Всё о трёхфазной системе электроснабжения

Трёхфазная система электроснабжения — частный случай многофазных систем электрических цепей переменного тока, в которых действуют созданные общим источником синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые друг относительно друга во времени на определённый фазовый угол.

Один из вариантов многофазной системы электроснабжения — трехфазная система переменного тока. В ней действуют три гармонические ЭДС одной частоты, создаваемые одним общим источником напряжения. Данные ЭДС сдвинуты по отношению друг к другу во времени (по фазе) на один и тот же фазовый угол, равный 120 градусов или 2*пи/3 радиан.

Первым изобретателем шестипроводной трехфазной системы был Никола Тесла, однако немалый вклад в ее развитие внес и российский физик-изобретатель Михаил Осипович Доливо-Добровольский, предложивший использовать всего три или четыре провода, что дало значительные преимущества, и было наглядно продемонстрировано в экспериментах с асинхронными электродвигателями.

В трехфазной системе переменного тока каждая синусоидальная ЭДС находится в собственной фазе, участвуя в непрерывном периодическом процессе электризации сети, поэтому данные ЭДС иногда именуют просто «фазами», как и передающие данные ЭДС проводники: первая фаза, вторая фаза, третья фаза. Фазы сдвинуты друг относительно друга на 120 градусов, а соответствующие проводники принято обозначать латинскими буквами L1, L2, L3 или A, B, C.

Такая система очень экономична, когда речь идет о передаче электрической энергии по проводам на большие расстояния. Трехфазные трансформаторы менее материалоемки.

Силовые кабели требуют меньше проводящего металла (как правило используется медь), поскольку токи в фазных проводниках, по сравнению с однофазными, имеют меньшие действующие величины, если сравнивать с однофазными цепями аналогичной передаваемой мощности.

Трехфазная система очень уравновешена, и оказывает равномерную механическую нагрузку на энергогенерирующую установку (генератор электростанции), чем продлевает срок ее службы.

При помощи трехфазных токов, пропускаемых через обмотки электрических потребителей — различных установок и двигателей, легко получить вращающееся вихревое магнитное поле, необходимое для работы двигателей и других электроприборов.

Синхронные и асинхронные трехфазные двигатели переменного тока имеют простое устройство, и гораздо экономичнее однофазных и двухфазных, а тем более — классических двигателей постоянного тока.

С трехфазной сетью в одной установке можно получить сразу два рабочих напряжения — линейное и фазное, что позволяет иметь два уровня мощности в зависимости от схемы соединения обмоток — «треугольник» (англоязычный вариант «дельта») или «звезда».

Что касается питания систем освещения, то присоединив три группы ламп — к различным фазам сети каждую, — можно значительно снизить мерцание и избавиться от вредного стробоскопического эффекта.

Перечисленные преимущества как раз и обуславливают широкое применение именно трехфазной системы электроснабжения в большой мировой электроэнергетике сегодняшнего дня.

Звезда

Соединение по схеме «звезда» предполагает соединение концов фазных обмоток генератора в одну общую «нейтральную» точку (нейтраль — N), как и концов фазных выводов потребителя.

Провода, соединяющие фазы потребителя с соответствующими фазами генератора называются в трехфазной сети линейными проводами. А провод, соединяющий между собой нейтрали генератора и потребителя — нейтральным проводом (обознаяается «N»).

При наличии нейтрали, трехфазная сеть получается четырехпроводной, а если нейтраль отсутствует — трехпроводной. В условиях, когда сопротивления в трех фазах потребителя равны друг другу, то есть при условии что Za = Zb = Zc, нагрузка будет симметричной. Это идеальный режим работы для трехфазной сети.

При наличии нейтрали, фазными называются напряжения между любым фазным проводом и нейтральным проводом. А напряжения между любыми двумя фазными проводами именуются линейными напряжениями.

