CC BY
20
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
УДК 621.316
© Яндульський О.С.1, Нестерко А.Б.2, Трушна Г.О.3
КООРДИНОВАНЕ РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ В РОЗПОД1ЛЬН1Й ЕЛЕКТРИЧН1Й МЕРЕЖ1 З ДЖЕРЕЛАМИ РОЗОСЕРЕДЖЕНОГО
ГЕНЕРУВАННЯ
Запропоновано nidxid до регулювання напруги в розподтьнШ електричтй мереж1 (РЕМ) з джерелами розосередженого генерування (ДРГ), що передбачае координо-ване керування рiзнотипними засобами регулювання напруги та враховуе здат-тсть ДРГ регулювати напругу у вузлi тдключення. Координована робота засобiв регулювання напруги з урахуванням змтного генерування ДРГ, згiдно запропонова-ного тдходу, дозволяе тдвищити активну потужтсть генерування ДРГ. Ключовi слова: розподтъна електрична мережа, джерело розосередженого генерування, синхронний компенсатор, РПН трансформатора, регулювання напруги.
Яндульский А.С., Нестерко А.Б., Трунина А.А. Координированное регулирование напряжения в распределительной электрической сети с источниками рассредоточенной генерации. Предложен подход к регулированию напряжения в распределительной электрической сети (РЭС) с источниками рассредоточенного генерирования (ИРГ), который предусматривает координированное управление разнотипными средствами регулирования напряжения и учитывает способность ИРГ регулировать напряжение в узле подключения. Координированная работа средств регулирования напряжения с учетом переменного генерирования ИРГ, согласно предложенному подходу, позволяет повысить активную мощность генерации ИРГ. Ключевые слова: распределительная электрическая сеть, источник рассредоточенной генерации, синхронный компенсатор, РПН трансформатора, регулирование напряжения.
O.S. Yandulskyy, A.B. Nesterko, G. O. Trunina. Coordinated voltage control in the electrical distribution network with a source of distributed generation. Distributed generation sources affect the electric network work: voltage, frequency, relaying, eta In order to not violate voltage valid values the distributed generation source should reduce its active power. The way to regulate voltage in the distribution electric network with distributed generation sources has been developed. It provides coordinated control of different types of regulation means based on the theory of sensitivity and makes it possible for distributed generation sources to regulate voltage at the connection node and can both reduce the system cost and increase the efficiency of the coordinated control of regulation means and distributed generation sources. Such an approach takes into account that the distributed generation source can regulate voltage and power factor in the connection node in the electrical distribution network. Synchronous compensator and regulated under voltage transformer are thought of as means for voltage regulation. In the case of distributed generation source operating in voltage regulation mode with synchronous compensators and regulated under voltage transformers the power losses are less than power losses in the distributed generation source operating in power factor regulation mode. This is due to the fact that distributed generation source doesn't consume reactive power in voltage control mode. So, the proposed approach makes it possible to increase output active power of the distributed generation source and decrease operational costs of means for voltage control.
1 д-р техн. наук, професор, Нацюнальний техтчний утверситет Украти «Кшвський полтехтчний т-ститут iменi 1горя Сжорського», м. Кшв, yandu kpi@ukr.net
2 канд. техн. наук, старший викладач, Нацюнальний техтчний утверситет Украти «Кшвський полтехтчний тститут iменi 1горя Сжорського», м. Кшв, watefir@gmail.com
3 асистент, Нацюнальний техтчний утверситет Украти «Кшвський полтехтчний iнститут iменi 1горя Сжорського», м. Кшв, a trunina@ukr.net
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
Keywords: electrical distribution network, source of distributed generation, synchronous
compensator, regulated under voltage transformers, voltage control.
