Визначення додаткових втрат потужності в системі електропостачання від вищих гармонік струму
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.155672Ключові слова:
вищі гармоніки струму навантаження, втрати потужності, коефіцієнт гармонічних спотворень, скін-ефектАнотація
Представлено результати досліджень впливу вищих гармонік струму навантаження на втрати потужності в електричній мережі. Актуальність цих досліджень зумовлена сталим зростанням кількості потужних імпульсних споживачів електроенергії, що призводить до збільшення вмісту вищих гармонік в системах електропостачання. В свою чергу, вищі гармоніки струму навантаження в системі електропостачання викликають погіршення не тільки якісних показників електроенергії, а й збільшення втрат потужності, що спричинено скін-ефектом в провідниках мережі та збільшенням середньоквадратичного значення струму.
Проведені дослідження показали, що існуючі аналітичні залежності активного опору мережі від частоти вищих гармонік струму під дією скін-ефекту є взаємовиключними та неточними з причини невраховування геометричних характеристик провідників мережі. На підставі рівнянь Бесселя першого роду отримано уточнені аналітичні залежності активного опору мережі від частот вищих гармонік, що враховують геометричні властивості проводів. Показано, що інтенсивність збільшення активного опору провідника відносно його опору постійного струму при заданій частоті значно залежить від діаметру провідника, що особливо важливо для ліній передачі енергії з одножильними дротами великого діаметру (наприклад, контактний дріт у залізничному електропостачанні). Показано, що для дротів малого діаметру збільшення значення активного опору під дією скін-ефекту є несуттєвим і, у такому випадку, втрати від вищих гармонік струмів зумовлені збільшенням середньоквадратичного значення струму. Представлено залежність додаткових втрат потужності в електричній мережі у функції значень коефіцієнту гармонічних спотворень струму навантаження. Приведені залежності підтверджено імітаційним моделюванням.
Отримані результати дослідження можуть бути використані при розрахунках енергетичних втрат в різноманітних електричних мережах від вищих гармонік струмів навантаження та при розрахунках економічної ефективності від впровадження фільтрокомпенсуючих пристроїв
Посилання
- Nerubatskyi, V. P., Plakhtiy, A. A., Gladka, A. V. (2018). EMC improvment research of three-phase active rectifiers with power factor correction in regenerative mode. Collected scientific works of Ukrainian State University of Railway Transport, 178, 21–28. doi: https://doi.org/10.18664/1994-7852.178.2018.138906
- Plakhtiy, O. A., Nerubatskyi, V. P., Silantiev, A. S. (2017). Energoefficiency analisys of active rectifier with improved hysteretic control system. Informatsiyno-keruiuchi systemy na zaliznychnomu transporti, 3, 10–16.
- Plakhtii, O. A., Nerubatskyi, V. P., Kavun, A. V., Mashura, A. M. (2018). Compensation of input current harmonics in parallel multiple voltage sourse inverters. Electrical and computer systems, 27, 65–74. DOI: https://doi.org/10.15276/eltecs.27.103.2018.07
- Solsona, F. J. A., Carrera, A. P. (2014). Study of harmonics thermal effect in conductors produced by skin effect. IEEE Latin America Transactions, 12 (8), 1488–1495. doi: https://doi.org/10.1109/tla.2014.7014518
- Tsuchiya, A., Onodera, H. (2011). Effect of Anomalous Skin Effect on Transmission-Line Loss. Leice Technical Report Microwaves, 111, 77–81.
- Zhezhelenko, I. V. (2010). Vysshie garmoniki v sistemah elektrosnabzheniya promyshlennyh predpriyatiy. Moscow: Energoatomizdat, 375.