Если сеть имеет схему соединения «звезда», то в условиях симметричной нагрузки соотношения между фазными и линейными токами и напряжениями могут быть описаны следующими соотношениями:

Видно, что линейные напряжения сдвинуты по отношению к соответствующим фазным на угол в 30 градусов (пи/6 радиан):

Мощность при соединении «звезда» в условиях симметричной нагрузки, с учетом известных фазных напряжений можно определить по формуле:

О важности нейтрали и «перекосе фаз»

Хотя при абсолютно симметричной нагрузке питание потребителей возможно по трем проводам линейными напряжениями даже в отсутствие нейтрали, тем не менее если нагрузки на фазах не строго симметричны, нейтраль всегда обязательна.

 Если же при несимметричной нагрузке нейтральный провод оборвется, либо его сопротивление по какой-то причине значительно возрастет, произойдет «перекос фаз», и тогда нагрузки на трех фазах могут оказаться под разными напряжениями — от нуля до линейного — в зависимости от распределения сопротивлений нагрузок по фазам в момент обрыва нейтрали.

А ведь нагрузки номинально рассчитаны строго на фазные напряжения, значит что-то может выйти из строя. Особенно перекос фаз опасен для бытовой техники и электроники, поскольку из-за этого может не просто перегореть какой-нибудь прибор, но и случиться пожар.

Проблема гармоник кратных третьей

Наиболее часто бытовая и другая техника оснащается сегодня импульсными блоками питания, причем без встроенной схемы коррекции коэффициента мощности. Это значит, что моменты потребления ограничиваются тонкими импульсными пиками тока вблизи вершины сетевой синусоиды, когда конденсатор выходного фильтра, установленный после выпрямителя, резко и быстро подзаряжается.

Когда таких потребителей к сети подключено много, возникает высокий ток третьей гармоники основной частоты питающего напряжения. Данные токи гармоник (кратных третьей) суммируются в нейтральном проводнике и способны перегрузить его, несмотря на то, что на каждой из фаз потребляемая мощность не превышает допустимой.

Проблема особенно актуальна в офисных зданиях, где размещено на небольшом пространстве много разной оргтехники. Если бы во всех встроенных импульсных блоках питания имелись схемы коррекции коэффициента мощности, это бы решило проблему.

Треугольник

Соединение по схеме «треугольник» предполагает со стороны генератора соединение конца проводника первой фазы с началом проводника второй фазы, конца проводника второй фазы с началом проводника третьей фазы, конца проводника третьей фазы с началом проводника первой фазы — получается замкнутая фигура — треугольник.

Линейные и фазные напряжения и токи при симметричной нагрузке, применительно к соединению «треугольник», соотносятся следующим образом:

Мощность в трехфазной цепи при соединении треугольником, в условиях симметричной нагрузки, определяется следующим образом:

В нижеприведенной таблице отражены стандарты фазных и линейных напряжений для разных стран:

Проводники разных фаз трехфазной сети, а также нейтральные и защитные проводники традиционно маркируют собственными цветами.

Так поступают для того, чтобы предотвратить поражение электрическим током и обеспечить удобство обслуживания сетей, облегчить их монтаж и ремонт, а также сделать стандартизированной маркировку фазировки оборудования: порядок чередования фаз порой очень важен, например для задания направления вращения асинхронного двигателя, режима работы управляемого трехфазного выпрямителя и т. д. В разных странах цветовая маркировка различна, в некоторых совпадает. 

Ранее ЭлектроВести писали, что немецкая энергетическая компания E.ON подписала контракт с производителем автомобилей BMW на установку и эксплуатацию одной из крупнейших сетей зарядки электромобилей в Германии, которая будет включать более 4,1 тыс. новых зарядных станций.

По материалам: electrik.info.

Однофазная и трехфазная электрическая сеть

 

Вступление

Здравствуй Уважаемый читатель сайта Elesant.ru. Электрический ток «доставляется» до потребителя по высоковольтным линиям электропередач.

Электрический ток линий электропередач имеет высокое напряжение и напрямую не может использоваться потребителями. Для повседневного использования электрического тока доставленного ЛЭП его напряжение нужно понизить.

