Удосконалення методу оцінки реактивності навантаження на основі перетоків енергії в межах одного періоду напруги
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.356688Ключові слова:
реактивна потужність, коефіцієнт потужності, гармоніка, перетоки енергії, електрична мережа, енергосистемАнотація
Об’єктом дослідження є процес оцінки реактивного опору та компенсації реактивної потужності в однофазних електричних мережах, що містять як лінійні, так і нелінійні навантаження.
Проблематика дослідження полягає в обмеженості класичних визначень реактивної потужності за основною гармонікою в умовах спотворення форми кривої струму нелінійними навантаженнями, що ускладнює коректну оцінку реактивної потужності та керування її компенсацією.
Запропоновано енергетичний підхід для оцінки реактивності навантаження. Метод вводить безрозмірний коефіцієнт реактивності, що визначається як відношення величини енергії за один період напруги до загальної площі складових перетоків миттєвої енергії, пов'язаних із двостороннім енергообміном між джерелом і навантаженням. Для синусоїдальних умов отримано аналітичну залежність між цим коефіцієнтом і кутом зсуву фаз між напругою та струмом. Ця залежність дозволяє відновлювати значення кута зсуву фаз на основі дискретних вимірювань напруги та струму за допомогою ітераційного методу Ньютона.
Для перевірки методу в середовищі Simulink було розроблено імітаційну модель однофазної електричної мережі з лінійними та нелінійними навантаженнями. Моделювання проводилося для лінійного, нелінійного та змішаного режимів роботи з різними співвідношеннями активної та реактивної потужності.
Результати показують, що за домінування нелінійного навантаження або за малих значень ємнісної реактивної складової лінійного навантаження, компенсація на основі запропонованого методу дозволяє отримати вищі значення коефіцієнта потужності, ніж класичний підхід за реактивною потужністю. Для навантажень із значною індуктивною складовою класичний метод залишається ефективнішим. Запропонований удосконалений метод може бути застосований у системах моніторингу якості електроенергії та пристроях адаптивної компенсації реактивної потужності для мереж із нелінійними навантаженнями.
Посилання
- IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions (2010). IEEE. https://doi.org/10.1109/ieeestd.2010.5439063
- Emanuel, A. E. (2004). Summary of IEEE Standard 1459: Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsinusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions. IEEE Transactions on Industry Applications, 40 (3), 869–876. https://doi.org/10.1109/tia.2004.827452
- Czarnecki, L. S. (2005). Physical Fundamentals of the Power Theory of Electrical Systems. Poznan University of Technology. Available at: https://czarnecki.study/wp-content/uploads/2019/08/J153-Physical-Fund-of-the-Power-Theory.pdf
- Montoya, F. G. (2019). Geometric Algebra in Nonsinusoidal Power Systems: A Case of Study for Passive Compensation. Symmetry, 11 (10), 1287. https://doi.org/10.3390/sym11101287
- Bucci, G., Ciancetta, F., Fiorucci, E., Ometto, A. (2017). Survey about Classical and Innovative Definitions of the Power Quantities Under Nonsinusoidal Conditions. International Journal of Emerging Electric Power Systems, 18 (3). https://doi.org/10.1515/ijeeps-2017-0002
- Czarnecki, L. S. (2005). Currents’ Physical Components (CPC) in Circuits with Nonsinusoidal Voltages and Currents. Electrical Power Quality and Utilisation Journal, 11 (2), 3–14. Available at: https://bibliotekanauki.pl/articles/262747.pdf
