величину регу лирующего эффекта. Особенно это важно при определении регулирующего эффекта комплексной нагрузки, поскольку распределительная сеть оказывает влияние на величин}- подводимого напряжения к каждом) из электроприемников.
То есть напряжение на источнике питания изменяется в заданной пропорции, тогда как напряжение, подводимое при этом к каждому из электроприемников распределенной сети может изменяться отличным образом в соответствии с характеристиками распределительной сети. Если данная сеть очень распределенная (в крупных сетях сети 10 кВ могут достигать десятки километров), то еще наложится регулирующий эффект естественной емкости кабельных линий.
Основной задачей настоящей работы является исследование зависимости напряжения сети от трёх параметров энергосистемы: мощности к.з., регулирующего эффекта нагрузки и величины самой нагрузки.
Исследование регулирующего эффекта нагрузки
промышленного объекта
В качестве исследуемого промышленного объекта научной работы была выбрана насосная станция цеха водоснабжения, где главными электроприёмникам и являются двигатели напряжением по 10 кВ различных типов. Это шесть синхронных двигателей марки СДВ-1600. три синхронных двигателя СДН-1250 и два асинхронных двигателя АОД-бЗО. Потребляемая ими мощность составляет 97% от суммарной расчётной активной мощности нагрузки. Кроме того, имеется низковольтная нагрузка, преимущественно состоящая из асинхронных двигателей с вентиляторным моментом сопротивления на валу. Суммарная установленная мощность обьекта составляет 14.6 МВт. Питание станции идёт от трёх секций по 10 кВ. нагрузка по которым распределена примерно поровну.
В специализированном программном комплексе «КАТРАН» [21. 22] электрическая сеть данной станции была смоделирована и был определен её регулирующий эффект на примере 1 секции 10 кВ. В указанном программном комплексе используются метод последовательного эквивалентирования параметров режима для расчета установившихся режимов электрических сетей и метод последовательного утяжеления для определения статической устойчивости генераторов. Метод последовательного утяжеления режима состоит в последовательном изменении параметров исследуемой сети с заданным шагом. На каждом новом шаге считается установившийся режим, пока не будет обеспечена возможность расчёта. Единый алгоритм оценки статической устойчивости и расчёт установившихся режимов энергосистем расмотрены в статье [11].
Согласно расчетам, произведенным в «КАТРАН», суммарная активная расчётная нагрузка станции составляет 10.84 МВт в нормальном режиме работы.
С помощью данного программного комплекса были определены регулирующий коэффициент нагрузки и коэффициент статизма 1 секции 10 кВ с учётом и без учёта питающего кабеля, чтобы оценить влияние последнего на регулирующий эффект нагрузки. Результаты расчетов сведены в табл. 1. Очевидно, что учет протяженного кабеля существенно изменяет регулирующий эффект нагру зки.
Такие же расчеты были проведены для 1 секции 0.4 кВ с учётом и без учёта питающего силового трансформатора. Результаты расчетов сведены в табл. 2. Учет трансформатора оказывает меньшее влияние на параметры режима.
Таблица 1
Коэффициенты 1 секции Ю кВ с учётом и без учёта кабеля
Параметры расчёта 1 секция 10 кВ без кабеля 1 секция 10 кВ с кабелем
ДД/Д/. 3 3
да/дд 1,25 1
лд/да 0,01 0
да /ли. 10 10
дд/дд 0,33 0,33
4/,/да 0,8 1
да/дд 100 00
АН /да 0,1 0,1
Таблица 2 Коэффициенты 1 секции 0,4 кВ с учётом н без учёта трансформатора
Параметры расчёта 1 секция 0,4 кВ без трансформатора 1 секция 10 кВ с трансформатором
ДД/ДД 3 3
А О./ДД 1,75 2
дд/да 0,015 0,015
АО./Аи. 2,5 2
АГ./АР. 0,33 0,33
А/./АО. 0,57 0,5
АО,/АЛ 66,66 66,66
дс/,/да 0,4 0,5
Таким образом, наличие питающего кабеля и силового трансформатора ведёт к изменению коэффициентов регулирующего эффекта нагрузки. Они, в общем случае, снижаются. Поэтому при опредении статических характеристик нагрузки необходимо учитывать характер распределительной сети.
