Power Quality Complex Estimation at Alternating Current Traction Substations
Loading...
Files
Date
2013
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В.Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
EN: Purpose. At alternating current traction substations are used three-winding transformers. This scheme comes to
significant costs from power quality disturbances at each supplier. The most significant power quality indices at
alternating current traction substation are voltage deviation, voltage unbalance and harmonic distortion. The purpose
of this article is power quality complex estimation at two traction substations that work on the one district of traction
network. Methodology. The measurements were made according to accepted program during 24 hours with 1 sec
discretization. A few power quality analyzers PM175 are used to record data with time synchronization. The scheme
of measurements means that devices are connected through current and potential transformers at the each level of
voltage. Findings. Voltage level at different substation is various due to power losses in primary network. The voltage
in one phase of 1-st substation is bigger than in other phases. Voltage THD values according to standard requirements
are below norm only for primary 154 kV networks. For another traction and regional networks voltage
THD values are above norm value. The voltage unbalances in 154 kV networks are below voltage unbalance in
35 kV networks. Besides the voltage unbalance in 154 kV network is below 2% that complies with the requirements
of standard. At the same time we can consider that voltage and current spectrums consist from discrete harmonics
with frequencies that multiples of the fundamental frequency. Originality. Voltages at the connection points of traction
substations to supply lines are complex stationary random process that determines the voltage mode of the external
power supply system of each traction substation. The flows of active and reactive power of the higher harmonics
at AC traction substation are directed opposite power of the fundamental harmonic. The power flows on
higher harmonics create the disturbing impact on related devices. The total power at AC traction substation consists
of 61.8% of the active power, 32.5% of the reactive power of the 1st harmonic and 5.7% of the distortion power in
the quadrature components. Practical value. Analysis of the quadrature components suggests that traditional approaches
to reactive power compensation at the fundamental frequency will be sufficiently effective. But the influence
of the distortion power on reducing energy losses must be also researched. Besides reactive power compensation
should be considered with the issue of reducing the basic power quality indices to standardized values.
UK: Мета. На тягових підстанціях змінного струму застосовуються триобмоткові трансформатори. Така схема живлення призводить до значних спотворень показників якості електроенергії в кожного споживача, який живиться від тягової підстанції. Найбільш важливими показниками якості для тягових підстанцій змінного струму є відхилення, несиметрія та гармонійні спотворення напруги. Метою цієї роботи є комплексна оцінка показників якості електроенергії двох тягових підстанцій, які паралельно працюють на одну міжпідстанційну зону. Методика. Вимірювання показників якості виконані відповідно до програми протягом 24 годин з дискретизацією в часі 1 с. Застосовано декілька аналізаторів потужності PM175 із синхронізацією в часі. Вимірювальні прилади підключались через відповідні трансформатори напруги і струму на кожному рівні напруги. Результати. Рівень напруги на різних підстанціях відрізняється через втрати потужності в первинній мережі. Крім того, напруга в одній фазі мережі більша, ніж у інших фазах. Гармонійні спотворення напруги можуть бути менші норми, встановленої стандартом, лише для первинної мережі 154 кВ. Для інших – тягової та районної мереж – вони перевищують встановлені норми. Несиметрія напруги в мережі 154 кВ нижча, ніж у районній мережі 35 кВ. Крім того, рівень несиметрії в первинній мережі відповідає вимогам стандарту. У той же час можна вважати, що спектри напруги і струму містять дискретні гармонійні складові, частоти яких кратні основній частоті мережі. Наукова новизна. Напруги в точках приєднання тягових підстанцій до живильної мережі являють собою складний стаціонарний випадковий процес, який визначає режим напруги системи зовнішнього електропостачання кожної тягової підстанції. Потоки активної та реактивної потужностей на вищих гармоніках спрямовані протилежно потокам потужностей на основній гармоніці. Потоки потужностей на вищих гармоніках створюють перешкоджаючий вплив на суміжні пристрої. Повна потужність тягової підстанції змінного струму складається на 61,8 % з активної, 32,5 % з реактивної 1-ї гармоніки і 5,7 % потужності спотворення у квадратурних складових. Практична значимість. Аналіз квадратурних складових вказує на те, що застосування традиційної компенсації реактивної потужності на основній частоті буде достатньо ефективним. Проте необхідно враховувати вплив потужності спотворень на зниження втрат електроенергії. Крім того, компенсацію реактивної потужності необхідно застосовувати як спосіб зниження основних показників якості електроенергії до нормованих значень.
