CC BY
4ВЕСТН. САМАР. ГОС. ТЕХН. УН-ТА. СЕР. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2022. Т. 30. № 4
doi: 10.14498/tech.2022.4.10
УДК 621.3.07
УПРАВЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОМ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В ФУНКЦИИ МОЩНОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И ПОТЕРЬ В ТРАНСФОРМАТОРАХ
В.И. Котенев, А.В. Котенев, А.Д. Стулов
Самарский государственный технический университет Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
E-mail: [email protected]
Аннотация. Рассмотрена система автоматического управления коэффициентом реактивной мощности системы электроснабжения предприятия, в составе которой одна часть трансформаторных подстанций оснащена регулируемыми конденсаторными установками, а вторая — нет. Показаны ее преимущества по сравнению с системой управления коэффициентом мощности: во-первых, более низкие требования к ее погрешности; во-вторых, учет отношения реактивной энергии к активной при расчете потребителя с поставщиком за электроэнергию. Дана оценка погрешности регулирования коэффициента реактивной мощности на стороне высшего напряжения трансформаторов главной понизительной подстанции, где установлены расчетные счетчики, при стабилизации коэффициента реактивной мощности на стороне низшего напряжения этих трансформаторов. Рассмотрен синтез системы автоматического управления коэффициентом реактивной мощности, построенной в функции мощности потребителей и потерь мощности в трансформаторах, и выполнена оценка ее погрешности. Предложенная система управления предназначена для систем электроснабжения с комбинированной нагрузкой, применение которой позволит потребителю избежать штрафных коэффициентов к тарифу за активную электроэнергию, а в конечном итоге понизить потери при транспортировке электроэнергии и повысить пропускную способность электрической сети.
Ключевые слова: система управления, реактивная мощность, электроснабжение, погрешность, оценка
Введение
Совершенствование систем автоматического управления (САУ) реактивной мощностью (РМ) систем электроснабжения (СЭС) позволяет в некоторой степени понизить потери мощности и напряжения в ее элементах, а также повысить коэффициент полезного действия питающих трансформаторов и тем самым обеспечить работу предприятия с требуемым значением коэффициента РМ, что относится к актуальным проблемам в энергетике.
Котенев Виктор Иванович, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», доктор технических наук, профессор.
Котенев Александр Викторович, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий», кандидат технических наук, доцент. Стулов Александр Дмитриевич, аспирант.
Разработке таких систем управления уделяется достаточно большое внимание в печатных изданиях в нашей стране [1-12] и за рубежом [13-20].
К недостаткам существующих систем управления можно отнести низкую точность регулирования коэффициента РМ на стороне высшего напряжения (ВН) трансформаторов главной понизительной подстанции (11111) при требуемой стабилизации коэффициента РМ на стороне низшего напряжения (НН) и нестабильности мощности нагрузок цеховых электроприемников.
Цель работы - оценка погрешности существующих САУ и построение более совершенной системы управления коэффициентом РМ, где установлены расчетные счетчики электрической энергии.
Функциональная схема САУ коэффициентом РМ СЭС предприятия показана на рис. 1.
Рис. 1. Функциональная схема САУ КРМ СЭС предприятия
Обозначения на схеме: Т1 + Тп - трансформаторы цеховых подстанций; Т1 -трансформатор главной понизительной подстанции; ДМ - датчики активной и реактивной мощности; АД1 + АД^п+т^ - асинхронные двигатели; RQ - регуляторы реактивной мощности; КУ1 + КУ п - конденсаторные установки; СД - синхронный двигатель; I = п + т +1.
Обоснование САУ коэффициентом реактивной мощности СЭС предприятия
Целесообразность построения системы управления как САУ tgф обусловлена двумя причинами.
1. При необходимости стабилизации угла между активной мощностью Р и полной мощностью S на уровне р = рх с абсолютной погрешностью
Др=р1 — р2 (относительной погрешностью SP = Др-100%/р-,) с помощью САУ коэффициентом РМ - tgp = Q/P (Q - реактивная мощность) или САУ РМ -cos р = P/S их погрешности будут значительно отличаться друг от друга.