Как отмечалось выше, одной из современных тенденций электроэнергетики является переход к использованию частотных преобразователей. С целью влияния этих изменений на регулирующий эффект нагрузки было осуществлено моделирование в программе «КАТРАН» частотного регулирования двигательной нагрузки 1 секции 10 кВ и сравнение коэффициентов регулирующего эффекта нагрузки до и после внедрения частотных преобразователей. Результаты данного вычислительного эксперимента приведены в табл. 3.
Таблица 3
Коэффициенты 1 секции 10 кВ до и после внедрения частотных преобразователей
Параметры расчёта До внедрения После внедрения
ДД/ДД 3 0,175
да/д/. 1,125 0,075
ДД/Д1Л 0,01 0,01
А а/дел 10 0,055
ДД/ДД 0,33 5,71
дд/да 0,88 13,33
Д/7./ДД 100 100
да/да 0,1 18,18
Как видно, частотное регулирование электроприводов секции ведёт к снижению их регулирующего эффекта практически до нуля. Это может объясняться тем, что незначительные колебания напряжения или частоты сети практически не влияют на выходные значения частотного преобразователя. от которого могут питаться электродвигатели. Если оценивать данные результаты с точки зрения влияния на параметры режима, то можно однозначно отметить уменьшение положительного регулирующего эффекта нагрузки. В частности, у асинхронных двигателей с коэффициентом загрузки до 0,6 и вентиляторным сопротивлением на валу регулирующий эффект по напряжению положительный. Поэтому при снижении напряжения в точках питания двигателя он естественным путем снижает потребление активной и реактивной мощности и напряжение несколько восстанавливается. Этого не будет при питании двигателей через частотные преобразователи. Кроме того, при раздельной работе регулирующий эффект по частоте также снизится. При высокой загрузке двигателя по активной мощности его регу лирующий эффект реактивной мощности по напряжению может быть отрицательным. Тогда установка преобразователей будет оказывать положительное влияние на у ровень напряжения в сети.
Следующим этапом данной работы было исследование влияния регулирующего эффекта нагрузки на уровень напряжения сети при раздельной работе с энергосистемой. Данный режим был взят в силу того, что регулирующий эффект при его реализации оказывает максимальное влияние на уровень напряжения на шинах питающего распределительного устройства (в нашем случае это было распределительное устройство 10 кВ). В качестве источника питания был взят синхронный генератор мощностью 25 МВт. Результаты расчета сведены в габл. 4.
Как видим, если не учитывать регулирущий эф-<])ект нагрузки, то уровень напряжения сети будет отличаться от номинального значения на большую величину. Это связано с тем. что исследуемый узел оказался избыточным и без учета регулирующего эффекта нагрузки напряжения существенно повышались в силу неизменного характера нагрузки. С учетом регулирующего эффекта при повышении напряжения нагрузка также возрастала и напряжение естественным образом снижаюсь.