Постановка проблеми. Функщонування джерел розосередженого генерування (ДРГ) на 0CH0Bi вщновлюваних джерел енерги у складi розподшьно! електрично! мережi (РЕМ) впливае на li роботу, зокрема на напругу [1]. Так як ДРГ переважно тдключаються 3i сторони спожива-ча, в мережi може змiнюватись величина перетокiв потужносп, що може призводити до тдви-щення рiвнiв напруги у вузлах РЕМ [2], а це, в свою чергу, веде до необхщносп зниження потужносп генерування ДРГ. При цьому регулювання напруги в РЕМ ускладнюеться змшнютю генерування ДРГ.
З метою зменшення рiвнiв напруги у вузлах мереж^ що дозволить пiдвищити потужнють генерування ДРГ, використовують засоби компенсацп реактивно! потужностi, що, у свою чергу, може призводити до збшьшенням втрат активно! потужносп в мережi та характеризуеться високою вартють обладнання. Також для регулювання напруги в РЕМ з ДРГ застосовуються системи регулювання положення РПН трансформаторiв, але змiнний характер генерування ДРГ веде до збшьшення кiлькостi перемикань положення системи РПН i тим самим призводить до зменшення !! термшу служби. ДРГ може самостшно регулювати напругу в вузлi тдключення до мережi: знижуе свою активну потужнiсть або регулюе коефiцiент потужносп, що веде за собою споживання реактивно! потужносп та може призводити до збшьшення втрат активно! потужносп в РЕМ. В той же час, поеднання роботи ДРГ та декшькох рiзнотипних засобiв регулювання напруги дозволить уникнути ряду недолтв роботи окремо взятих засобiв регулювання напруги та максимально збшьшити потужнють генерування ДРГ.
AH^i3 останшх дослiджень i публiкацiй. Питанню координованого керування рiзноти-пними засобами регулювання напруги в РЕМ за наявносп ДРГ присвячено ряд вггчизняних та зарубiжних робiт. В [3-4] пропонуеться координувати роботу ДРГ з перемиканням положення системи РПН трансформатора, що дозволяе знизити втрати активно! потужносп в мережi та дае можливють ДРГ збшьшити потужнють генерування, але лише в межах дiапазону регулювання системи РПН. Головний недолш розглянутого тдходу полягае у збшьшент частоти перемикань положення системи РПН, що, як зазначалося рашше, призводить до зменшення термшу служби РПН.
В [5] пропонуеться поеднання роботи ДРГ та БСК з регулюванням положення системи РПН, причому керування вщбуваеться на основi прогнозування змши перетоюв потужносп в електричнш мережа Такий шдхщ дозволяе зменшити втрати активно! потужносп в мережi та кiлькiсть перемикань положення системи РПН, але у той же час виршуе питання збшьшення потужносп генерування ДРГ лише в межах дiапазону регулювання системи РПН через немож-ливють БСК знижувати напругу у вузлах мережа
Як показано в [6], поеднання роботи ДРГ, системи РПН трансформатора, БСК та СТК дозволяе розширити можливосп керування нормальними режимами роботи РЕМ та виршити ряд проблем. В [7] з метою тдвищення ефективносп регулювання напруги до роботи наведених в [6] засобiв долучаються шунтуючi реактори (ШР). Зазначеш пiдходи дозволяють максимально збiльшити генерування потужносп ДРГ. Головш недолiки таких пiдходiв: висока вартiсть обладнання та потреба в розширенш комушкацшнш системi.
Для кожного вузла РЕМ можна визначити його коефщенти чутливосп по напрузi вщно-сно змши реактивно! потужносп пристро!в компенсацi! [8], i таким чином, встановити яким саме пристроем слщ регулювати напругу у конкретному вузлi мережi.
Враховуючи результати аналiзу, пропонуеться координування роботи ДРГ з роботою РПН трансформаторiв та СК виконувати на основi теорп чутливостi, що дозволить одночасно зменшити вартють системи координованого регулювання та збшьшити потужнють генерування ДРГ.
