Оптимизация выбора параметров фильтрокомпенсирующих устройств на примере сельскохозяйственного машиностроительного завода
Ю.И. Ханин, О.А. Иванова, М.П. Аксенов
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 4, сс. 50—56
Скачать PDF
Состояние вопроса. Современные предприятия агропромышленного комплекса сталкиваются с проблемой низкого качества электроэнергии, вызванного гармоническими искажениями от нелинейных нагрузок, таких как преобразователи частоты и тиристоры. Это приводит к росту потерь в сетях, снижению КПД оборудования и нарушению требований ГОСТ 32144-2013. Целью исследования является разработка методики расчета оптимальных параметров фильтрокомпенсирующих устройств в программной среде Mathcad для минимизации гармоник и повышения энергоэффективности предприятий сельскохозяйственного машиностроения.
Материалы и методы. В исследовании использованы данные мониторинга спектра тока и напряжения на сельскохозяйственном машиностроительном заводе, а также численное моделирование в Mathcad. Исследованы две конфигурации фильтрокомпенсирующих устройств: с узкополосным фильтром (5-я гармоника) и широкополосным звеном 3-го порядка (7-я или 11-я гармоники). Мощность фильтрокомпенсирующих устройств подобрана с учетом динамики нагрузки (до 5 860 кВАр), что снижает потери на 20–25 %.
Результаты. Для оценки необходимости проведения мероприятий по компенсации реактивной мощности проанализированы значения потребляемых нагрузкой трехфазных мощностей и среднего по трем фазам коэффициента мощности. Рассчитана необходимая мощность компенсации для каждого интервала измерений, которая достигает 5860 кВАр. Для оценки степени воздействия гармоник тока на сеть и других потребителей построены графики фазных суммарных коэффициентов гармонических составляющих напряжения. Выявлено, что преобладающими являются 5-я и 11-я гармоники. Проведен сравнительный анализ двух наиболее целесообразных вариантов фильтрокомпенсирующих устройств, в результате которого оптимальной признана конфигурация с настройкой на 5-ю и 7-ю гармоники, обеспечивающая снижение суммарного коэффициента искажений KU до 2,3–2,8 % без резонансных явлений. Альтернативный вариант (5-я и 11-я гармоники) показал рост KU(4) и KU(6) выше нормативов.
Выводы. Предложенная методика позволяет адаптировать параметры фильтрокомпенсирующих устройств под специфику предприятия, обеспечивая соответствие стандартам качества электроэнергии. Полученные экспериментальные данные позволяют рекомендовать гибридную систему с динамической настройкой для сложных нагрузок. Результаты могут быть применены в сельскохозяйственном машиностроении для повышения качества и энергоэффективности электроснабжения.
1. On the efficiency of power transformers with “star-zig-zag with zero” winding connection scheme in rural electricity networks supplying household consumers / Y.I. Hanin, O.V. Rodionova, A.P. Panchishkin, et al. // Journal of Physics: Conference Series: 2, Volgograd, 06–07 мая 2021 г. – Volgograd, 2021. – P. 012004. DOI: 10.1088/1742-6596/2060/1/012004. – EDN KKUQUD.
2. Юндин М.А., Ханин Ю.И. О дополнительных потерях электроэнергии в сети 0,38 кВ // Вестник ВИЭСХ. – 2013. – № 4(13). – С. 27–29. – EDN RLYAWP.
3. Костинский С.С. Обзор и результаты исследований гармонического состава тока, потребляемого преобразователями частоты малой мощности, а также способов и устройств для снижения их негативного влияния на системы электроснабжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2020. – Т. 22, № 2. – С. 27–42. DOI: 10.30724/1998-9903-2020-22-2-27-42. – EDN YYPEIF.
4. Юндин М.А., Шабанов Н.И., Ханин Ю.И. О коэффициенте небаланса наиболее значимых высших гармоник токов в сельских коммунально-бытовых сетях 0,38 кВ // Вестник АПК Ставрополья. – 2014. – № 2(14). – С. 102–104. – EDN SHWLVZ.
5. Тигунцев С.Г., Шафаревич К.В. Разработка мероприятий по устранению резонансных явлений на частотах высших гармоник на линии электропередачи 35 кВ // Вестник ИГЭУ. – 2023. – Вып. 5. – С. 40–50. DOI: 10.17588/2072-2672.2023.5.040-050. – EDN EBBTCK.
6. Юндин М.А., Юндин К.М., Исупова А.М. Влияние трансформатора с обмотками «двойной зигзаг с нулевым выводом» на уровень несимметрии и несинусоидальности токов в сети 0,38 кВ // Электротехника. – 2023. – № 11. – С. 77–82. DOI: 10.53891/00135860_2023_11_77. – EDN XNPJCY.
7. The additional power losses investigation in electric power transformers 10/0,4 kW of rural electrical networks / Yu.I. Hanin, O.A. Ivanova, T.P. Brenina, et al. // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – 2022. – Vol. 1069, No. 1. – P. 012036. DOI: 10.1088/1755-1315/1069/1/012036. – EDN QOLWPF.
8. Analysis of the harmonic composition of current in the zero-working wire at the input of the load node with the prevailing non-linear power consumers / I.V. Yudaev, M.A. Yundin, A.M. Isupova, et al. // Archives of Electrical Engineering. – 2021. – Vol. 70, No. 2. – P. 463–473. DOI: 10.24425/aee.2021.136996. – EDN NPLGLV.
9. Вагин Г.Я., Куликов А.Л. Качество электрической энергии в системах электроснабжения. Анализ состояния методов нормирования и контроля // Электрические станции. – 2019. – № 6(1055). – С. 54–59. – EDN IHAYFR.
10. Ханин Ю.И., Пелих А.Э., Толочко И.В. Исследование показателей качества электроэнергии на сельскохозяйственном машиностроительном заводе // Актуальные проблемы молодежной науки в развитии АПК: материалы Всерос. (национальной) науч.-практ. конф., Курск, 11–13 декабря 2019 г. Ч. 1. – Курск: Курская государственная сельскохозяйственная академия им. профессора И.И. Иванова, 2020. – С. 371–376. – EDN XSQQIU.