Таблица 4
Напряжения на секциях с учётом и без учёта регулирующего эффекта нагрузки
Секция V, кВ (с учётом РЭН) и, кВ (без учёта РЭН)
1 секция 10 кВ 11,97 12.23
2 секция 10 кВ 11,97 12.23
3 секция 10 кВ 11,97 12.23
1 секция 0.4 кВ 0.474 0,484
2 секция 0.4 кВ 0.474 0.484
Исследование влияния регулирующего 'эффекта
нагрузки на напряжение сети с учётом мощности
короткого замыкания питающей энергосистемы
Следующим этапом исследования было исследование влияния регулирующего эффекта нагрузки на уровень напряжения на шинах цеховой подстанции с учетом мощности короткого замыкания от энергосистемы. Такая постановка задачи объясняется тем. что с целью упрощения расчетов часто при параллельной работе с энергосистемой учетом регулирующего эффекта пренебрегают или учитывают упрощенно. Интерес представляет определение стапени разветвленности электрической сети с учетом мощности короткого замыкания энергосистемы, когда регулирующим эффектом нагрузки по напряжению пренебрегать не желательно. Алгоритм для решения поставленной задачи приведён на рисунке. Он включает в себя совокупность расчётов установившихся режимов исследуемой сети и определение уровня напряжения на 1 секции 10 кВ насосной станции при различной электрической удаленности нагрузки от энергосистемы с учётом статических характеристик электродвигателей. Расчет каждого установившегося режима ведется в три итерации. Изменение мощности короткого замыкания осуществлялось пу тем изменения длины питающего кабеля и. как следствие, сопротивления электрической связи с шагом 0.3 км. Составим таблицу изменения напряжения на шинах 10 кВ. Увеличение длины питающего кабеля приводит к увеличению его общего сопротивления, то есть сопротивления электрической связи между энергосистемой и исследуемой нагрузкой, что приводит к уменьшению тока короткого замыкания и. как следствие. мощности КЗ. Уменьшение 5КЗ приводит к большему влиянию регулирующего эффекта нагрузки на уровень напряжения на шинах 10 кВ. Результаты расчетов сведены в табл. 5.
Очевидно, что учет регулирующего эффекта нагрузки (РЭН) в этом случае влияния не оказал. Однако при большей электрической удаленности потребителей от источника питания этот эффект будет заметнее. Таким образом, уровень питающего напряжения является функцией от трёх параметров: величины нагрузки, регулирующего эффекта и сопротивления электрической связи с энергосистемой.
Заключительным этапом исследования была оценка показателей статической устойчивости синхронных двигателей при различной мощности короткого замыкания энергосистемы с учетом регулирующего эффекта нагрузки. При этом оценивались коэффициенты запаса статической устойчивости по напряжению к.,л; и активной мощности к%Р. Результаты расчетов с учетом регулирующего эффекта нагрузки сведены в табл. 6, без учета статических характеристик нагрузки - в табл. 7. Как видим, показатели устойчивости во втором случае незначительно выше. Это объясняется тем, что напряжение, а следовательно, и эректромагнитная максимальная мощность с учетом регу лирующего эффекта нагрузки будут незначительно ниже. В целом учет данного фактора не является существенным.
Алгоритм анализа влияния регулирующего эффекта нагрузки на параметре режима с учетом мощности КЗ питающей сети
Таблица 5
Напряжение иа шинах 10 кВ с учётом и без учёта регулирующего эффекта нагрузки в зависимости от длины кабеля
SK„ MBA f/.кВ U, кВ (без учёта РЭН)
152.4 10 10,02
143,69 9.95 9,97
132,06 9.64 9,68
120,07 9.46 9,64
108.99 9.67 9,69
99 9,72 9,74
90.28 9.77 9,78
Таблица 6
Показатели статической устойчивости СД при учете РЭН
SKз, MBA Ки Кр
152.4 0,645 0.409
143,69 0.642 0.398
132.06 0,622 0.321
120.07 0.620 0.317
108,99 0.625 0.332
99 0.629 0.347
90,28 0.633 0,362
Таблица 7 Показатели статической устойчивости СД без учёта РЭН
Ski, MBA Ки Кр
152.4 0,657 0.457
143.69 0.654 0.443
132.06 0.633 0.364
120.07 0,631 0.354
108.99 0,634 0.367
99 0,638 0.381
90.28 0,641 0,394
Заключение
В ходе работы сделаны следующие выводы:
1) увеличение удаленности электрической нагрузки в промышленности от питающей сети и. как следствие. снижение мощности короткого замыкания приводит к большему влиянию регулирующего эффекта элсктроприёмников на напряжение ближайшей шины, от которой они питаются:
2) при снижении мощности короткого замыкания энергосистемы статическая устойчивость электрических машин снижается;
3) наличие разветвленной распределительной сети в виде трансформаторов, преобразователей и кабелей может существенно изменять регулирующий эффект нагрузки;
4) частотное регу лирование двигательной нагрузки сводит её регулирующий эффект практически к нулю;
5) целесообразность учета регулирующего эффекта нагрузки увеличивается по мере снижения мощности короткого замыкания в условиях протяженной распределительной сети.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Статические характеристики и методы расчета установившихся режимов работы синхронных двигателей / А.Н. Филатов, Е.Ю. Сизганова, В.И. Пантелеев, P.A. Петухов, Г. А. Пилюгин // Журнал Сибирского федерального университета. 2015. С. 795-801.