Цшь статт - розробити шдхщ до регулювання напруги в РЕМ з ДРГ, який передбачае ко-ординоване керування рiзнотипними засобами регулювання на основi теорi! чутливосп, а також враховуе здатнють ДРГ регулювати напругу у вузлi тдключення та дозволяе одночасно зменшити вартють системи координованого керування та збшьшити потужнють генерування ДРГ.
Виклад основного матерiалу. 1снуе декшька режимiв роботи ДРГ для регулювання напруги у вузлi пiдключення в РЕМ:
• З фшсованим коефщентом потужностi cos9: реактивна потужнiсть ДРГ змшюеться та-
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
ким чином, щоб при змш активно! потужностi ДРГ cosф залишався незмiнним.
• Регулювання реактивно! потужносп ДРГ: ДРГ мае можливють генерувати або споживати реактивну потужнють при зниженш активнiй потужносп ДРГ у вщповщносп до сшввщношення:
(1)
P =
1 ДРГ
де Р - активна потужнють ДРГ; S - повна потужнють ДРГ; Q - реактивна потужнють ДРГ.
• Робота з фшсованим значенням реактивно! потужносп: при змш активно! потужностi ДРГ значення його реактивно! потужносп залишаеться незмiнним.
• Зниження значення вихщно! активно! потужностi ДРГ.
В данш роботi пропонуеться пiдхiд до регулювання напруги в РЕМ з ДРГ, що передбачае координоване керування СК, РПН трансформаторiв та ДРГ. Координування роботи СК здшс-нюеться на основi значень коефщенпв чутливостi, що дозволяе визначити, яким саме СК слщ регулювати напругу у конкретному вузлi РЕМ.
На рис. 1 наведено модель типово! розподшьно! електрично! мережi 150/35/10 кВ (фрагмент Молочансько! РЕМ) в програмному забезпеченш PowerFactory, в якiй проводились досль дження. Координована система регулювання напруги складаеться з двох СК типу КСВБ-50-11 потужнютю 50 МВА, систем РПН на трьох трансформаторах та двох залучених до регулювання ДРГ.
Рис. 1 - Модель розподшьно! електрично! мережi в програмному забезпеченш PowerFactory
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
Регулятор координованого керування СК пропонусться побудувати таким чином, щоб врахувати коефщенти чутливостi змши напруги у вузлах РЕМ [9] вщносно змiни реактивно! потужностi СК (2). Таким чином, для регулювання напруги у конкретному вузлi мережi обира-еться той СК, який мае найбшьший вплив на напругу.
dU1/dQCкn = [dU, ^Скп dU2/dQCкn ... dUДPГ/dQCкn ... dUm/dQCкn] , (2)
де i - номер вузла мережц т - кiлькiсть вузлiв, що вiдслiдковуються системою координованого регулювання; п - номер СК.
Модель розробленого регулятора координовано! роботи СК наведена на рис. 2.
Рис. 2 - Модель регулятора координовано! роботи СК
Проведено дослщження координовано! роботи ДРГ з рiзнотипними засобами регулювання напруги:
1) Робота ДРГ в режимi регулювання напруги у вузлi тдключення;
2) Робота ДРГ в режимi регулювання коефщента потужносп у вузлi тдключення;
3) Робота ДРГ в режимi регулювання напруги у вузлi тдключення у поеднант з робо-тою СК та РПН трансформаторiв;
4) Робота ДРГ в режимi регулювання коефщента потужностi у вузлi тдключення у поеднант з роботою СК та РПН трансформаторiв.
Змшу активно! потужностi ДРГ в рiзних випадках показано на рис. 3.
Аналiз отриманих результатiв показав, що при регулювант напруги та коефщента по-тужностi ДРГ без додаткових засобiв вироблена електроенергiя станцi!' може знижуватись до 83^111 МВт-год ^з можливих 383 МВт-год). При поеднант роботи ДРГ з координованим ре-гулюванням СК та РПН трансформаторiв потужтсть генерування ДРГ збшьшуеться в 3 рази i становить 332^382 МВт-год.