- Zagirnyak, M., Maliakova, M., Kalinov, A. (2015). Analysis of operation of power components compensation systems at harmonic distortions of mains supply voltage. 2015 Intl Aegean Conference on Electrical Machines & Power Electronics (ACEMP), 2015 Intl Conference on Optimization of Electrical & Electronic Equipment (OPTIM) & 2015 Intl Symposium on Advanced Electromechanical Motion Systems (ELECTROMOTION). doi: https://doi.org/10.1109/optim.2015.7426958
- Stepanov, V. M., Bazyl', I. M. (2013). The effect of higher harmonics in the power supply system electricity companies. Izvestiya Tul'skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki, 12, 27–31.
- Lyutarevich, A. G., Vyrva, A. A., Dolinger, S. Yu., Osipov, D. S., Chetverik, I. N. (2009). Estimation of additional power losses due to higher harmonics in elements of power system. Omskiy nauchniy vestnik, 1, 109–113.
- Borovikov, V. S., Harlov, N. N., Akimzhanov, T. B. (2013). O neobhodimosti vklyucheniya dobavochnyh poter' ot vysshih garmonik toka v tekhnologicheskie poteri pri peredache elektricheskoy energii. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov, 322 (4), 91–93.
- Akimzhanov, T. B., Kharlov, N. N., Borovikov, V. S., Ushakov, V. Y. (2014). Development of calculation methods for additional electrical power losses during transportation. 2014 9th International Forum on Strategic Technology (IFOST). doi: https://doi.org/10.1109/ifost.2014.6991138
- Al-Mashakbeh, A. S., Zagirnyak, M., Maliakova, M., Kalinov, A. (2017). Improvement of compensation method for non-active current components at mains supply voltage unbalance. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (8 (85)), 41–49. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2017.87316
- Zhezhelenko, I. V. (2010). Elektricheskie poteri ot vysshih garmonik v sistemah elektrosnabzheniya. Elektrika, 4, 3–6.
- Beaty, H. W. (2000). Standard Handbook for Electrical Engineers. McGraw-Hill, 34–50.
- Hayt, W. H., Buck, J. A. (2006). Engineering Electromagnetics. Graw Hill, 561.
- Ben, C. J. (2012). The Practical Issues involved in Designing, Specifying and Installing Skin Effect Current Tracing Systems. IEEE Petroleum and Chemical Industry Conference Europe Conference Proceedings (PCIC EUROPE), 1–13.
- Zaikin, D. I. (2015). Round and tubular wire skin effect modeling and usage SPICE as Maxwell's equations solver. 2015 23rd Telecommunications Forum Telfor (TELFOR). doi: https://doi.org/10.1109/telfor.2015.7377551
- Dias, R. A., Lira, G. R. S., Costa, E. G., Ferreira, R. S., Andrade, A. F. (2018). Skin effect comparative analysis in electric cables using computational simulations. 2018 Simposio Brasileiro de Sistemas Eletricos (SBSE). doi: https://doi.org/10.1109/sbse.2018.8395687
- Czarnecki, L. S. (2004). On Some Misinterpretations of the Instantaneous Reactive Power p-q Theory. IEEE Transactions on Power Electronics, 19 (3), 828–836. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2004.826500
- Kim, H., Blaabjerg, F., Bak-Jensen, B., Choi, J. (2002). Instantaneous power compensation in three-phase systems by using p-q-r theory. IEEE Transactions on Power Electronics, 17 (5), 701–710. doi: https://doi.org/10.1109/tpel.2002.802185
- Jinm T., Wenm J., Smedleym K. (2005). Control and topologies for three-phase three-level active power filters, Twentieth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2005. APEC 2005. doi: https://doi.org/10.1109/apec.2005.1453017
- Maliakova, M., Kalinov, A. (2017). APF control with the use of the direction of the energy flow determination method in the electric circuit with a nonlinear load. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). doi: https://doi.org/10.1109/mees.2017.8248894
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 Oleksandr Plakhtii, Volodymyr Nerubatskyi, Igor Ryshchenko, Olena Zinchenko, Sergiy Tykhonravov, Denys Hordiienko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