2. Статические предельные характеристики асинхронною электропривода при частотном векторном управлении / И.Г. Однокопылов, Ю.Н. Дементьев, Ю.В. Крохта, Ари Абдулла р. Рахим, Л.С. Удут // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2018. Т. 18, №4. С. 109-120.
3. Буланова О.В., Шорохов Д.В., Мшшфеев A.B. Разработка моделей электрических нагрузок для расчёта установившихся режимов систем электроснабжения (тезисы) И Энергетики и металлурги настоящему и будущему России: тез. докл. 3-й Всерос. науч.-техн. коиф. агнитогорск: МТУ, 2002. С.8.
4. Анализ факторов, влияющих на статические характери-
стики по частоте и напряжению потребителей металлургического производства / В.А. Игуменщев, A.B. Малафеев, О.В. Буланова, И.А. Гусева, Г.Н. Васичкии // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск, ГОУ ВПО «МГГУ», 2006. Вьш. №12. С. 138-145.
5. Расчет статических характеристик по частоте и напряжению потребителей металлургического производства /
B.А. Игуменщев, A.B. Матафеев, О.В. Буланова, И.А. Гусева, Г.Н. Васичкии // Материаты 64-й науч.-техн. копф. по итогам научно-исследо-вательских работ за 2004-2005 гг.: сб. докл. Т. 2. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГГУ», 2006. С. 101-103.
6. Исследование статических характеристик потребителей металлургического производства / A.B. Малафеев, О.В. Буланова, С.А. Ефимов, Ю.Ю. Зайцева // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 14. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГГУ», 2007. С. 169-172.
7. Влияние регулирующего эффекта нагрузки промышленного предприятия на параметры установившегося режима / A.B. Матафеев, О.В. Буланова, С.А. Ефимов, Ю.Ю. Зайцева // Материалы 65-й науч.-техн. конф. но итогам научно-исследовательских работ за 2006-2007 гг.: Сб. докл. Т.2. Магнитогорск ГОУ ВПО «МГТУ», 2007.
C. 32-34.
8. Статические характеристики комплексной нагрузки металлургических предприятий / В.А. Игуменщев, A.B. Матафеев, О.В. Буланова, М.Н. Степанова // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Вьш. 15. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГГУ», 2008. С. 225-228.
9. Определение регулирующего эффекта двигателей постоянного тока, питающихся от нерегулируемых выпрямителей, при планировании режимов / О.В. Буланова, В.М. Тарасов, М.А. Извольский, A.B. Матафеев // Научно-исследовательские проблемы в област и энергетики и энергосбережения: сб. гр. Всцхххийск. конф. с элементами науч. шк. для молодежи. Уфа: УГАТУ, 2010. С. 107-109.
10. Определение регулирующего эффекта двигателей переменного тока с автономными инверторами / A.B. Малафеев, О.В. Буланова, Ю.Н Ротанова, В.М. Тарасов, М.А. Извольский, Ю.В. Ионова // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование. Т.2: сб. тр. Десятой междунар. науч.-пракг. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010. С. 154-155.
11. Готман В. И. Единый атгоритм оценки статической устойчивости и расчет установившихся режимов энергосистем // Известия Томского политехнического университета. 2007. Т. 2011.311. №4. С. 134-138.