Более практичной будет первая система управления, так как она может быть выполнена более «грубой» с большей погрешностью
S = tgp2 — tgp Ш0%, tg(
чем вторая система управления с погрешностью
S = cosarctgp2 — cosarctgp 100% 2 cosarctgp
Например, при р1 = 21,80и р2 = 22,780 (Др = 0,980, Sp = 4,5%)значения величины S1 = 5%, S2 = 0,7%, а s = SjS2 = 7,1.
2. Расчет с поставщиками за потребленную электроэнергию производится в конце договорного срока (обычно месячного) с учетом величины tg ф - отношения реактивной энергии к активной.
Предельные значения tg фП в часы больших суточных нагрузок (БСН) установлены согласно приказу министра энергетики РФ от 23.06.2015 № 380 «О порядке расчета значений соотношения потребления активной и реактивной мощности для отдельных энергопринимающих устройств (групп энергопринимаю-щих устройств) потребителей электрической энергии» в зависимости от номинального напряжения сети иСН, к которой подключен потребитель: при иСН = 110 кВ значение tg фП = 0,5; при иСН = 1^35 кВ - tg фП = 0,4; при иСН < 1 кВ - tg фП = 0,35.
Значение коэффициента РМ в часы малых суточных нагрузок (МСН) устанавливается равным нулю для всех случаев. Часы БСН - с 700 до 2300, а часы МСН - с 23- до 7-
Математическая модель трансформаторной подстанции без источников
РМ
Потери активной мощности в трансформаторах состоят из постоянных потерь в стали Рс и переменных потерь в их обмотках [21]:
Pv = «1 ((P2 + Pa)2 +(Q2 — Qa)2 ) , (1)
где P2, Pa - активные мощности электроприемников и источников РМ соответственно; Q2, Qa- реактивные мощности этих элементов. Коэффициент
P
« = , (1а)
STH
где PK - потери короткого замыкания; STH - полная номинальная мощность трансформатора.
Потери реактивной мощности в трансформаторе также состоят из постоянных потерь от намагничивания магнитопровода [21]
Qi = ^ (2)
100
и переменных потерь [21]
Q„= «2 ((P + Pa)2 +(Q2 - Qa)2 ), (3)
a fU,Y -H_
2 STHy 100) S2TH' где - напряжение короткого замыкания.
Коэффициент реактивной мощности на стороне НН трансформатора
Q2 - Q
и на стороне высшего напряжения
(3а)
^ - P+pa (4)
a
tgvv - Q, (5)
где Qr = Q2 -Qa + Qм + Qv, Рг = Р2 + Ра + Рс + Ру.
В математической модели 1-5 без источников РМ параметры Ра= Qa= 0. Структурная схема подстанции как объекта управления величиной tgрi или tgру , построенной согласно 1-5, показана на рис. 2.
Рис. 2. Структурная схема подстанции
САУ коэффициентом РМ на стороне НН трансформатора ГПП
Алгоритм управления, сформированный в функции активной и реактивной мощности потребителей, представлен выражением
Us- kuQ2 - kM (p2 + Pa) tgPd..
(6)
145
Реактивная мощность источника РМ
& = кси8 (7)
при коэффициенте передачи САУ РМ кс = кМ составит
О = О "(Р + Ра)tgPde, (8)
где км - коэффициент передачи датчиков мощности; tg рЛе - заданное значение коэффициента реактивной мощности на стороне НН трансформатора. Выражения (1), (3) после подстановки в них 8 можно упростить:
Ру = «1 (1 + tg 2р)(Р2 + Ра)2, (9)
От = «2 (1 + tg2рг)(Р2 + Ра )2. (10)
Структурную схему САУ коэффициентом tgрd можно представить согласно (5)-(7), (9), (10) схемой на рис. 3.
