Оценка достоверности математической модели сельской электрической сети 0,4 кВ в Matlab Simulink на примере исследования установившегося режима однофазного короткого замыкания

АКТУАЛЬНОСТЬ. В настоящее время моделирование является одним из наиболее достоверных способов изучения нормальных и аварийных режимов работы электрических сетей. В связи с этим, была разработана математическая модель сельской электрической сети 0,4 кВ в программе MATLAB Simulink.

ЦЕЛЬ. Оценка достоверности получаемых с помощью моделирования в MATLAB Simulink параметров режимов работы сельской электрической сети 0,4 кВ путем оценки значений тока установившегося однофазного короткого замыкания на разном расстоянии от трансформаторной подстанции.

МЕТОДЫ. Токи, полученные на разработанной в MATLAB Simulink модели электрической сети 0,4 кВ, были сравнены с токами, полученными с применением других методов расчета (по ГОСТ 28249-93, упрощенному методу петли «фаза-ноль» и математической модели «Проект РЗА»).

РЕЗУЛЬТАТЫ. Было выявлено, что расхождение результатов в отдельных точках составило 9-11%. При моделировании в MATLAB Simulink режима установившегося однофазного короткого замыкания установлено, что напряжение поврежденной фазы А уменьшается до 0 В, при этом напряжения на двух оставшихся неповрежденных фаз увеличиваются в 1,4-1,5 раза, т.е. в √2 раз до значений 335-354 В при замыкании на выводах трансформатора и до значений 329-338 В при замыканиях за участком линии электропередачи 0,4 кВ.

ВЫВОДЫ. Полученная математическая модель сельской электрической сети 0,4 кВ в программе MATLAB Simulink может использоваться для исследования нормальных и аварийных режимов работы, исследования режимов совместной работы возобновляемых источников энергии с централизованной сетью, процессов включения резервных источников генерации.

1. Dauda A. Folarin. Modeling and Simulation of Faults in Distribution Network System Using MATLAB/Simulink // IOSR Journal of Electrical and Electronics Engineering (IOSR-JEEE) 12.3 (2018): 43-51.

2. Баламетов А.Б., Халилов Э.Д. Mоделирование режимов электрических сетей на основе уравнений установившегося режима и теплового баланса // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. №63(1). С. 66–80. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-1-66-80.

3. Martínez Adrián, Navarro Isaac, Quispe Enrique, Donolo Pablo, Santos Vladimir. MATLAB/Simulink modeling of electric motors operating with harmonics and unbalance // International Journal of Electrical and Computer Engineering. 2022. 12. 4640-4648. DOI: 10.11591/ijece.v12i5.pp4640-4648.

4. Ahmed Salam Hussein, Majli Nema Hawas. Power quality analysis based on simulation and MATLAB/Simulink // Indonesian Journal of Electrical Engineering and Computer Science. №16(3), December 2019, pp. 1144-1153. DOI: 10.11591/ijeecs.v16.i3.pp. 1144-1153.

5. Jarmuda T, Mikulski S, Nawrowski R, Tomczewski A. The use of the MATLAB & SIMULINK environment to simulate the operation of a PV panel with an actual input function // Computer Applications in Electrical Engineering. 2014;12:497-510.

6. Can Hayrettin. Model of a photovoltaic panel emulator in MATLAB-Simulink // Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences. 2013. №21(2). Article 1. https://doi.org/10.3906/elk-1105-29.

7. Esman A.K., Zykov G.L., Potachits V.A., Kuleshov V.K. Simulation of Thin-Film Solar Cells with a CuInSe2 Chalcopyrite Structure // Energetika. Proc. CIS Higher Educ. Inst. and Power Eng. Assoc. 2020. 63(1), 5–13. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-1-5-13.

8. Esman A.K., Kuleshov V.K., Potachits V.A., Zykov G.L. Simulation of Tandem Thin-Film Solar Cell on the Basis of CuInSe2 // Enеrgеtika. Proс. СIS Higher Educ. Inst. аnd Power Eng. Assoc. 2018. 61(5) 385–395. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-5-385-395.