12. Тарасов В.М., Буланова О.В., Матафеев A.B. Исследование регулирующего эффекта двигателей постоянного тока, питающихся от тиристорных выпрямителей (тезис)
Information in English
// Тинчуринские чтения: материалы докл. 6 Междунар. молодежной науч. конф. Т.1. Казань: Казан, гос. энерг. ун-т, 2011.С. 135-136.
13. Оценка регулирующего эффекта выпрямительной нагрузки дтя определения параметров установившихся режимов систем электроснабжения промышленных предприятий / НА. Николаев, А.В. Матафеев, О.В. Буланова, Ю.Н. Кондрашова, В.М. Тарасов // Изв. вузов Электромеханика. 2011. №4. С. 115-118.
14. Т. Xu H.-Z. Kang Z.-C. Zhang Y.-II. Liu. Influence of voltage regulating and control mode for power type load on voltage stability of load side // Dianli Xitong Baohu yu Kongzhi/Power System Protection and Control. 37(22): 9-12+16 • November 2009.
15. Madis Teinakse Hendrik Kiristaja Jako Kilter. Identification of Intra-Day Variations of Static Load Characteristics Based on Measurements in High-Voltage Transmission Network. // 2018 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT-Europe), At Sarajevo, Bosnia and Herzegovina. 10.1109flSGTEurope2018.8571712.
16. Alexander Tavlintsev A.V. Pazderin Anton Suvorov Pavel Chusovitin. Experimental Investigation of Static Load Characteristics // Advanced Materials Research(Volumes 960-961). June 2014. Thennal, Power mid Electrical Engineering Ш. P. 969-973.
17. Lidija Konmovie D. P. Stojanovic. The effects of nonnaliza-tion of static load characteristics // 2009 IEEE Bucharest PowerTech. 28 June-2 July 2009.
18. Определение статических характеристик мощности нагрузок узлов сети на основе активного эксперимента / В.Ф. Кравченко, В.И. Нагай, И.Ф. Бураков, Б.П. Золоев // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2015. №1. Энергетика. С. 54-59.
19. Методика идентификации статических характеристик нагрузки по результатам активного эксперимента / Ю.В. Хрущев, А.В. Панкратов, Н.Л. Бацева, В.И. Полищук, А.С. Тавлинцев // Известия Томского политехнического университета. Техника и технология в энергетике. 2014. Т. 325. №4. С. 164-175.
20. Влияние отклонения параметров асинхронной машины на её статические характеристики при вентиляторной нагрузке/ В.З. Ковалёв, А.Г. Щербаков, О.А. Пегухова, А.А. Зяб-кин // Омский научный вестник. 2017. №5. С. 116-125.
21. Газизова О.В., Кондрашова ЮН, Малафеев А.В. Повышение эффективности управления режимами электростанций промышленного энергоузла за счет прогнозирования статической и динамической устойчивости при изменении конфигурации сети / // Электротехнические системы и комплексы. 2016. №3(32). С. 27-38.
22. Газизова О.В., Соколов А.П., Матафеев А.В. К вопросу учета насыщения в математической модели промышленного генератора дтя расчета переходных режимов в системе электроснабжения сложной конфигурации // Электротехнические системы и комплексы. 2018. №1(38). С. 40-47.
Поступила в редакцию 03 апреля 2020 г.