02 Рг+Ра
Рис. 3. Структурная схема САУ коэффициентом tg рd
В ее состав входят: формирователь программы ФП, элемент умножения ЭУМ и деления ЭД1, датчики мощности с коэффициентом передачи км, САУ реактивной мощностью источника с коэффициентом передачи кС .
Коэффициент реактивной мощности на стороне НН трансформатора согласно (8) равен заданному при всех Р2 + Ра и 02, так как
1»«- (.1)
Г2^ Га Г2 "Г га
При рассмотрении данной системы управления как САУ tg«у в ее состав следует включить ту часть, которая расположена выше блока ЭД1.
Коэффициент реактивной мощности на стороне ВН трансформатора составляет
. <22 - Як + 0М + Оу (12)
1%фу=---. (12)
р + р + р + р
1 2 т 1 а^ 1 ^^
Элементы ЭУМ, ЭД1, ЭД2 выполняют математические операции в соответствии с (6), (11), (12).
При нестабильности мощности нагрузки погрешность САУ tgфi согласно 11 равна нулю, а погрешность САУ tg«у может значительно отличаться от нуля.
Зависимость коэффициента tgфd от tgфV в САУ коэффициентом РМ на стороне НН трансформатора ГПП
Переменные потери в трансформаторах первых шести цеховых подстанций (см. рис. 1) составляют:
р 0 + %рпр2 . 12
Ру,=--^-, 1 =1,2,..., п;
ТН1
„ (1 + tg 2«)иК1 %р22
Оу1= ---, 1 = 1,2,..., п.
В остальных подстанциях без ИРМ:
р РК, (Р22 + О2 ) . 1 . 1
Р =-^-'-, 1=п +1,..., I-1,
|3т
-'тт
2 ЦВ % (р22 + О2 ) . 1 . 1
Оу,=---1 = П + 1,...,I - 1,
^ 100Smi ' ' ' '
где п = 6, I = 12.
Реактивная мощность конденсаторных установок в первых шести подстанциях вычисляют согласно (8):
0к, = 02, -Р2^е1, 1 = 1,2,...,п. (13)
Суммарная мощность по цехам:
Р = Р2{ + Ра + Рп, 1 = 1,2,..., п; О, = О21 - Оп + 0„ + Оп, 1 = 1,2,..., п; Р = Р, + Ра + Рп, 1 = п +1,...,I -1; 21 = 021 + О,с + Оу,, 1 = п +1,...,I - 1.
Результаты этих расчетов занесены в табл. 1 и 2. Активную и реактивную мощность трансформатора ГПП определяют из соотношений
Р =Е Р + Е Р + Рсд ; (14)
,=1 ,=п+1
е,=1 е, + 1 е,, (15)
i=1 ,=п+1
где РСд - активная мощность синхронных двигателей. Из выражения
Й + Ом(п+1) + (п+1) " °сд
tgрv =--—---—--, (16)
Р + Р + Р
1 Г -|С(п+1)т -1 V (п+1)
составленного на основании (11), получено соотношение
°ирм = а + °,(п+1) + (п+1) " (Р, + Рс( п+1) + Р (п+1)) ършВ, (17)
для определения РМ конденсаторной установки или синхронного двигателя, при которой будет обеспечено требуемое значение коэффициента tgрVs на стороне ВН трансформатора ГПП.
