Декомпозиційна чотирикомпонентна модель для розрахунку втрат електроенергії в низьковольтних системах електропостачання

Автор(и)

  • Дмитро Тугай Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Олександр Шкурпела Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Валентин Акимов Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Іван Костенко Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна
  • Олександр Плахтій Український державний університет залізничного транспорту, Україна

DOI:

https://doi.org/10.33042/2079-424X.2021.60.3.01

Ключові слова:

декомпозиція, чотирикомпонентна модель, система електропостачання, потужність втрат, електрична енергія, Matlab-модель

Анотація

Запропоновано нову модель декомпозиції загальної потужності втрат на чотири компоненти. Кожен із компонентів запропонованої моделі має певний фізичний зміст, обумовлений природою електромагнітних процесів, що відбуваються у трифазній чотирипроводовій системі електропостачання. Сформульовано визначення для опису кожного із запропонованих компонентів. Показано, що кожна з додаткових складових загальної потужності втрат пропорційна мінімально можливій потужності втрат і квадрату середньоквадратичного значення потужності, що викликано її виникненням у трифазній чотирипроводовій системі живлення, а також обернено пропорційна квадрату середнього значення корисної потужності. Синтезована модель Matlab для перевірки чотирикомпонентної структури потужності втрат показала високий ступінь її адекватності. Запропонована модель дозволяє переглянути опис потужності втрат в трифазних колах змінного струму і може бути використана в спеціалізованих вимірювальних приладах для моніторингу електричних мереж. Використовуючи інформацію, отриману в процесі моніторингу, можна планувати технічні заходи щодо зменшення втрат електричної енергії в системі електропостачання, а також оцінювати капітальні витрати на реалізацію цих заходів.

Біографії авторів

Дмитро Тугай, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Доктор технічних наук, професор кафедри альтернативної електроенергетики та електротехніки

Олександр Шкурпела, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Кандидат технічних наук, старший викладач кафедри альтернативної електроенергетики та електротехніки

Валентин Акимов, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Аспірант кафедри альтернативної електроенергетики та електротехніки

Іван Костенко, Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Україна

Кандидат технічних наук, старший викладач кафедри альтернативної електроенергетики та електротехніки

Олександр Плахтій, Український державний університет залізничного транспорту, Україна

Кандидат технічних наук, доцент кафедри електроенергетики, електротехніки та електромеханіки

Посилання

Colak, I., Bayindir, R., & Sagiroglu, S. (2020). The effects of the Smart Grid system on the national grids. In 2020 8th International Conference on Smart Grid (icSmart-Grid) (pp. 122–126). IEEE. https://doi.org/10.1109/icSmartGrid49881.2020.9144891

Chen, S., Jiang, Q., He, Y., Huang, R., Li, J., Li, C., & Liao, J. (2020). A BP neural network-based hierarchical investment risk evaluation method considering the uncertainty and coupling for the power grid. IEEE Access, 8, 110279–110289. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3002381

Pliuhin, V., & Teterev, V. (2021). Possibility implementation analysis of the Smart Grid Network in a current state conditions of the United Energy Systems of Ukraine. Lighting Engineering & Power Engineering, 60(1), 15–22. https://doi.org/10.33042/2079-424X.2021.60.1.03

Vineetha, C.P., & Babu, C.A. (2014). Smart Grid challenges, issues and solutions. In 2014 International Conference on Intelligent Green Building and Smart Grid (IGBSG) (pp. 1–4). IEEE. https://doi.org/10.1109/IGBSG.2014.6835208

Dileep, G. (2020). A survey on Smart Grid technologies and applications. Renewable Energy, 146, 2589–2625. https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.08.092

Ma, C., Dasenbrock, J., Töbermann, J.C., & Braun, M. (2019). A novel indicator for evaluation of the impact of distributed generations on the energy losses of low voltage distribution grids. Applied Energy, 242, 674–683. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.03.090

Delfanti, M., Falabretti, D., & Merlo, M. (2013). Dispersed generation impact on distribution network losses. Electric Power Systems Research, 97, 10–18. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2012.11.018

Khabdullin, A., Khabdullina, Z., Khabdullina, G., & Tsyruk, S. (2017). Development of a software package for optimizing the power supply system in order to minimize power and load losses. Energy Procedia, 128, 248–254. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.09.063

Sambaiah, K.S., & Jayabarathi, T. (2020). Loss minimization techniques for optimal operation and planning of distribution systems: A review of different methodologies. International Transactions on Electrical Energy Systems, 30(2), e12230. https://doi.org/10.1002/2050-7038.12230

Akhmetshin, A., Mendeleev, D., & Marin, G. (2020). Improvement of electricity quality indicators in electric networks with voltage of 0.4-10 kV. In 2020 Inter-national Russian Automation Conference (RusAutoCon) (pp. 454-458). IEEE. https://doi.org/10.1109/RusAutoCon49822.2020.9208158

