Статья: Моделирование режимов работы трехфазных систем электроснабжения при оценке потерь мощности

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет

Моделирование режимов работы трехфазных систем электроснабжения при оценке потерь мощности

Бикмухаметов Т.Н.

Оренбург

Возникновение нессиметричных режимов при работе трехфазной системы электроснабжение приводит к возникновению дополнительных потерь мощности и электроэнергии. Снижение потерь электроэнергии в распредсетях, как и любое другое энергосбережение, невозможно без выполнения точного моделирования исследуемых объектов. В данной статье представлены теоретические сведения о моделировании трехфазных систем электроснабжения в режимах ассиметричной работы и о необходимости оценки дополнительных потерь мощности, возникающих в таких режимах и способами их уменьшения.

Сложная, часто встречаемая на практике, разветвленная СЭ с трехфазным источником синусоидального напряжения может быть упрощена до эквивалентной простой схемы, представленной на рисунке 1

Рисунок 1 Эквивалентная схема простой трехфазной системы электроснабжения

В состав схемы входят три части: трехфазный источник переменного синусоидального напряжения( Source), трехфазная нагрузка или потребитель( Load) и соединительная кабельная линия (Line), обладающая сопротивлением провода линии ( R_s ) и сопротивлением нулевого проводника ( R_n.)

Нагрузка на схеме рисунка 1 может быть различной, в ее качестве могут использоваться резисторы активного сопротивления, дугогасительные реакторы, статические конденсаторы, потребители с нелинейной нагрузкой, источники синусоидального тока и переменного напряжения, а также различные комбинации этих элементов. Необходимо отметить, что индуктивность кабельных линий ( L_s и L_n ) в данной схеме перемещены на нагрузку. В зависимости режима работы, характера нагрузки передача энергии может проходить в трех случаях: прямая передача - электроэнергия передается от источников к нагрузке, обратная передача - электроэнергия передается от нагрузки к источнику, и смешанная передача- в различные периоды возможно появление комбинаций двух предыдущих режимов передачи энергии. После коммутации контакторов (SA) к нагрузке присоединяется параллельно силовой фильтр (активный блок PAF).

В данной статье используется универсальная формула, с помощью которой возможно определить суммарную мощность потерь энергии в трехфазной системе электроснабжения через ее составляющие элементы:

электроснабжение трехфазный потеря энергия

где P_min* -минимальная существующая мощность потерь энергии, определенная при отсутствии скачков мгновенной активной мощности в трехфазной СЭ;

P_add* -мощность потерь, дополнительно возникающих при ассиметрии режима работы трехфазной СЭ;

P_usf - средняя, найденная за период повтора, полезная мощность нагрузки.

В основе нахождение составляющих суммарных мощностей потерь энергии положена современная теория о мгновенных активных и реактивных мощностях, о характере изменения электромагнитных процессов, протекающих в трехфазных СЭ и алгоритме управления режимами.

Целью данной работы является моделирование универсальной схемы трехфазной системы электроснабжения и улучшение ее параметров для увеличения скорости расчета составляющих дополнительных потерь мощности в любых возможных вариантах. Данная модель универсальная, с ее помощью возможно рассчитать величины составляющих потерь мощности при различных режимах работы СЭ.

Оптимизация структуры имитационной модели трехфазной системы электроснабжения в пакете Matlab Simulink выполняется при переходе от схемы, изображенной на рисунке 1 к эквивалентной схеме рисунка 2.

Рисунок 2 Эквивалентная схема трехфазной системы электроснабжения

Источник трехфазного напряжения в этой схеме составлен из двух включенных последовательно источников симметричного напряжения (u_sa, u_sb, u_sc ) и включенного дополнительно источника трехфазного напряжения ( u_a, u_b, u_c,) подключаемого к системе в случае размыкания шунтирующих контакторов

( SU). С помощью дополнительного источника имеется возможность задать несимметричный режим - амплитудный либо фазный, а также добавить высшие гармонические составляющие в спектр напряжения источника. Трехфазной нагрузкой в схеме являются два блока - трехфазная симметричная резистивная нагрузка ( k_l·R_l ) и регулируемый источник трехфазного тока ( j_a, j_b, j_c,), подключаемый параллельно к активной симметричной нагрузке после коммутации контакторов ( SJ ).

Управляемый источник тока имитирует в проводниках (линиях) форму токов, которая соответствует любой изменяющейся нагрузке при симметричной или асимметричной загрузке по фазам. Коэффициент пропорциональности (k_l,) который умножается на активное сопротивление элементов во всех трех фазах, нужен для поддержания неизменного значения средней, найденной за период повтора активной полезной мощности нагрузки P_usf = const. Это вытекает из выражения (1), поэтому при задании в системе того или иного возмущения, этот коэффициент необходимо определять, но его нахождение является отдельной задачей.

Список литературы

1. Савина, Н.В. Методы расчета и анализа потерь электроэнергии в электрических сетях: учебное пособие / Н.В. Савина. Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2014. 150 с.

2. Клочкова, Н.Н. Расчет электропитающих сетей: учеб.пособ./ Н.Н.Клочкова, А.В. Обухова. Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. 146 с.

3. Дед, А. В. Оценка дополнительных потерь мощности в электрических сетях 0,38 кВ на основе экспериментальных данных / А. В. Дед [и др.] // Успехи современного естествознания. 2014. № 11-3. С. 64-67.

4. Галыгина, О.С. Основные аспекты учета и потерь электроэнергии/О.С. Галыгина, В.Ф.Заугольников// Энергетика. 2017. № 5. C. 18-22.