Study of the Influence of Regulating Load Effect on the Voltage of the Supply Substation Taking into Account the Power of the Short-Circuit of the Energy System
Ruslan M. Nigamatullin
An undergraduate student. Department of Electric Power Supply of Industrial Enterprises. Power Engineering and Automated Systems Institute, Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk. Russia. ORC1D: https://orcid.org/0000-0003-3236-9358
3J1EKTPO- 11 TEILIOHIEPIETHKA
Olga V. Gazizova
Ph.D. (Engineering). Associate Professor. Department of Electric Power Supply of Industrial Enterprises. Power Engineering and Automated Systems Institute. Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk. Russia. E-mail: [email protected]. ORCID: https://orcid.org/0000-0001-9416-672X
Aleksey V. Malafeev
Ph.D. (Engineering). Associate Professor. Department of Electric Power Supply of Industrial Enterprises. Power Engineering and Automated Systems Institute. Nosov Magnitogorsk State Technical University, Magnitogorsk, Russia. E-mail: [email protected]. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1471-9764
Under the regulators effect of the load we understand the change in the active and reactive capacities of the electric load due to changes in the parameters of the power system, voltage and frequency of the network preventing this disturbance. In practical calculations, the regulatory effect of the load is often neglected. With a significant distance of the load from the power system and the electrically branched network, the static characteristics of the load can have a significant impact on the parameters of the mode. This article proposes to evaluate the influence of the regulatory effect of the load on the voltage level of the network taking into account the value of short-circuit power. In the study, the electric network of the industrial object under study was modeled in the specialized KATRAN software complex and the regulatory effect of the load in question was determined. An algorithm for determining the effect of the power short-circuit power of the power system on the voltage on the buses of the power substation has been compiled, lite parameters of the static stability of power consumers are determined taking into account the regulatory effect of the load. Hie work shows that an increase in the resistance of communication with the power system reduces the current power of the short circuit of the power system, which leads to a greater influence of the regulatory effect of the load on the level of the supply voltage. In the case of branched networks electrically remote from power supplies, this leads to the need for a detailed consideration of the regulatory effect of the load. Also, increasing the distance of the electrical load from the power system affects the stability indicators of electrical machines. In the work, the regulatory effect in various load nodes of the object was calculated, the influence of the frequency regulation of the main electric drives of the pumping station 011 the regulatory effect of the load was studied and the influence of the regulatory effect of the load on the level of the supply voltage was determined.
Keywords: load regulating effect, voltage, short circuit power, short-circuit current, power system, cable, resistance, network, load, static stability, power receiver.
References
1. Filatov A. N., Syzganova E. Yu., Panteleev V. I., Petuhov R. A., Pilyugin, G. A. Static characteristics and methods of calculation steady-state modes of synchronous motors. Zhunial Sibirskogo federalnogo miversiteta |Jounial of Siberian Federal University], 2015, pp. 795-801. (In Russian)
2. Odnokopvlov Ivan G., Dementiev Yuri, Krochta Yuri, Ari, Abdullah R. RA-chem, Udut Leonid Stepanovich. Static limiting characteristics of the asynchronous electric drive with frequency vector control // Vestnik YuUrGU. Seriya "Ener-getika" [Herald of SUSU. "Energy"Series], 2018. Vol. 18, no. 4, pp. 109-120. (In Russian)
3. Bulanova O.V., Shorokhov, D. V., Malafeev A.V. Modelling of electric loads for calculation of the established modes of power supply systems (abstract). Energetiki i metallurgi nas-toyashchemu i budushchemu Rossii: Tez.dokl. 3-y I'seros. nauch.-tekhn. Konf. [Energy and metallurgy present and future of Russia: abstracts of reports of 3rd all-Russian scien-tific.-tech. Conf], Magnitogorsk: MGTU, 2002. P. 8. (In Russian)
4. Igumenvshchev V.A., Malafeev A.V., Bulanova O.V., Guseva I.A., Vasichkin G.N. Analysis of factors affecting
