Аннотация
Рассматривается возникновение гармонических составляющих напряжения и тока в электротехнических системах, а также энергетические показатели, разгрузка питающей сети и силового трансформатора при стабилизации напряжения в подстанции со штатными и новым многоступенчатым реакторно-тиристорным пускорегулирующим устройством. Данные вопросы исследовались при возникновении положительного и отрицательного отклонений напряжения питающей сети в пределах ±16 % с шагом ±2,5 % от номинального уровня. Целью проведения данных исследований является определение влияния существующих и предлагаемого пускорегулирующего устройства на синусоидальность токов и напряжений электротехнических систем, а также выявление влияния отклонения напряжения питающей сети на нормальное функционирование электротехнических систем. Данные исследования проводились в среде Matlab на имитационной модели трансформаторной подстанции мощностью 1000 кВА и напряжением 6/0,4 кВ. Результатами исследования подтверждено, что предлагаемое техническое решение не влияет на синусоидальность напряжения питающей сети и токов электротехнических систем при стабилизации напряжения в подстанции. Предложенное устройство в процессе стабилизации напряжения между пределами создает максимальное искажение напряжения в силовом трансформаторе и у потребителей электроэнергии на 2,98 % при снижении напряжения в питающей сети на -10 % и на 2,35 % при его повышении от номинального уровня, которое не выходит за нормально допустимые нормы, установленные отечественным и зарубежным ГОСТами. Кроме этого, результатами численных экспериментов установлено, что предлагаемое устройство не снижает значения коэффициентов мощности, полезного действия и энергетических показателей электротехнической системы, несмотря на обеспечение непрерывного регулирования напряжения в широких пределах и диапазонах. Результаты исследования также подтверждают, что новое техническое решение, стабилизируя напряжения, не позволяет перегрузить силовой трансформатор и потребителей электроэнергии дополнительной энергией при возникновении положительного отклонения напряжения в питающей сети в широких пределах и диапазонах. Показано, что при работе устройства отрицательное отклонение напряжения питающей сети не создает дефицита потребляемой энергии в силовых трансформаторах и у потребителей электроэнергии, что приводит не только к сохранению нормальной работы, но и к улучшению их функционирования.
Ключевые слова
электротехническая система, реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство, коэффициенты гармонических составляющих напряжения и тока, угол управления тиристорных ключей, отклонение и колебание напряжения, стабилизация напряжения, активная, реактивная и полная мощности, коэффициенты мощности, полезного действия и энергетических показателей
1. Волков Н.Г. Качество электроэнергии в системах электроснабжения: учеб. пособие / Национальный исследовательский. Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. 152 с.
2. Климаш В.С., Константинов А.М. Устройство для повышения качества напряжения и энергетических показателей трансформаторных подстанций // Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 9. С. 570-581.
3. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2050 года: утв. Распоряжением Правительства Рос. Федерации от 12 апреля 2025 г. № 907-р // Собрание законодательства Российской Федерации. 2025. № 16 (раздел IV, часть II), ст. 2075. С. 4570-4626.
4. Наумов А.А. Обеспечение требуемого качества электрической энергии // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22. № 1. С. 85-92. doi: 10.30724/1998-9903-2020-22-1-85-92
5. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах. М.: Энергоатомиздат, 1985. 214 с.
6. Федотов А.И., Ахметшин А.Р., Абдрахманов Р.С. Обес-печение нормативного уровня напряжения в распределительных сетях 0,4-10 кВ с помощью вольтодобавочных трансформаторов // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2011. № 9-10. С. 40-45.
7. Klavsuts D.A. New Method for Regulating Voltage an AC Current // Proceeding of 46-th International Universities’ Power Engineering Conference (UPEC 2011). IEEE, 2011.
8. Feigin L.Z., Levinson S.V., Klavsuts D.A. Method and Apparatus for Regulating Voltage: Patent 7816894 B2 (US). 2010. URL: https://patents.google.com/patent/US6362606B1/en (дата обращения 10.11.2025)
9. Климаш В.С. Вольтодобавочные устройства для компенсации отклонений напряжения и реактивной энергии с амплитудным, импульсным и фазовым регулированием. Владивосток: Дальнаука, 2002. 140 с.
10. Соснина Е.Н., Бедретдинов Р.Ш. Моделирование системы электроснабжения с питанием группы потребителей от трансформатора с тиристорным регулятором напряжения и мощности // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2013. № 5 (1). С. 224-230.