Таблица 1
Результаты расчетов мощности цехов предприятия с трансформатором ТМ-1600
Номер цеха 1 2 3 4 5 6 7
Тип трансформаторов ТМ-1600
Р2к кВт , = 1,2,...11 425 718 610 610 1057 1002 518
Я21, кВАр , = 1,2,...11 497 955 715 715 1229 1332 518
Рс„ кВт, = 1,2,...11 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3 3,3
кВАр , = 1,2,...11 20,8 20,8 20,8 20,8 20,8 20,8 20,8
р2 + е2 Рш = Р , кВт , = 7,...11 П Ь 2 ' ' - - - - - - 3,8
р2 + е2 <2п = ик 2 ,кВАр , = 7,...11 ^тн - - - - - - 18,5
Р = Р + Рс,+ Р,,кВ , = 7,..-11 - - - - - - 525
е, = в2,+ Яп, кВАр, = 7,...11 - - - - - - 557
еЕ = е2," Р2, ^ Рз,' кваР , = 1,...б 306 632 441 441 753 881 -
Окончание табл. 1
Номер цеха 1 2 3 4 5 6 7
P2 PVi =(l + tgVjРь-2-,кВт i = 1,...6 THi 1,5 4,3 3,2 9,5 9,5 8,5 -
P2 Qvi =UB (l + tg>„)-*-,кВАр i = 1,...6 -ТН, 7,5 21,3 15,4 15,4 46,2 41,5 -
P = P2i + PVi + Pi.KBr i = 1,...6 430 726 617 617 1070 1014 -
Qi = Q-i, - Qr„ + Qr, + Qvi, кВАр i = 1,...6 219 365 310 310 543 513 -
Таблица 2 Результаты расчетов мощности цехов предприятия с трансформатором ТМ-400 и суммарных величин мощности
Номер цеха 8 9 10 11 S
Тип трансформаторов ТМ-400
Р21, кВт 1 =1,2,...11 162 107 135 113 -
02г, кВАр 1 = 1,2,...11 215 35 180 84 -
РС1, кВт 1 = 1,2,... 11 1,05 1,05 1,05 1,05 -
0М„ кВАр 1 = 1,2,...11 8,4 8,4 8,4 8,4 -
Р2 + о2 Ру.=Р 21 ^ ,кВт 1 = 7,...11 у1 к „2 ' STHг 2,5 0,4 1,7 0,7 -
Р2 + о2 0у=и 21 ^ ,кВАр 1 = 7,...11 STH 8,2 1,4 5,7 2,2 -
Р=Р + Рс.+ РП ,кВт1=7,..Л1 155,5 108,5 137,7 114,7 11 Y Pi = 1051,кВт i=7
0,=0„ + 0,+ Оп, кВАр 1 = 7,...11 231,6 44,8 194,1 94,6 Y Qi =1120, кВАр i=7
0В=0Ъ- P2гtg«зг,KВАр 1 = 1,...6 - - - - Y Qe = 3454,кВАр i=1
Р2 Ру =(1 + 1»^)Рь -22^,кВт 1 = 1,...6 ТН 1 - - - - -
Р2 ОЬ = ^ (1 +1»2«-)-^,кВАр 1 = 1,...6 SТНг - - - - -
Р = Ръ + РУ> + РС1 , кВт 1=l,...6 - - - - 6 Y P = 5525,кВт i=1
01- = 021 - 0к + 0,, + 0у, кВАр 1 = 1,...6 - - - - Y Qt =3372,кВАр i= 1
При подстановке (9), (10) в (16) получено
Ра2Р2 (1 + tg2pdS) +
tgр/ =-^-г^-. (18)
Е Р + агРкр (1 + tg2рs) + Ра
Пример. Функциональная схема САУ коэффициентом РМ предприятия дана на рис. 1. Число цехов, тип трансформаторов, расчетные мощности электроприемников цехов Р2., Q2¡, постоянные потери мощности в трансформаторах Ра, Qмi приведены в табл. 1 и 2. Подстанции первых шести цехов оснащены конденсаторными установками, а в остальных их нет. Активная мощность синхронного двигателя РСд = 1250 кВт, активная и реактивная мощность при максимальной нагрузке цехов согласно (14), (15) составляет Рп = 5525 кВт, Ql1 = 3372 кВАр ; при минимальной нагрузке Р2 = 665 кВт; Ql2 = 406 кВАр.
Параметры трансформатора ГПП: Бтн 12 = 16000 кВА, Ра12 = 18 кВт, Рк 12 = 85 кВт, ик % = 10,5, Qм12 = 112 кВАр.