У випадку координування роботи ДРГ, системи РПН та СК сумарна кшьюсть спрацювань систем РПН трансформаторiв становить 12^20 перемикань. У той же час напруги у вузлах ме-режi (рис. 4, а) та в вузлах тдключення ДРГ (рис. 4, б) змшюються в допустимих межах. Напруги у вузлах РЕМ змшюються в допустимих межах з короткочасними порушеннями, що по-яснюеться затримкою в системi керування засобами регулювання напруги.
Втрати активно! потужносп в мережi у порiвняннi з енерпею ДРГ наведено на рис. 5. З рис. 5 можна побачити збшьшення втрат активно! потужносп в РЕМ при регулювант СК та ДРГ. Це пояснюеться збшьшенням перетоюв реактивно! потужносп в мережу що викликано споживанням реактивно! потужносп СК та ДРГ. Але, у той же час, при регулювант реактивно! потужносп збшьшуеться потужтсть генерування ДРГ.
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2017р. Серiя: TexHÏ4HÏ науки Вип. 35
ISSN 2225-6733
CL Я
а
н
а
о
Е
8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 -2,00 -4,00
- hnn Пг -1- - Ihn г
1 Щ1 U Ч s
Р u 1_
"MJI 1 Пп п Л П П Л П „11 пПлП п Г Пп П ППп И il ПП jip—^
JÜHI_|L -г
оооооооооооооооооооооооооооооооооо
о о о о о о
ГП VO Ol M «Л 00
ооооооооооооооооооооооооооо
- ^ Г- О № О С-, M IT, 00 - Г- О № О 0\ M X - t О С^ a Ol
N м м rn м m гп Tf ^ Tf о о vo о г- г- г- м » со а о\ а Oi
Час, сек
б)
-Активна потужшсть ДРГ1
Реактивна потужшсть ДРГ 1
в)
Рис. 3 - Змша потужностi ДРГ в режимах регулювання напруги або коефщента потужносп у поeднаннi з шшими засобами регулювання напруги: а - ДРГ в режимi регулювання напруги у вузлi тдключення; б - ДРГ в режим регулювання коефщента потужностi у вузлi пiдключення; в - СК+РПН+ДРГ в режим регулювання напруги у вузлi пiдключення; г - СК+РПН+ДРГ в режим регулювання коефiцieнта потужностi у вузлi пiдключення
В1СНЖ nP^3QBCbKOro ДЕPЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УНIВЕPСИТЕТУ 2017р. Серiя: TexHÍ4HÍ науки Вип. 35
ISSN 2225-6733
Рис. 4 - Змша напруг y вyзлах мережi при роботi ДРГ та шших засобiв регулюван-ня напруги: а - у вyзлi РЕМ; б - у вyзлi пiдключення ДРГ
Рис. 5 - Втрати активно!' потужносп в РЕМ у порiвняннi з енергiею ДРГ в рiзних випадках
Серiя: TexHÏ4HÏ науки ISSN 2225-6733
Висновки
Таким чином, завдяки керуючим властивостям ДРГ, можливо послабити ïx вплив на на-пругу в РЕМ. Для цього ДРГ можуть знижувати свою активну потужтсть для регулювання напруги або коефщента потужносп у вузлi тдключення, але у такому випадку енерпя ДРГ зме-ншусться до 83^111 МВт-год i3 можливих 383 МВт-год. Очевидно, що регулювання лише ДРГ, без допомiжниx засобiв, збшьшуе потужнiсть генерування ДРГ тiльки в межах його дiапазону регулювання напруги у вузлi РЕМ. Хоча втрати потужносп в мережi при цьому сягають лише 20 МВт-год. У випадку поеднання роботи ДРГ з регулюванням СК та РПН трансформаторiв потужнiсть генерування ДРГ збiльшуеться в 3 рази (до 382 МВт-год) при змш напруги у вузлах в допустимих межах. Але при цьому втрати активноï потужносп в мережi зростають до 100 МВт-год, що викликано збшьшенням споживання реактивноï потужносп СК та ДРГ, коли останне працюе в режимi регулювання коефщента потужностi. При роботi ДРГ в режимi регулювання напруги втрати активноï потужностi на 20 МВт-год меншг
Отже, залучаючи ДРГ до системи координованого регулювання напруги можливо збшьши-ти його потужтсть генерування при утримант напруги в вузлах мережi в допустимих межах.