11. Classification of Power Quality Disturbances Via Deep Learning / J. Ma, J. Zhang, L. Xiao, K. Chen, J. Wu // IETE Technical Review. 2017. Vol. 34(4). Pp. 408-415. doi: 10.1080/02564602.2016.1196620
12. Improving power quality by a four-wire shunt active power filter: a case study / M. Popescu, A. Bitoleanu, M. Linca, K.V. Suru // Energies. 2021. No. 14(7). 1951. doi: 10.3390/en14071951
13. Minimization of voltage deviation and power losses in power networks using Pareto optimization methods / F.G. Montoya, R. Banos, C. Gil, A Espin., A. Alcayde, J. Gоmez // Eng. Appl. Artif. Intell. 2010. No. 23(5). Pp. 695-703. doi: 10.1016/j.engappai.2010.01.011
14. Adaptive automatic voltage regulation in rural 0.38 kV electrical networks / A. Vinogradov, A. Vinogradova, I. Golikov, V. Bolshev // Int. J. Emerg. Electr. Power Syst. 2019. No. 20(3). doi: 10.1515/ijeeps2018-0269
15. Impacts over distribution grid from the adoption of distributed harmonic filters on low-voltage customers / M.D.L. Tostes, U.H. Bezerra, R.D.S. Silva, J.A.L. Valente, C.C.M. de Moura, T.M.M. Branco // IEEE Transactions on Power Delivery. 2005. No. 20(1). Pp. 384-389. doi: 10.1109/TPWRD.2004.835038
16. Analysis and design of a new active power filter to cancel neutral current harmonics in three-phase four-wire electric distribution systems / P.N. Enjeti, W. Shireen, P. Packebush, I.J. Pitel // IEEE Trans. Ind. Appl. 1994. No. 30(6). Pp. 1565-1572. doi: 10.1109/TIA.1994.350311
17. Vodyakho O., Kim T. Shunt active filter based on three-level inverter for three-phase four-wire systems // IET Power Electron. 2009. No. 2(3). Pp. 216-226. doi: 10.1049/iet-pel.2008.0036
18. Пат. 2838255 Российская Федерация, МПК Н02М 5/25. Многоступенчатое реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство трансформаторной подстанции / Табаров Б.Д.; заявитель Табаров Б.Д. № 2024132055, заявл. 23.10.2024, опубл. 14.04.2025.
19. Пат. 2841517 Российская Федерация, МПК Н02М 5/25, H02Р 13/06. Способ управления многоступенчатым реакторно-тиристорным пускорегулирующим устройством трансформаторной подстанции / Табаров Б.Д.; заявитель Табаров Б.Д. № 2024135480, заявл. 25.11.2024, опубл. 09.06.2025.
20. Пат. 2829330 Российская Федерация, МПК Н 02 М 5/25. Реакторно-тиристорное пускорегулирующее устройство на высокой стороне трансформаторной подстанции / Табаров Б.Д.; заявитель Табаров Б.Д. № 2024114284, заявл. 24.05.2024, опубл. 30.10.2024.
21. Пат. 2834452 Российская Федерация, МПК H 02 M 5/257, H 02 P 13/06. Способ управления реакторно-тиристорным пускорегулирующим устройством силового трансформатора / Табаров Б.Д.; заявитель Табаров Б.Д. № 2024120821, заявл. 19.07.2024, опубл. 11.02.2025.
22. Табаров Б.Д. Принципы построения трансформаторной подстанции на основе управляемого реакторно-тиристорного устройства // iPolytech Journal. 2025. Т. 29. № 2. С. 252-269. doi: 10.21285/1814-3520-2025-2-252-269
23. Табаров Б.Д. Оценка расширения функциональных возможностей реакторно-тиристорного регулятора напряжения при регулировании напряжения в широких пределах и диапазонах // Омский научный вестник. 2025. № 4 (196). С. 73-81. doi: 10.25206/1813-8225-2025-196-73-81
24. Климаш С.В., Климаш В.С., Власьевский С.В. Специализированные модули для исследования энергетических показателей электротехнических устройств в среде Matlab // Электротехнические системы и комплексы. 2017. № 3(36). С. 11-16. doi: 10.18503/2311-8318-2017-3(36)-11-16
25. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2014. 16 с.
26. ГОСТ IEC 61000-6-3-2016. Электромагнитная совместимость (ЭМС). Часть 6-3. Общие стандарты. Стандарт электромагнитной эмиссии для жилых, коммерческих и легких промышленных обстановок. М.: Стандартинформ, 2017. 20 с.
Табаров Б.Д. Влияние многоступенчатого реакторно-тиристорного пускорегулирующего устройства на работу электротехнической системы при компенсации отклонения напряжения в широких пределах // Электротехнические системы и комплексы. 2025. № 4(69). С. 45-53. https://doi.org/10.18503/2311-8318-2025-4(69)-45-53
© Табаров Б.Д., 2025 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License