Kang, P., Guo, W., Huang, W., Le, J., & Mao, T. (2020). Power quality problem and key improvement technology for regional power grids. International Journal of Emerging Electric Power Systems, 21(3), 20190243. https://doi.org/10.1515/ijeeps-2019-0243

Hong, T., & Burke, J.J. (2010). Calculating line losses in Smart Grid: A new rule of thumb. In IEEE PES T&D 2010 (pp. 1–5). IEEE. https://doi.org/10.1109/TDC.2010.5484368

Hayashi, Y., Fujimoto, Y., Ishii, H., Takenobu, Y., Kikusato, H., Yoshizawa, S., ... & Tomsovic, K. (2018). Versatile modeling platform for cooperative energy management systems in smart cities. Proceedings of the IEEE, 106(4), 594–612. https://doi.org/10.1109/JPROC.2018.2809468

Zhemerov, G.G., & Tugay, D.V. (2018). Energy efficiency of power supply systems with semiconductor power converters. O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv. https://eprints.kname.edu.ua/50205/ (in Ukrainian)

Biryulin, V.I., Kudelina, D.V., & Larin, O.M. (2020). Electricity quality problems in the 0.4 kV city electric networks. In 2020 International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICI-EAM) (pp. 1–6). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICIEAM48468.2020.9112048

Akagi, H., Watanabe, E.H., & Aredes, M. (2017). Instantaneous power theory and applications to power condi-tioning. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781119307181

Aredes, M., Akagi, H., Watanabe, E.H., Salgado, E.V., & EncarnaÇÃo, L.F. (2009). Comparisons between the p-q and p-q-r theories in three-phase four-wire systems. IEEE Transactions on Power Electronics, 24(4), 924–933. https://doi.org/10.1109/TPEL.2008.2008187

Zhemerov, G.G., Sokol, E.I., & Tugay, D.V. (2016). Development of modern power theories of three-phase four-wire power supply systems with nonlinear load. Electrical Engineering and Electromechanics, 4(1), 11–19. (in Russian)

Tugay, D., Korneliuk, S., Akymov, V., & Zhemerov, G. (2020). Localization of the phase voltage measurement location for active power filter controlling. In 2020 IEEE 4th International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS) (pp. 102–106). IEEE. https://doi.org/10.1109/IEPS51250.2020.9263137

Wall, R.W. (2003). Simple methods for detecting zero crossing. In IECON'03. 29th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IEEE Cat. No. 03CH37468) (Vol. 3, pp. 2477–2481). IEEE. https://doi.org/10.1109/IECON.2003.1280634

Polishchuk, S.Y., Artemenko, M.Y., Mykhalskyi, V.M., Batrak, L.M., & Shapoval, I.A. (2013). Shunt active filter control strategy with partial decrease of zero-sequence voltage in three-phase four-wire system. Technical Electrodynamics, (3), 12–19.

Depenbrock, M., Staudt, V., & Wrede, H. (2004). Concerning “Instantaneous power compensation in three-phase systems by using p-q-r theory”. IEEE Transactions on Power Electronics, 19(4), 1151–1152. https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.830041

Kim, H., & Akagi, H. (1999). The instantaneous power theory on the rotating p-q-r reference frames. In Proceedings of the IEEE 1999 International Conference on Power Electronics and Drive Systems. PEDS'99 (Cat. No. 99TH8475) (Vol. 1, pp. 422–427). IEEE. https://doi.org/10.1109/PEDS.1999.794600

Pliuhin, V., Teterev, V., & Lapko, A. (2021). Smart Grid technologies as a concept of innovative energy development: initial proposals for the development of Ukraine. Lighting Engineering & Power Engineering, 60(2), 47–65. https://doi.org/10.33042/2079-424X.2021.60.2.02

Butt, O.M., Zulqarnain, M., & Butt, T.M. (2021). Recent advancement in Smart Grid technology: Future prospects in the electrical power network. Ain Shams Engineering Journal, 12(1), 687–695. https://doi.org/10.1016/j.asej.2020.05.004

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-12-30

Як цитувати

Тугай, Д., Шкурпела, О., Акимов, В., Костенко, І., & Плахтій, О. (2021). Декомпозиційна чотирикомпонентна модель для розрахунку втрат електроенергії в низьковольтних системах електропостачання. Світлотехніка, 60(3), 79–91. https://doi.org/10.33042/2079-424X.2021.60.3.01

Номер

Том 60 № 3 (2021): Світлотехніка та електроенергетика

Розділ

Статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Світлотехніка та Електроенергетика

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

   Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).