9. Зализный Д. И. Модель фотоэлектрического модуля для библиотеки SimPowerSystems пакета MatLab/Simulink // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. №63(6). С. 515–525. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-6-515-525.

10. Добрего К.В., Козначеев И.А. Моделирование функционального взаимодействия блоков гибридного накопителя электроэнергии // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2023. №66(5). С. 405–422. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-5-405-422.

11. Добрего К.В, Козначеев И.А. Универсальная имитационная модель деградации аккумуляторных батарей с оптимизацией параметров по генетическому алгоритму // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. №65(6). С. 481–498. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2022-65-6-481-498.

12. Добрего К.В., Бладыко Ю.В. Моделирование аккумуляторных батарей и их сборок с учетом деградации параметров // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. №64(1). С. 27–39. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-1-27-39.

13. Млоток А.В., Ершов А.М., Валеев Р.Г., Сидоров А.И. Опытная электрическая сеть напряжением 380 В // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. 2014. №2(19). С. 96-107.

14. Валеев Р.Г., Млоток А.В., Ершов А.М., Сидоров А.И. Моделирование электрической сети напряжением 380 В с воздушными линиями в программной среде MATLAB-Simulink // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2013. №9-10. С. 116-128.

15. Ершов А.М., Хлопова А.В. Физическая модель электрической сети напряжением 10/0,38 кВ // Электробезопасность. 2016. № 2. С. 13-21.

16. Петров, А. Р. Комплексный подход к исследованию функциональных параметров низковольтных коммутационных аппаратов / А. Р. Петров, Е. И. Грачева // Электрические станции. – 2023. – № 11(1108). – С. 29-36. – DOI 10.34831/EP.2023.1108.11.004. – EDN JHFKYO.

17. Грачева Е.И., Горлов А.Н., Алимова А.Н. Исследование и оценка потерь электроэнергии в системах внутрицехового электроснабжения // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2019.Т. 11. №4(44). С. 22-29.

18. Грачева Е.И., Алимова А.Н. Возможные погрешности расчетов потерь электроэнергии в цеховых промышленных сетях // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2018. Т. 20. № 11-12. С. 81-92. DOI: 10.30724/1998-9903-2018-20-11-12-81-92

19. Повышение точности расчета эквивалентных сопротивлений систем электроснабжения промышленных предприятий / Е. И. Грачева, А. Н. Горлов, З. М. Шакурова, Т. В. Табачникова // Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве : Материалы VII Национальной научно-практической конференции, Казань, 09–10 декабря 2021 года. – Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2022. – С. 545-549. – EDN LPICJA.

20. Лансберг А.А. Обоснование параметров компьютерной модели сельской электрической сети 0,4 кВ в MATLAB Simulink // Агротехника и энергообеспечение. 2023. №3(40). С. 36-47.

21. Виноградов А.В., Капитонов А.И., Лансберг А.А., Сорокин Н.С., Фомин И.Н. Определение токов коротких замыканий в сельской электрической сети 10 кВ, секционируемой реклоузерами для осуществления дистанционного контроля их срабатывания // Вестник аграрной науки Дона. 2021. №1(53). С. 34-43.

22. Балабин А.А., Виноградов А.В., Лансберг А.А. Анализ работы и рекомендации по совершенствованию системы накопления электрической энергии, установленной в сельской электрической сети 0,4 кВ // Агроинженерия. 2022. №24(1). С. 72-79.

23. Виноградов А.В., Лансберг А.А., Сорокин Н.С. Характеристика электросетевых компаний по количеству и протяженности линий электропередачи, мощности подстанций // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022. Т. 69. №2(47). С. 31-41.

24. Проект РЗА. Лаборатория РЗА. URL: https://pro-rza.ru/laboratoriya-rza/ (дата обращения: 22.08.2023 г.).

25. Лансберг А.А., Виноградов А.В., Виноградова А.В. Структура парка силовых трансформаторов с высшим напряжением 6-10 кВ на примере электросетевой организации филиала ПАО «Россети Центр»-«Орелэнерго», обслуживающей сельские электрические сети // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. №23(5). С. 34-45.