Определить погрешность коэффициента tgрV при управлении коэффициентом tgрd .
Решение. Переменные потери в трансформаторе согласно соотношениям
Р = Рк12(1 + tg2руе)Р2 Q = Ц\%(1 + tg2руе)Р2
Р12 = „ 2 , ^12 = 100С
От12 100^т12
при максимальной нагрузке - Ру 12 = 18 кВт, QV12 = 360 кВАр.
Реактивная мощность источников РМ (двигателя или конденсаторных установок) QИ = 1120 кВАр.
При заданном коэффициенте tg фуе = 0,4 необходима стабилизация коэффициента (18) на уровне tgрЛе = 0,34 , что следует из графика на рис. 4, построенного согласно (18) при максимальной нагрузке.
Рис. 4. График функции tgрds = / (tgрVs)
При минимальной нагрузке для стабилизации этого коэффициента на прежнем уровне требуется РМ двигателя (18) 0Сд = -236 кВАр. Переменные потери в
трансформаторе составляют 0у(и+1) = 12,5 кВАр, Ру(и+1) = 0,5 кВт, а погрешность
регулирования коэффициента РМ ,у = 2%.
В СЭС без синхронных двигателей с компенсацией РМ с помощью конденсаторных установок погрешность регулирования этого коэффициента составляет достаточно большую величину ,у = 25%.
Она получена при 1» руЕ = 0,4 и втором значении этого коэффициента, вычисленном согласно (18) при Р\2 = 665 кВт; 1» руе = 0,34, 0М1 = 665 кВАр, Рс1 = 18 кВт, и коэффициентах 1а, 3а при Рк = 85 кВт, -тн = 16000 кВА, ик % = 10,5.
Значительно меньшую погрешность можно получить в системе управления с вычислительным устройством (ВУ).
САУ коэффициентом tgфк с алгоритмом управления, сформированным в функции мощности нагрузки и потерь в трансформаторе ГПП
Структурная схема такой системы управления отличается от схемы на рис. 3 наличием в ней вычислительного устройства.
Алгоритм работы ВУ, формирующего сигнал задания исистемы управления РМ синхронного двигателя, можно найти из (12):
011 + 0У (и+1)- °сд
Ру =-Р-Р-, (19)
Г11^ Гу (и+1)
где
Р11 = Р1 + РСД + РС(и+1) , 011 = 01 + 0М(и+1) .
Переменные потери в трансформаторе
0у (и+1)= а21 (Р2 +(011 - Осд )2),
Р
У (и+1)
а 0 (20)
ииьгу (и+1)
Как следует из (20), потери зависят от 0Сд, которая является неизвестной величиной.
Ввиду малости мощности Ру (и1) и с целью упрощения окончательного выражения она представлена приближенным соотношением
Ру(и+1)= аи (1 + tg2р)Р1 (21)
Тогда из (19) при 1»ру = 1»рУе и 0СД = кМи8, т. е. из выражения
0,1 + «21 ((Р,1 + Ру (и+1) )2 + (0п - к-^и, )2 ) - км1ив
1»РуЕ = получено уравнение
Р11 + Ру (и + 1)
и, - а3и+ а4 = 0, (22)
«21
aз = 2Qll + ^^ , a4 = Qn2 + Р^ + Uк %
Из решения уравнения (22) получено
Us= F ( x ),
2 100 (Qll-(Рп + Pv(n+l)
) Шс)
5
THl
и к %
где
F ( х ) = К
2
4
-- ал
Х = ( Р11,
Структурная схема САУ коэффициентом РМ (рис. 5) построена согласно выражениям 19^23. На этой схеме ЭД - элемент деления.
Рис. 5. Структурная схема САУ коэффициентом tg фv
2
а
а
3
3
Эта система управления инвариантна к основным возмущающим воздействиям - отклонениям активной и реактивной мощности нагрузки, что подтверждается следующим примером.
