Дослідження впливу потужності спотворення струму вторинної обмотки трансформатора на рівень втрат в ньому з використанням методу планування експерименту
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2023-3-2Ключові слова:
гармоніки, спотворення, трансформатор, потужність спотворенняАнотація
Мета роботи. Виявлення зв’язку рівня втрат трифазного трансформатора з потужністю спотворення викликаної гармоніками струму.
Методи дослідження. Під час проведення дослідження використано методи визначення втрат потужності та додаткових втрат в елементах електричної системи від вищих гармонік струму і напруги, метод візуального програмування, метод планування експерименту та метод ортогонального центрального композиційного плану.
Отримані результати. Проведено аналіз показників які характеризують спотворення напруги та струму, виявлено, що найбільш повно зазначені спотворення характеризують потужність спотворень струму та потужність спотворень напруги. Зазначені показники використані під час аналізу передачі електричної енергії трансформатором тягової підстанції. Відзначено, що порядок гармонік в потужності спотворення невілюється, а вищі гармоніки враховуються відповідним ефективним струмом вищих гармонік. Враховано специфіку приєднань вторинної обмотки трансформатора до споживача, а саме заземлення однієї з фаз вторинної обмотки. Для імітації спотворень струму використаний ряд комбінацій гармонік струму. Методом планування експериментом виконано ланку досліджень. Отримано коефіцієнти квадратичного рівняння регресії, яке пов’язує втрати потужності з рівнем гармонік струму навантаження третього, п’ятого та сьомого порядків. Для визначення значущості отриманих коефіцієнтів рівняння регресії розраховано дисперсії та відповідні значення критерії Ст’юдента, в результаті визначені фактори які не впливають на процес та можуть бути виключені з рівняння регресії. Адекватність отриманого рівняння регресії перевірено за критерієм Фішера. Аналіз ефектів та їх взаємодії показав що стандартна помилка вибірки не перевищує 1,66 %. В результаті аналізу комбінацій гармонік струму, які задавалися в ході експерименту, відмічено що деякі з них призводять до одного й того же діючого струму фаз, при цьому потужність спотворень струму виявляється різною. Визначено найбільшу значимість рівня третьої гармоніки струму. Відзначено постійний рівень активної потужності на стороні високої напруги трансформатора, що зумовлено відсутністю спотворень напруги на ній.
Наукова новизна. Виявлено випадки комбінацій рівнів гармонік струму при яких показник потужності спотворення струму залишається незмінним, при цьому змінюється рівень втрат потужності трансформатора, який зумовлений гармоніками струму.
Практична цінність. Дані дослідження можливо застосувати для оцінки та зменшення рівня втрат потужності в трансформаторі шляхом фільтрації певних гармонік струму.
Посилання
Kuznetsov, V., Sychenko, V., Hubskyi. P., Myamlin, S., Kosariev, Y., Liashuk. V. (2020). Hybrid railway traction power supply system, 2020 IEEE 4th Inter-national Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS), Istanbul, Turkey, 208-211, doi: 10.1109/IEPS51250.2020.9263194.
Bityukov, S.D., Sychenko, V.G., Kuznetsov. V.G. (2014). Increasing the efficiency of production and use of energy resources. Ukrainian Railways. No. 8(14). 51-533.
Y.S. Olyynik. (2015). Analysis of the spectrum of high harmonics in the system "rectifier - inverter", Ukrainian Engineering and Pedagogical Academy, Kharkiv, issue 2 (43). 93-99.
Ismael, S.M., Mekhamer, S.F., Abdelaziz, A.Y. (2013). Power System Harmonics in Industrial Electrical Sys-tems: A Techno-Economic Assessment, Lap Lam-bert Academic Publishing, 156p ISBN 978-3-659-34734-4.
Baimoldin, M., Uakhitova A., Bainiyazov, A. (2017). Analysis of electric power losses in electric networks in Kazakhstan, 2017 International Siberian Confer-ence on Control and Communications (SIBCON), pp. 1-5, doi: 10.1109/SIBCON.2017.7998479.
Ghorbani, J., Mokhtari, H., (2015). Impact of Har-monics on Power Quality and Losses in Power Distri-bution Systems. International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE). Pp. 166-174.
Kusko, A. (2007). Power Quality in Electrical Systems. 1st ed. New York: McGraw-Hill. ISBN: 9780071470759.
Zagoya, C., Goletz, C-M., Grossmann, F., Rost, J-M., (2012). An analytical approach to high harmonic generation. New Journal of Physics, pp. 1-18, 093050. doi: 10.1088/1367-2630/14/9/093050.
Mariscotti, A. Relevance of Harmonic Active Power Terms for Energy Consumption in some Railway Systems, in Proc. of the 24th IMEKO TC4 Int. Symp., Sept. 17-20, 2019, Xi’an, China. Pp. 117-121
Bialobrzheskyi, O., Rod'Kin, D. (2020). Apparent power effectiveness for the assessment of the effi-ciency of the cable transmission line in the supply system with sinusoidal current. [(Ocena strat w linii przesyłowej kablowej w systemie zasilania prądem sinusoidalnym Przeglad Elektrotechniczny, 96(9), 26-29. doi:10.15199/48.2020.09.05.
Bialobrzheskyi, O., Rod'kin, D., Gladyr, A. (2018). Power components of electric energy for technical and commercial electricity metering. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (2), 70-79. doi:10.29202/nvngu/2018-2/10.
IEEE Standard Definitions for the Measurement of Electric Power Quantities Under Sinusoidal, Nonsi-nusoidal, Balanced, or Unbalanced Conditions - Red-line, in IEEE Std 1459-2010 (Revision of IEEE Std 1459-2000) - Redline, vol., no., pp.1-52, 19 March 2010, doi: 10.1109/IEEESTD.2010.5953405.
Zagirnyak, M., Maliakova, M., Kalinov, A. (2015). Analysis of electric circuits with semiconductor con-verters with the use of a small parameter method in frequency domain, COMPEL – The international journal for computation and mathematics in electri-cal and electronic engineering, vol. 34, no. 3, pp. 808-823, doi: 10.1108/COMPEL-10-2014-0260
C. F. Jeff Wu, Michael Hamada, (2017,). Experi-ments: Planning, Analysis, and Optimization, John Wiley & Sons, Inc., 700p, doi:10.1002/9781119470007.
Zagirnyak, M., Rodkin, D., Romashykhin, I., Ruden-ko N., Chenchevoi, V. (2016). Identification of non-linearities of induction motor equivalent circuits with the use of the instantaneous power method, 2016 17th International Conference Computational Prob-lems of Electrical Engineering (CPEE), pp. 1-4, doi:10.1109/CPEE.2016.7738721.
Todorov, O., Bialobrzheskyi, O., Andrii, S. (2020). Application of IEEE 1459-2010 for the power inves-tigation a traction substation transformer secondary voltage. Paper presented at the 2020 IEEE KhPI Week on Advanced Technology, KhPI Week 2020 - Conference Proceedings, 199-204. doi:10.1109/KhPIWeek51551.2020.925009
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Maksim Bezzub, Olexii Bialobrzheskyi, Sergey Yakumec, Maksim Oliynichenko, Artur Postil
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
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.