Список використаних джерел:
1. Вщновлюват джерела енергп в розподшьних електричних мережах / П.Д. Лежнюк [та шш.]. - Вiнниця : ВНТУ, 2014. - 204 с.
2. Кириленко О.В. Техшчш аспекти впровадження джерел розподiльноï генерацiï в електричних мережах / О.В. Кириленко, В.В. Павловський, Л.М. Лукяненко // Техтчна електроди-намiка. - 2011. - Вип. 1. - С. 46-53.
3. Kojovic L.A. Coordination of Distributed Generation and Step Voltage Regulator Operations for Improved Distribution System Voltage Regulation / L.A. Kojovic // IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, 18-22 June. - 2006. - Рр. 122-127.
4. Agalgaonkar Y.P. Distribution Voltage Control Considering the Impact of PV Generation on Tap Changers and Autonomous Regulators / Y.P. Agalgaonkar, B.C. Pal, R.A. Jabr // IEEE Transactions on Power Systems. - 2014. - Vol. 29. - Issue 1. - rp.182-192.
5. Viawan F.A. Coordinated Voltage and Reactive Power Control in the Presence of Distributed Generation / F.A. Viawan, D. Karlsson // IEEE Power Engineering Society Summer Meeting «Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century», 20-24 July. - 2008. -Рp. 231-236.
6. Nagendra Rao P.S. Radial Load Flow for Systems Having Distributed Generation and Controlled Q Sources / P.S. Nagendra Rao, R.S. Deekshit // Electric Power Components and Systems. -2005. - Vol. 33. - Issue 6. - Рp. 641-655.
7. Optimal Distribution Voltage Control and Coordination With Distributed Generation / T. Senjyu [et. al.] // IEEE Transactions on Power Delivery. - 2008. - Vol. 23. - Issue 2. - Pp. 1236-1242.
8. Яндульський О С. Визначення зон ефективного регулювання напруги джерелами розосере-джено1' генерацп з шверторним приеднанням у розподшьнш електричнш мережi [Електро-нний ресурс] / О С. Яндульський, Г.О. Трунша // Науковi пращ Вшницького нащонального техтчного утверситету. - 2014. - № 4. - Режим доступу: https://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/422/420).
9. Трунша Г.О. Зони ефективного регулювання напруги джерелами розосереджено1' генерацп з шверторним приеднанням в розподшьнш електричнш мережi / Г.О. Трунша // Техтчна електродинамша. - 2014. - № 5. - С. 54-56.
References:
1. Lezhnyuk P.D., Kovalchuk O.A., Nikitorovich O.V., ^lyk V.V. Vidnovljuvani dzherela energii' v rozpodil'nyh elektrychnyh merezhah [Renewable sources of energy in electric distribution networks]. Vinnytsia, Vinnytsia National Technical University Pubh., 2014. 204 p. (Ukr.)
2. Kirilenko O.V., Pavlovskiy V.V., Lukyanenko L.M. Tehnichni aspekty vprovadzhennja dzherel rozpodil'noi' generacii' v elektrychnyh merezhah [Technical aspects of implementation of the sources of distribution generation in electrical networks]. Tehnichna elektrodynamika - Technical electrodynamics, 2011, iss. 1, pp. 46-53. (Ukr.)