При минимальной нагрузке Р11 = 665 кВт, Q¡1 = 406 кВАр значения коэффициентов а3=153193 кВА, а4= 21940394 кВА2, Qkl = 143 кВАр, tg фи = 0,4.
При максимальной нагрузке (Р11 = 5525 кВт, Q¡1 = 3372 кВАр) значения коэффициентов а3=159125 кВА, а4= 219865533 кВА2, Qkl = кми5 = 1382 кВАр, tg фи = 0,4.
Значение коэффициента РМ остается на заданном уровне tgфV = 0,4 при достаточно больших отклонениях мощности нагрузки.
САУ коэффициентом реактивной мощности всего предприятия
Структурная схема данной системы управления представлена на рис. 6. Блоки БС1-БС6 являются элементами суммирования входных величин, а значения Р и Q¡ определяются выражениями (14) и (15). Схемы элементов САУ tgфd1 -САУ tgфdn даны на рис. 3, а элементы САУ tgфv¡ - на рис. 5.
Рис. 6. Структурная схема САУ коэффициентом реактивной мощности tg фг всего предприятия
Заключение
1. Достоинство САУ коэффициентом tgф по сравнению с САУ коэффициентом cos ф заключается в том, что требования к ее погрешности уменьшаются в 7,1 раза и расчет за электроэнергию производится с учетом предельных значений коэффициентов РМ.
2. САУ коэффициентом tg ф^ предпочтительно применять в СЭС с синхронными двигателями вследствие ее простоты и обеспечения погрешности регулирования tg фу, где включены расчетные счетчики, равной 2 %.
3. Применение САУ коэффициентом tg фу целесообразно в СЭС с конденсаторными установками, так как в случае применения САУ tg ф^ погрешность составляет 25 %.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
Абакумов А.М., Алимов С.В., Зипман В., Мигачева Л.А., Шварц Г.Р. Применение современного электропривода переменного тока в технологиях газовой и нефтяной промышленности. М.: Машиностроение-1, 2009.
Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии. М.: ЭНАС, 2009.
Ершов С.В., Карницкий В.Ю. Разработка адаптивного регулирования компенсации реактивной мощности // Известия Тульского государственного университета: Технические науки. 2014. № 8. С. 32-39.
Кирилин И.В., Козлов П.М. Выбор средств управления реактивной мощностью в системах электроснабжения предприятий цветной металлургии // Промышленная энергетика. 2010. № 8. С. 46-52.
Котенев В.И., Осипов В.С., Кочетков В.В. Обобщенная математическая модель узла нагрузки для управления параметрами режимов в системе электроснабжения // Российская электромеханика. 2014. № 5. С. 103-106.
Котенев В.И., Котенев А.В., Кочетков В.В., Елкин Д.А. Электротехнический блок управления реактивной мощностью шины нагрузки при нестабильности напряжения // Journal of Physics: Серия конференций. 2018. Vol. 944.
Котенев В.И., Осипов В.С., Кочетков В.В. Обобщенная математическая модель узла нагрузки для управления параметрами режимов в системе электроснабжения // Российская электромеханика. 2014. № 5. С. 103-106.
Котенев В.И., Елькин Д.А., Осипов В.С. Автоматическая система регулирования реактивного коэффициента шины нагрузки // Международная конференция по промышленному машиностроению и производству (ICIEAM), 2018. Котенев В., Котенев А., Зангиев С. Автоматическая система регулирования реактивной мощности в зависимости от параметров режима распределительной сети // XXI Международная конференция «Комплексные системы: проблемы управления и моделирования» (CSCMP). 2019.
Котенев В.И., Котенев А.В., Стулов А.Д. Управление коэффициентом реактивной мощности системы электроснабжения с комбинированной нагрузкой и программная коррекция в зависимости от потребляемой мощности // Международная Уральская конференция по электроэнергетике (УралКон), 2020.
Пантелеев В.И., Филатов А.Н. Управление режимами реактивной мощности и напряжения промышленного предприятия. Красноярск: Красноярский государственный технический университет, 2005.