- Czarnecki, L. S. (2007). Physical interpretation of the reactive power in terms of the CPC power theory. Electrical Power Quality and Utilisation Journal, 13 (1), 87–93. Available at: https://czarnecki.study/wp-content/uploads/2019/08/103-Physical-Interpretation-1.pdf
- Mikulović, J. Č., Šekara, T. B. (2015). A new reactive power definition based on the minimization of the load non-reactive currents. 2015 International School on Nonsinusoidal Currents and Compensation (ISNCC). Lagow: IEEE, 1–6. https://doi.org/10.1109/isncc.2015.7174683
- Garzón, C., Blanco, A. M., Pavas, A., Meyer, J. (2024). Potential Use of Fryze’s Approach-Based Power Theories in Waveform Distortion Contribution Assessment. Revista UIS Ingenierías, 23 (1). https://doi.org/10.18273/revuin.v23n1-2024003
- Sinvula, R., Abo-Al-Ez, K. M., Kahn, M. T. (2019). Harmonic Source Detection Methods: A Systematic Literature Review. IEEE Access, 7, 74283–74299. https://doi.org/10.1109/access.2019.2921149
- Filianik, D. V., Voloshko, A. V. (2020). Analiz metodiv vyznachennia dzherel harmonichnykh spotvoren v elektrychnii merezhi. Enerhetyka: ekonomika, tekhnolohii, ekolohiia, 1, 29–38. Available at: https://energy.kpi.ua/article/download/217561/217460/492402
- Martinez, R., Castro, P., Arroyo, A., Manana, M., Galan, N., Moreno, F. S. et al. (2022). Techniques to Locate the Origin of Power Quality Disturbances in a Power System: A Review. Sustainability, 14 (12), 7428. https://doi.org/10.3390/su14127428
- Zhang, C., Li, Y., Han, W., Song, G., Zhang, H. (2024). Time‐domain harmonic source location and evaluation methods based on non‐linear and time‐varying properties of devices. IET Generation, Transmission & Distribution, 18 (16), 2604–2624. https://doi.org/10.1049/gtd2.13219
- Kirihara, K., Yamazaki, J., Chongfuangprinya, P., Konstantinopoulos, S., Lackner, C., Chow, J. H. et al. (2019). Speeding Up the Dissipating Energy Flow Based Oscillation Source Detection. 2019 International Conference on Smart Grid Synchronized Measurements and Analytics (SGSMA). College Station: IEEE, 1–8. https://doi.org/10.1109/sgsma.2019.8784528
- Liu, R., Zhang, Y., Gao, S., Li, D., Liu, C., Che, J. et al. (2025). Localization of Forced Oscillation Sources in Power Systems with Grid-Forming Wind Turbines Based on ICEEMDAN-ITEO. Energies, 18 (22), 6025. https://doi.org/10.3390/en18226025
- Reactive Power Measurement and Math Channel (2024). Pico Technology. Available at: https://www.picotech.com/library/knowledge-bases/oscilloscopes/reactive-power-measurement-and-math-channel
- Shukla, S., Mishra, S., Singh, B., Kumar, S. (2017). Implementation of Empirical Mode Decomposition Based Algorithm for Shunt Active Filter. IEEE Transactions on Industry Applications, 53 (3), 2392–2400. https://doi.org/10.1109/tia.2017.2677364
- Lu, C. L., Huang, P. H. (2013). Power System Stability Study with Empirical Mode Decomposition. Advanced Materials Research, 732–733, 905–908. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.732-733.905
- Akagi, H., Watanabe, E. H., Aredes, M. (2017). Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning. John Wiley & Sons, 480. https://doi.org/10.1002/9781119307181
- Nikolov, Z., Hlebarov, Z., Korsemov, C., Toshev, H. (2008). Distribution of Active and Reactive Energy in a Power Line. Cybernetics and Information Technologies, 8 (2), 12–25. Available at: https://cit.iict.bas.bg/CIT_08/v8-2/12-25.pdf
- Spasojevic, B. (2007). The Time Domain Method for Power Line Reactive Energy Measurement. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 56 (5), 2033–2042. https://doi.org/10.1109/tim.2007.895622
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Dmytro Gapon, Roman Demianenko, Andriy Solodovnyk, Oleksandr Svetelik
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.