RU: Цель. На тяговых подстанциях переменного тока применяются трехобмоточные трансформаторы. Такая схема питания приводит к значительным искажениям показателей качества электроэнергии у каждого потребителя, который питается от тяговой подстанции. Для тяговых подстанций переменного тока наиболее важными показателями качества электроэнергии являются отклонения, несимметрия и гармонические искажения напряжения. Цель данной работы состоит в комплексной оценке показателей качества электроэнергии для двух тяговых подстанций, которые параллельно работают на одну межподстанционную зону. Методика. Измерения показателей качества выполнены в соответствии с программой на протяжении 24 часов с дискретизацией во времени 1 с. Применено несколько анализаторов мощности PM175 с синхронизацией времени. Измерительные приборы подключались через соответствующие трансформаторы напряжения и тока на каждом уровне напряжения. Результаты. Уровень напряжения на разных подстанциях отличается ввиду потерь мощности в первичной сети. Кроме того, напряжение в одной фазе больше, чем в остальных фазах. Гармонические искажения могут быть ниже нормы, установленной стандартом, только для первичной сети 154 кВ. Для других – тяговой и районной сетей – гармонические искажения превышают установленные нормы. Несимметрия напряжений в сети 154 кВ ниже, чем в районной сети 35 кВ. Кроме того, уровень несимметрии в первичной сети соответствует требованиям стандарта. В то же время можно считать, что спектры напряжения и тока содержат дискретные гармонические составляющие, частоты которых кратны основной частоте сети. Научная новизна. Напряжения в точках присоединения тяговых подстанций к питающей сети представляют собой сложный стационарный случайный процесс, который определяет режим напряжения системы внешнего электроснабжения каждой тяговой подстанции. Потоки активной и реактивной мощностей на высших гармониках направлены противоположно потокам мощностей на основной гармонике. Потоки мощностей на высших гармониках создают мешающее влияние на смежные устройства. Полная мощность тяговой подстанции переменного тока состоит на 61,8 % из активной, 32,5 % из реактивной 1-й гармоники и 5,7 % мощности искажений в квадратурных составляющих. Практическая значимость. Анализ квадратурных составляющих указывает на то, что применение традиционной компенсации реактивной мощности на основной частоте будет достаточно эффективным. Но также необходимо учесть влияние мощности искажений на общее снижение потерь электроэнергии. Кроме того, компенсацию реактивной мощности необходимо применять как способ снижения основных показателей качества электроэнергии до нормируемых значений.
UK: Мета. На тягових підстанціях змінного струму застосовуються триобмоткові трансформатори. Така схема живлення призводить до значних спотворень показників якості електроенергії в кожного споживача, який живиться від тягової підстанції. Найбільш важливими показниками якості для тягових підстанцій змінного струму є відхилення, несиметрія та гармонійні спотворення напруги. Метою цієї роботи є комплексна оцінка показників якості електроенергії двох тягових підстанцій, які паралельно працюють на одну міжпідстанційну зону. Методика. Вимірювання показників якості виконані відповідно до програми протягом 24 годин з дискретизацією в часі 1 с. Застосовано декілька аналізаторів потужності PM175 із синхронізацією в часі. Вимірювальні прилади підключались через відповідні трансформатори напруги і струму на кожному рівні напруги. Результати. Рівень напруги на різних підстанціях відрізняється через втрати потужності в первинній мережі. Крім того, напруга в одній фазі мережі більша, ніж у інших фазах. Гармонійні спотворення напруги можуть бути менші норми, встановленої стандартом, лише для первинної мережі 154 кВ. Для інших – тягової та районної мереж – вони перевищують встановлені норми. Несиметрія напруги в мережі 154 кВ нижча, ніж у районній мережі 35 кВ. Крім того, рівень несиметрії в первинній мережі відповідає вимогам стандарту. У той же час можна вважати, що спектри напруги і струму містять дискретні гармонійні складові, частоти яких кратні основній частоті мережі. Наукова новизна. Напруги в точках приєднання тягових підстанцій до живильної мережі являють собою складний стаціонарний випадковий процес, який визначає режим напруги системи зовнішнього електропостачання кожної тягової підстанції. Потоки активної та реактивної потужностей на вищих гармоніках спрямовані протилежно потокам потужностей на основній гармоніці. Потоки потужностей на вищих гармоніках створюють перешкоджаючий вплив на суміжні пристрої. Повна потужність тягової підстанції змінного струму складається на 61,8 % з активної, 32,5 % з реактивної 1-ї гармоніки і 5,7 % потужності спотворення у квадратурних складових. Практична значимість. Аналіз квадратурних складових вказує на те, що застосування традиційної компенсації реактивної потужності на основній частоті буде достатньо ефективним. Проте необхідно враховувати вплив потужності спотворень на зниження втрат електроенергії. Крім того, компенсацію реактивної потужності необхідно застосовувати як спосіб зниження основних показників якості електроенергії до нормованих значень.