Петелин Д.П. Автоматическое управление синхронным электрическим приводом. М.: Энергия, 1968.
Fei Wang Y., Xin Yuan Y., Chen J.,Jian Cheng Q. A dynamic reactive power compensation method of super high-power and high-voltage motor // Applied Mechanics and Materials. Vol. 602-605. 2014. Pp. 2828-2831.
Khabdullin A., Khabdullin A., Khabdullina Z., Khabdullina G. Mathematical model of synchronous motors for static characteristics power loss // Energy Procedia. Vol. 95. 2016. Pp. 487-490.
Cheng Q.J., Chen J., Yuan Y.X., Zhou X.S., Deng S.J. Research on a dynamic reactive power compensation method of composite power load // Applied Mechanics and Materials. Vol. 602605. 2014. Pp. 2840-2843.
Joshi B.S., Mahela O.P., Ola S.R. Reactive power flow control using Static VAR Compensator to improve voltage stability in transmission system // International Conference on Recent Advances and Innovations in Engineering (ICRAIE), 2016.
Campaner R., Chiandone M., Sulligoi G.,Milano F. Automatic voltage and reactive power control in distribution systems: Dynamic coupling analysis // IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), 2016.
Hongbo L., Biping G., Wangjun Z., Xinyi S., Haobin Y.,Guangyu H. Study on reactive power optimal control of distribution systems based on hybrid control theory // CICED Proceedings, 2010.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
19. Lakra N.S., Prakash P., Jha R.C. Power quality improvement of distribution system by reactive power compensation // International Conference on Power and Embedded Drive Control (ICPEDC), 2017.
20. Zhou X., Ma Y., Gao Z., Zhang S. Reactive power compensation in motor // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), 2017.
21. Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. М.: Высшая школа, 1990.
Статья поступила в редакцию 06 июня 2022 г.
POWER SUPPLY REACTIVE POWER FACTOR CONTROL AS A FUNCTION OF CONSUMER POWER AND LOSSES IN TRANSFORMERS
V.I. Kotenev, A.V. Kotenev, A.D. Stulov*
Samara State Technical University
244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation E-mail: [email protected]
Abstract: The system of automatic control of the reactive power factor of the enterprise's power supply system is considered, in which one part of the transformer substations is equipped with adjustable capacitor units, and the second is not. Its advantage in comparison with the power factor control system is shown, firstly, lower requirements for its error and, secondly, the calculation of the consumer with the supplier for electricity is made taking into account the ratio of reactive energy to active energy. An estimate of the error of regulation of the reactive power factor on the higher voltage side of the transformers of the main step-down substation, where settlement meters are installed, is given, with stabilization of the reactive power factor on the low voltage side of these transformers. The synthesis of the system of automatic control of the reactive power factor, built as a function of the power of consumers and power losses in transformers, and the estimation of its error are considered. The proposed control system is intended for power supply systems with a combined load, the use of which will allow the consumer to avoid penalty coefficients to the tariff for active electricity, and ultimately reduce losses in the transmission of electricity and increase the transmission capacity of the electrical network.
Keywords: control system, reactive power, power supply, error, estimation
REFERENSES
1. Abakumov A.M., Alimov S.V., Zipman V., Migacheva L.A., Shvarts G.R. Primeneniye sovremennogo elektroprivoda peremennogo toka v tekhnologiyakh gazovoy i neftyanoy promyshlennosti. M.: Mashinostroyeniye-1, 2009.
2. Zhelezko Yu.S. Poteri elektroenergii. Reaktivnaya moshchnost'. Kachestvo elektroenergii. M.: ENAS, 2009.
3. Ershov S.V., Karnitsky V.Y. Development of adaptive regulation of reactive power compensation // News of the Tula state university: Technical sciences. 2014, no. 8. Pp. 32-39.
