Assessment of the Technical and Economic Effect from Using Automatic Voltage Control Devices on 10/0.4 kV Transformers in Power Distribution Networks
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2021-5-27-36Keywords:
power distribution networks, automatic voltage regulation, electric power qualityAbstract
The article addresses the problem of ensuring permissible voltage levels in distribution electrical networks of various types: distribution networks of large cities, regional distribution electrical networks, and distribution electrical networks containing renewable energy sources. The most typical factors causing the voltage to go beyond the permissible limits specified by the relevant regulatory documents are pointed out. The negative factors conducive to the voltage at the consumer end deviating from the permissible limits, including a long length of network lines, high network load, low controllability of the network, load schedule nonuniformity, and poor observability of the network, are analyzed. The existing principles of voltage control in electrical distribution networks, namely, automatic and seasonal regulation, are studied. A distribution electrical network test model representing a real network fragment is developed. The model operation modes have been verified based on the data of measurements carried out in the original distribution electrical network. The voltage distributions in a medium voltage network during its operation under the conditions of the highest and lowest loads are demonstrated. It is shown, on the test model example, how the network voltage can be controlled by automatically regulating the voltage at the power supply center and selecting a fixed position of the NLTC at 10/0.4 kV transformer substations. It is shown that the use of power transformer OLTCs does not ensure sufficient means for adequately controlling the voltage in networks containing long power lines and featuring highly nonuniform seasonal and daily load schedules.
The technical efficiency and economic feasibility of using automatic voltage regulation devices on 10/0.4 kV transformers for local voltage control are analyzed. The economic efficiency of applying automatic voltage regulation devices at 6--10/0.4 kV substations was evaluated in comparison with other means for improving the power distribution network voltage quality by upgrading the 10 kV feeder lines or installing a voltage booster at the inlet to the problematic 10 kV network section.
The application field of automatic voltage regulators in the form of semiconductor devices for regulating the transformer output voltage at distribution transformer substations is shown.
References
2. ГОСТ 32144—2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.
3. ЕN 50160:2010. Voltage Characteristics of Electricity Supplied by Public Distribution Networks.
4. Жулёв А.Н., Боков Г.С. О модернизации и развитии распределительных электрических сетей // Энергия единой сети. 2013. № 1(6). С. 22—29.
5. Тульский В.Н., Радилов Т.В., Королев В.М., Силаев М.А., Суворова Е.А. Оценка качества электроэнергии в распределительных электрических сетях // Электроэнергия. Передача и распределение. 2019. № 6(57). С. 118—123.
6. Александров Н.В. Особенности эксплуатации сельских электрических сетей // Символ науки. 2016. № 12-2(24). С. 25—29.
7. Тульский В.Н., Ванин А.С., Асташев М.Г., Панфилов Д.И., Королев В.М. Оценка эффективности применения быстродействующих полупроводниковых устройств регулирования в распределительных электрических сетях // Электротехника. 2020. № 10. С. 37—44.
8. СТО 34.01-21.1-001—2017. Распределительные электрические сети напряжением 0,4–110 кВ. Требования к технологическому проектированию.
9. Карташев И.И. и др. Управление качеством электроэнергии. М.: Издат. дом МЭИ, 2008.
10. Gonen T. Electric Power Distribution Engineering. N.-Y.: CRC press, 2015.
11. E.ON [Офиц. сайт] www.eon.com (дата обращения 20.04.2021).
12. PSI PDOK ZSR. Loesungsbeschreibung. Essen: E.ON.
13. Железко Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность. Качество электроэнергии: руководство для практических расчетов. М.: ЭНАС, 2009.
14. СП 31-110—2003. Свод правил по проектированию и строительству. Проектирование и монтаж электроустановок жилых и общественных зданий.
15. Группа «РУСЭЛТ» [Офиц. сайт] www.ruselt.ru/catalog (дата обращения 20.04.2021).
16. СТО 34.01-3.2.17-014.1—2020. Методические указания по применению вольтодобавочных трансформаторов (пунктов регулирования напряжения) 6–20 кВ и вольтодобавочных трансформаторов 0,4 кВ в линиях электропередачи распределительных сетей.
17. Приказ Минэнерго России № 10 от 17.01.2019 г. «Об утверждении укрупненных нормативов цены типовых технологических решений капитального строительства объектов электроэнергетики в части объектов электросетевого хозяйства».
---
Для цитирования: Асташев М.Г., Ванин А.С., Королев В.М., Панфилов Д.И., Рашитов П.А., Тульский В.Н. Оценка технико-экономического эффекта применения устройств автоматического регулирования напряжения на трансформаторах 10/0,4 кВ в распределительных электрических сетях // Вестник МЭИ. 2021. № 5. С. 27—36. DOI: 10.24160/1993-6982-2021-5-27-36.