RU: Цель. На тяговых подстанциях переменного тока применяются трехобмоточные трансформаторы. Такая схема питания приводит к значительным искажениям показателей качества электроэнергии у каждого потребителя, который питается от тяговой подстанции. Для тяговых подстанций переменного тока наиболее важными показателями качества электроэнергии являются отклонения, несимметрия и гармонические искажения напряжения. Цель данной работы состоит в комплексной оценке показателей качества электроэнергии для двух тяговых подстанций, которые параллельно работают на одну межподстанционную зону. Методика. Измерения показателей качества выполнены в соответствии с программой на протяжении 24 часов с дискретизацией во времени 1 с. Применено несколько анализаторов мощности PM175 с синхронизацией времени. Измерительные приборы подключались через соответствующие трансформаторы напряжения и тока на каждом уровне напряжения. Результаты. Уровень напряжения на разных подстанциях отличается ввиду потерь мощности в первичной сети. Кроме того, напряжение в одной фазе больше, чем в остальных фазах. Гармонические искажения могут быть ниже нормы, установленной стандартом, только для первичной сети 154 кВ. Для других – тяговой и районной сетей – гармонические искажения превышают установленные нормы. Несимметрия напряжений в сети 154 кВ ниже, чем в районной сети 35 кВ. Кроме того, уровень несимметрии в первичной сети соответствует требованиям стандарта. В то же время можно считать, что спектры напряжения и тока содержат дискретные гармонические составляющие, частоты которых кратны основной частоте сети. Научная новизна. Напряжения в точках присоединения тяговых подстанций к питающей сети представляют собой сложный стационарный случайный процесс, который определяет режим напряжения системы внешнего электроснабжения каждой тяговой подстанции. Потоки активной и реактивной мощностей на высших гармониках направлены противоположно потокам мощностей на основной гармонике. Потоки мощностей на высших гармониках создают мешающее влияние на смежные устройства. Полная мощность тяговой подстанции переменного тока состоит на 61,8 % из активной, 32,5 % из реактивной 1-й гармоники и 5,7 % мощности искажений в квадратурных составляющих. Практическая значимость. Анализ квадратурных составляющих указывает на то, что применение традиционной компенсации реактивной мощности на основной частоте будет достаточно эффективным. Но также необходимо учесть влияние мощности искажений на общее снижение потерь электроэнергии. Кроме того, компенсацию реактивной мощности необходимо применять как способ снижения основных показателей качества электроэнергии до нормируемых значений.
Description
D. Bosiy: ORCID 0000-0003-1818-2490
Keywords
power quality, alternating current, three-phase system, traction substation, measurement, harmonic, distortion, unbalance, spectrum, powers flow, якість електроенергії, змінний струм, трифазна система, тягова підстанція, вимірювання, гармоніка, спотворення, несиметрія, потоки потужностей, качество электроэнергии, переменный ток, трехфазная система, тяговая подстанция, измерения, гармоника, искажения, несимметрия, потоки мощностей, кепз
Citation
Bosiy, D. O. Power Quality Complex Estimation at Alternating Current Traction Substations / D. O. Bosiy // Наука та прогрес транспорту. – 2013. – № 4 (46). – P. 30–37 : граф. – Библиогр. в конце ст. – doi: 10.15802/stp2013/16573.