4. Kirilin I.V., Kozlov P.M. Vybor sredstv upravleniya reaktivnoy moshchnost'yu v sistemakh elektrosnabzheniya predpriyatiy tsvetnoy metallurgii // Promyshlennaya energetika, 2010, no. 8. Pp. 46-52.
5. Kotenev V.I., Osipov V.S., Kochetkov V.V. Generalized mathematical model of the load node to control the modes' parameters in the power supply system // Russian Electromechanics, 2014, no.5. Pp. 103-106.
6. Kotenev V.I., Kotenev A.V., Kochetkov V.V., Elkin D.A. Electrical engineering unit for the reactive power control of the load bus at the voltage instability // Journal of Physics: Conference series, 2018, Vol. 944.
7. Kotenev V.I., Osipov V.S., Kochetkov V.V. Generalized mathematical model of the load node to control the modes' parameters in the power supply system // Russian Electromechanics, 2014, no. 5. Pp. 103-106.
8. Kotenev V.I., Elkin D.A., and Osipov V.S. Automatic Control System of Load Bus Reactive Factor // International Conference on Industrial Engineering Applications and Manufacturing (ICIEAM), 2018.
Viktor I. Kotenev (Dr. Sci. (Techn.)), Professor. Alexander V. Kotenev (Ph. D. (Techn.)), Associate Professor. Alexander D. Stulov, Postgraduate Student.
9. Kotenev V., A. Kotenev, and S. Zangiev. Automatic System for Reactive Power Control in Function of Parameters of the Distribution System Regime // XXI International Conference Complex Systems: Control and Modeling Problems (CSCMP). 2019.
10. Kotenev V.l., KotenevA.V., StulovA.D. Controlling the Reactive Power Factor of a Combined Load Power Supply System and the Correction of Program as a Function of Current Power Consumption // International Ural Conference on Electrical Power Engineering (UralCon), 2020.
11. Panteleyev V.I., Filatov A.N. Upravleniye rezhimami reaktivnoy moshchnosti i napryazheniya promyshlennogo predpriyatiya. Krasnoyarsk: Krasnoyarsk state technical university, 2005.
12. Petelin D.P. Avtomaticheskoye upravleniye sinkhronnym elektricheskim privodom. M.: Energiya, 1968.
13. Fei Wang Y., Xin Yuan Y., Chen J., Jian Cheng Q. A dynamic reactive power compensation method of super high-power and high-voltage motor // Applied Mechanics and Materials. Vol. 602-605. 2014. Pp. 2828-2831.
14. Khabdullin A., Khabdullin A., Khabdullina Z., Khabdullina G. Mathematical model of synchronous motors for static characteristics power loss // Energy Procedia. Vol. 95. 2016. Pp. 487-490.
15. Cheng Q.J., Chen J., Yuan Y.X., Zhou X.S.,Deng S.J. Research on a dynamic reactive power compensation method of composite power load // Applied Mechanics and Materials. Vol. 602605. 2014. Pp. 2840-2843.
16. Joshi B.S., Mahela O.P., Ola S.R. Reactive power flow control using Static VAR Compensator to improve voltage stability in transmission system // International Conference on Recent Advances and Innovations in Engineering (ICRAIE), 2016.
17. Campaner R., Chiandone M., Sulligoi G., Milano F. Automatic voltage and reactive power control in distribution systems: Dynamic coupling analysis // IEEE International Conference on Renewable Energy Research and Applications (ICRERA), 2016.
18. Hongbo L., Biping G., Wangjun Z., Xinyi S., Haobin Y., Guangyu H. Study on reactive power optimal control of distribution systems based on hybrid control theory // CICED Proceedings, 2010.
19. Lakra N.S., Prakash P., Jha R.C. Power quality improvement of distribution system by reactive power compensation // International Conference on Power and Embedded Drive Control (ICPEDC), 2017.
20. Zhou X., Ma Y., Gao Z., Zhang S. Reactive power compensation in motor // IEEE International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), 2017.
21. Lipkin B.Yu. Power supply of industrial enterprises and installations. M.: Higher School, 1990.