---
Работа выполнена: в рамках реализации проекта с использованием мер государственной поддержки развития кооперации российских образовательных организаций высшего образования, государственных научных учреждений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства, предусмотренных постановлением Правительства Российской Федерации № 218 от 9 апреля 2010 г. в рамках прикладного проекта «Разработка и создание высокотехнологичного производства быстродействующих полупроводниковых устройств регулирования выходного напряжения трансформаторов под нагрузкой в составе трансформаторных подстанций класса 6–10/0,4 кВ цифровых распределительных сетей» при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (cоглашение № 075-11-2019-060)
#
1. Godovoy Otchet. M.: Publichnoe Aktsionernoe Obshchestvo «Rosseti», 2018. (in Russian).
2. GOST 32144—2013. Elektricheskaya Energiya. Sovmestimost' Tekhnicheskikh Sredstv Elektromagnitnaya. Normy Kachestva Elektricheskoy Energii v Sistemakh Elektrosnabzheniya Obshchego Naznacheniya. (in Russian).
3. EN 50160:2010. Voltage Characteristics of Electricity Supplied by Public Distribution Networks.
4. Zhulev A.N., Bokov G.S. O Modernizatsii i Razvitii Raspredelitel'nykh Elektricheskikh Setey. Energiya Edinoy Seti. 2013;1(6):22—29. (in Russian).
5. Tul'skiy V.N., Radilov T.V., Korolev V.M., Silaev M.A., Suvorova E.A. Otsenka Kachestva Elektroenergii v Raspredelitel'nykh Elektricheskikh Setyakh. Elektroenergiya. Peredacha i Raspredelenie. 2019;6(57):118—123. (in Russian).
6. Aleksandrov N.V. Osobennosti Ekspluatatsii Sel'skikh Elektricheskikh Setey. Simvol Nauki. 2016;12-2(24):25—29. (in Russian).
7. Tul'skiy V.N., Vanin A.S., Astashev M.G., Panfilov D.I., Korolev V.M. Otsenka effektivnosti Primeneniya Bystrodeystvuyushchikh Poluprovodnikovykh Ustroystv Regulirovaniya v Raspredelitel'nykh Elektricheskikh Setyakh. Elektrotekhnika. 2020;10:37—44. (in Russian).
8. STO 34.01-21.1-001—2017. Raspredelitel'nye Elektricheskie Seti Napryazheniem 0,4–110 kV. Trebovaniya k Tekhnologicheskomu Proektirovaniyu. (in Russian).
9. Kartashev I.I. i dr. Upravlenie Kachestvom Elektroenergii. M.: Izdat. Dom MEI, 2008. (in Russian).
10. Gonen T. Electric Power Distribution Engineering. N.-Y.: CRC press, 2015.
11. E.ON [Ofits. Sayt] www.eon.com (Data Obrashcheniya 20.04.2021).
12. PSI PDOK ZSR. Loesungsbeschreibung. Essen: E.ON.
13. Zhelezko Yu.S. Poteri Elektroenergii. Reaktivnaya Moshchnost'. Kachestvo Elektroenergii: Rukovodstvo dlya Prakticheskikh Raschetov. M.: ENAS, 2009. (in Russian).
14. SP 31-110—2003. Svod Pravil po Proektirovaniyu i Stroitel'stvu. Proektirovanie i Montazh Elektroustanovok Zhilykh i Obshchestvennykh Zdaniy. (in Russian).
15. Gruppa «RUSELT» [Ofits. Sayt] www.ruselt.ru/catalog (Data Obrashcheniya 20.04.2021). (in Russian).
16. STO 34.01-3.2.17-014.1—2020. Metodicheskie Ukazaniya po Primeneniyu Vol'todobavochnykh Transformatorov (Punktov Regulirovaniya Napryazheniya) 6–20 kV i Vol'todobavochnykh Transformatorov 0,4 kV v Liniyakh Elektroperedachi Raspredelitel'nykh Setey. (in Russian).
17. Prikaz Minenergo Rossii № 10 ot 17.01.2019 g. «Ob Utverzhdenii Ukrupnennykh Normativov Tseny Tipovykh Tekhnologicheskikh Resheniy Kapital'nogo Stroitel'stva Ob′ektov Elektroenergetiki v Chasti Ob′ektov Elektrosetevogo Khozyaystva».(in Russian).
---
For citation: Astashev M.G., Vanin A.S., Korolev V.M., Panfilov D.I., Rashitov P.A., Tulskii V.N. Assessment of the Technical and Economic Effect from Using Automatic Voltage Control Devices on 10/0.4 kV Transformers in Power Distribution Networks. Bulletin of MPEI. 2021;5:27—36. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2021-5-27-36.
---
The work is executed: Within the Framework of the Project Implementation, Using Measures of State Support for the Development of Cooperation Between Russian Educational Organizations of Higher Education, State Scientific Institutions and Organizations Implementing Complex Projects for the Creation of High-tech Production, Provided for by the Decree of the Government of the Russian Federation No. 218 of April 9, 2010. Within the Framework of the Applied Project «Development and Creation of High-tech Production of High-speed Semiconductor Devices for Regulating the Output Voltage of Transformers Under Load as Part of Transformer Substations of Class 6–10/0.4 kV Digital Distribution Networks» with the Support of the Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Agreement No. 075-11-2019-060)