static conductive characteristics of frequency-voltage consumers of metallurgical production (article) / El-ektotekhnicheskie sistemy i kompleksy: MezJmtz. Sb. Nauch. Tr. [Electrical systems and complexes: Interuniversity collection of scientific papers], Magnitogorsk. GOU VPO "MGTU", 2006. Vol. No. 12. P. 138-145. (In Russian)
5. Igumenshchev V.A., Malafeev A.V., Bulanova O.V., Guseva I.A., Vasichkin G.N. Calculation of static characteristics of frequency-voltage consumers of metallurgical production (article) Materialy 64-y nauch.-tekhn. Konf. Po ito-gam nauchno-issledovatelskikh robot za 2004-2005 gg.: Sb. Dokl. T.2 [Materials of the 64th scientific.-tech. Conf. according to the results of scientific research in 2004-2005: Collection of scientific reports. Vol. 2]. Magnitogorsk: GOU VPO "MGTU", 2006. P. 101-103. (In Russian)
6. Malafeev A.V., Bulanova O.V., Efimov S.A., Zaytseva Y.Y. Study of the static characteristics of consumers of metallurgical production (article), Elektotekhnicheskie sistemy i kompleksy: Mezhvuz. Sb. Nauch. Tr. [Electro-technical systems and complexes: Interuniversity collection. SB. nauch. Tr.] Vol. 14. Magnitogorsk: GOU VPO "MGTU", 2007. P. 169-172. (In Russian)
7. Malafeev A.V., Bulanova O.V., Efimov S.A., Zaytseva Y.Y. the Influence of the regulating effect of loading industrial enterprises on the parameters of the installation stopped still mode (article). Material}' 64-y nauch.-tekhn. Konf. Po ito-gam nauchno-issledovatelskikh robot za 2006-2007 gg.: Sb. Dokl. T.2. [Proceedings of the 65th scientific.-tech. Conf. according to the results of scientific research for 2006-2007. Vol. 2]. Magnitogorsk GOU VPO "MGTU", 2007. P. 32-34. (In Russian)
8. Igumenshchev V.A., Malafeev A.V., Bulanova O.V., Ste-panova M.N. Static characteristics the comprehensive load of metallurgical enterprises (article) Elektotekhnicheskie sistemy i kompleksy: Mezhvuz. Sb. Nauch. Tr. [Electrical systems and complexes: Interuniversity collection of scientific papers]. Vol. 15. Magnitogorsk: GOU VPO MGTU, 2008. P. 225-228. (In Russian)
9. Bulanova O.V., Tarasov V. M., Izvolsky M. A„ Malafeev A.V. Determination of the regulatory effect of DC motors supplied from uncontrolled rectifiers in planned regimes (article). Nauchno-issledovatelskie problemr v oblasti energetiki i energosberezheniya: Sb. Tr. Vserossiysk. Konf. s elemen-tami nauch. Shk. Dlya molodezhi [Research issues in the field of energy and energy conservation: collection of scientific papers of the All-Russian conference with workshops for the youth], Ufa: UGATU, 2010. P. 107-109. (In Russian)
10. Malafeev A.V., Bulanova O.V., Rotanova Yu. N., Tarasov V.M., Izvolsky M.A., Ionova Y. V. Determination of the regulatory effect of AC motors with auxiliary inverters (article). Vysokie tekhnologii, fundamentalnye i prikladnye issledovaniya, obrazovanie. T. 2. Sb. Tr. Desyatoi Mezhdunar. Nauch.-pmkt. Konf. «¡ssledovanie, nizrabotka i ptimenenie vysokikh tekhnologiy v promyshlennosti» [High technologies, fundamental and applied researches, education. Vol. 2: collection of scientific papers of the tenth Intern, scientific.-pract. Conf. "Research, development and application of liigh technologies in industry"]. St. Petersburgb: Publishing house of Polytechnical Institute. University press, 2010. P. 154-155. (In Russian)
11. Gotman V. I. Common algorithm of static stability estimation and calculation of the established modes of energy systems. Izvestiya Tomsliogo politeldmicheskogo universiteta [Bulletin of Tomsk Polytechnic University]. 2007. Vol. 2011. 311. No. 4. P. 134-138. (In Russian)
12. Tarasov V.M., Bulanova O.V., Malafeev A.V. Study of gov-ern-present the effect of DC motors fed from thyristor rectifiers (thesis). Tinchurinskie chteniya: Materiafy dokl. 6 Mezhdunar. Molodezhnoi much. Konf. T.l - Kazan [Tinchu-rin readings: Materials of reports of 6 Intern, youth scientific. Conf. Vol. 1. Kazan: Kazan. State Power University, 2011. P. 135-136. (In Russian)
13. Nikolaev N.A., Malafeev A.V., Bulanova O.V., Kondrashov Yu.N., Tarasov V.M. Regulatory effect rectifier load to de-tennine the parameters of the established modes of power supply systems of industrial enterprises (article). Izvestiya Vuzov. Elektromekhanika (Proceedings of universities. Electrical engineering], 2011. No. 4. P. 115-118. (In Russian)
14. T. Xu, II.-Z. Kang Z.-C. Zhang Y.-H. Liu. Influence of voltage regulating mid control mode for power type of load on voltage stability of load side. // Dianli Xitong Baohu yu Kongzhi/Power System Protection and Control. 37(22):9-12+16 • November 2009.