Серiя: TexHÏ4HÏ науки ISSN 2225-6733
3. Kojovic, L.A. Coordination of Distributed Generation and Step Voltage Regulator Operations for Improved Distribution System Voltage Regulation. [Abstracts of IEEE Power Engineering Society Summer Meeting], Montreal, 2006, pp. 122-127.
4. Agalgaonkar Y.P., Pal B.C., Jabr R.A. Distribution Voltage Control Considering the Impact of PV Generation on Tap Changers and Autonomous Regulators. IEEE Transactions on Power Systems, 2014, vol. 29, iss. 1, pp. 182-192.
5. Viawan, F.A., Karlsson D. Coordinated Voltage and Reactive Power Control in the Presence of Distributed Generation. [Abstracts of IEEE Power Engineering Society Summer Meeting «Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century»]. Pittsburgh, 2008, pp. 231-236.
6. Nagendra Rao P.S., Deekshit R.S. Radial Load Flow for Systems Having Distributed Generation and Controlled Q Sources. Electric Power Components and Systems, 2005, vol. 33, iss. 6, pp. 641-655.
7. Senjyu T., Miyazato Y., Yona A., Urasaki N., Funabashi T. Optimal Distribution Voltage Control and Coordination With Distributed Generation. IEEE Transactions on Power Delivery, 2008, vol. 23, iss. 2, pp. 1236-1242.
8. Yandulskyy A.S., Trunina G.O. Vyznachennja zon efektyvnogo reguljuvannja naprugy dzhere-lamy rozoseredzhenoi' generacii' z invertornym pryjednannjam u rozpodil'nij elektrychnij merezhi [Identifying areas of effective regulation voltage source inverter of distributed generation from joining in the electrical distribution network]. Naukovi praci Vinnyckogo nacional'nogo tehnich-nogo universytetu - Collected works of Vinnytsia National Technical University, 2014, no.4. Available at: https://praci.vntu.edu.ua/index.php/praci/article/view/422/420 (Accessed 20 June 2017).
9. Trunina A.A. Zony efektyvnogo reguljuvannja naprugy dzherelamy rozoseredzhenoi' generacii' z invertornym pryjednannjam v rozpodil'nij elektrychnij merezhi [Areas of effective voltage control of distributed generation sources with inverter connecting to the electrical distribution network].
Tehnichna elektrodynamika - Technical electrodynamics, 2014, no.5, pp. 54-56. (Ukr.)
Рецензент: С.О. Кудря
д-р техн. наук, проф., «КП1 îm. 1горя Сшорського»
Стаття надшшла 21.06.2017
УДК 621.317.1:621.3.015
© Зиновченко А.Н.1, Гаркуша Г.Г.2
ИЗМЕРЕНИЕ АРГУМЕНТА НАПРЯЖЕНИЯ ОБРАТНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ В МЕТОДЕ МНОГОФАЗНОГО ВЫПРЯМЛЕНИЯ
Приведен краткий анализ известных способов измерения параметров несимметрии трёхфазной системы напряжений. Наибольшей точностью обладает метод многофазного выпрямления, и в этом методе аргумент напряжения обратной последовательности можно измерить как фазовый сдвиг между напряжением второй гармоники выпрямленного линейного напряжения и напряжением второй гармоники выходного сигнала многофазного выпрямителя, питаемого от исследуемой системы напряжений. Показано, что введение корректирующего сигнала позволяет существенно повысить точность измерений.
Ключевые слова: несимметрия напряжений, напряжение прямой последовательности, напряжение обратной последовательности, аргумент напряжения обратной последовательности, преобразователь числа фаз, многофазный выпрямитель.
1 канд. техн. наук, доцент, Азовский морской институт национального университета Одесская морская академия, г. Мариуполь, zynovchenko@gmail. com
2 канд. техн. наук, профессор, Азовский морской институт национального университета Одесская морская академия, г. Мариуполь, garkushash@gmail. com