15. Madis Leinakse Hendrik Kiristaja Jako Kilter. Identification of Intra-Dav Variations of Static Load Characteristics Based on Measurements in High-Voltage Transmission Network // 2018 IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Conference Europe (ISGT-Europe). At Sarajevo. Bosnia and Herzegovina. 10.1109/ISGTEurope.2018.8571712.
16. Alexander Tavlintsev A. V. Pazderin Anton Suvorov Pavel Chusovitin. Experimental Investigation of Static Load Characteristics. // Advanced Materials Research(Volumes 960-961). June 2014. Thermal, Power and Electrical Engineering III. P. 969-973.
Нигаматуллин P.M.. Газизова OB., Малафеев A.B. Исследование влияния регулирующего эффекта нагрузки на уровень напряжения питающей подстанции с учётом мощности короткого замыкания энергосистемы // Электротехнические системы и комплексы. 2020. №2(47). С. 19-25. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2020-2(47)-19-2 5
17. Lidija Korunovic, D. P. Stojanovic. "Hie effects of nonnali-zation of static load characteristics // 2009 IEEE Bucharest PowerTech. 28 June-2 July 2009.
18. Kravchenko V.F., Nagai V.I., Burakov I.F., Zoloev B.P. I)eter-mination of the static characteristics of the power loads of network nodes on the basis of active experiment. Izvestiya VUZov. Severo-Kavkazckiy region. Tekluiicheskie nauki. [Proceedings of Universities. Hie North Caucasus region. Technical Sciences], 2015. No. 1. Energy. P. 54-59. (In Russian)
19. Khrushchev Yu.V., Pankratov A.V., Batseva N.L., Polishchuk V.I., Tulentsev A.S. Method of identifying load static characteristics according to the results of the experiment. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Teklmilia i tekhnologiya v energetike [Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Engineering and technology in the energy sector], 2014. V. 325. No. 4. P. 164-175. (In Russian)
20. Kovalev V.Z., Shcherbakov A.G., Petukhova O.A., Zyab-kin A.A. The effect of deviation of the parameters of an asynchronous machine on its static characteristics under fan load. Omskiy nauchnyi vestnik [Omsk Scientific Bulletin]. 2017. No. 5.' pp. 116-125. (In Russian)
21. Gazizova O.V., Kondrashova YU.N., Malafevev A.V. Increase of Effective Management of Modes of Electric Power Plants Due to Forecasting of Static and Dynamic Stability at Change of Network Configuration. Elektwtekhnicheskie sis-temv i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2016, no. 3(32),' pp. 27-38. (In Russian)
22. Gazizova O.V., Sokolov A.P., Malafeyev A.V. The question context of saturation in the mathematical model industrial generator for calculation of transition mode in the power complex configuration. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2018, no. 1(38), pp. 40-47. (In Russian)
Nigamatullin R.M.. Gazizova O.V.. Malafeev A.V. Study of the Influence of Regulating Load Effect on the Voltage of the Supply Substation Taking into Accomit the Power of the Short-Circuit of the Energy1 System. Elektrotekhnicheskie sistemy i kompleksy [Electrotechnical Systems and Complexes], 2020. no. 2(47), pp. 19-25. (In Russian). https://doi.org/10.18503/2311-8318-2019-2(47)-19-25