Для этого возле потребителей устанавливаются специальные трансформаторные подстанции. Трансформаторные подстанции понижают высоковольтное напряжение до номинальных значений пригодных для использования. Остановимся немного на подстанциях.

Трансформаторная подстанция

Трансформаторные подстанции это электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электроэнергии от линий электропередач.

Состоят подстанции из понижающего трансформатора, распределительного устройства (РУ) и устройств управления.

По способу строительства и расположения подстанции подразделяются на пристроенные, встроенные, внутрецеховые. Для загорода наиболее распространены мачтовые и столбовые подстанции.

Основным элементом подстанции является понижающий трансформатор. Понижающие трансформаторы могут быть трехфазные и однофазные. Однофазные трансформаторы используются в комплексе с трехфазными трансформаторами и в основном в сельской местности.

Понижается напряжение в трансформаторах до номинального рабочего напряжения 380 или 220 вольт. Называются эти напряжения линейным и фазным соответственно. А питание потребителей называется соответственно трехфазным и однофазным. Рассмотрим виды питания потребителей подробнее.

Однофазное электрическое питание

Однофазное электропитание запитывает потребителя от одной фазной линии и линии нулевого рабочего провода. Линии для однофазного питания называют однофазными электрическими сетями. Номинальное рабочее напряжение однофазных электрических сетей составляет 220 вольт.

Сами однофазные сети тоже можно разделить в зависимости от рабочих проводников.

Однофазная двухпроводная сеть

В однофазных двухпроводных сетях для электропитания используются два провода: фазного(L) и нулевого (N). Такая электрическая сеть не предусматривает заземление электроприборов. Двухпроводная электрическая сеть была да и остается самой распространенной в старом жилом фонде.

Если у вас дома проводка выполнена проводами с алюминиевыми жилами, скорее всего у вас двухпроводная электрическая сеть.

Пример схемы: однофазная двухпроводная сеть в квартире

Однофазная трехпроводная сеть

В однофазных трехпроводных сетях используются три провода: фазного(L), нулевого (N) и защитного, заземляющего. Третий заземляющий провод предназначен для дополнительной защиты человека от поражений электрическим током. Соединение заземляющего провода с корпусами электроприборов (заземление), позволяет отключать электропитание при замыкании фазного провода на корпус прибора (короткого фазного замыкания). Обозначается PE.

Заземление защищает не только человека от поражений электротоком, но и спасает сами электроприборы от перегораний.

Пример схемы:однофазная трехпроводная сеть в квартире

Трехфазное электрическое питание

При трехфазном питании в электрощит квартиры или ВРУ дома заводится три питающие фазы(L1;L2;L3) и нулевой рабочий проводник(N). Номинальное рабочее напряжение между любыми фазными проводами составляет 380 вольт. Напряжение между любым фазным проводом и рабочим нулем составляет 220 вольт. От электрощита проводка, распределяется по квартире или дому, согласно схеме электропроводки, обеспечивая 220 вольтовое или з80 вольтовое питание для электроприборов.

При расчете трехфазной электросети важно правильно распределить нагрузку между тремя фазами. Неравномерное распределение нагрузки между фазами приведут к перекосу фаз, сильный перекос фаз приведет к аварийной ситуации вплоть до обгорания одной из фаз.

Распределить трехфазное питание по квартире или дому можно электрокабелями с четырьмя или пятью проводами

Трехфазная четырехпроводная электрическая сеть

При четырехпроводной электропроводки электропитание происходит от трех фазных проводов и рабочего нуля. От электрощитка или распределительной коробки проводка распределяется по розеткам и светильникам двумя проводами: каждым фазным и нулевым(L1-N; L2-N; L3-N). Напряжением 220 вольт. На схемах фазы могут обозначаться А, В, С.

Пример схемы: трехфазная четырехпроводная сеть в квартире

Трехфазная пятипроводная электрическая сеть

В трехфазной пятипроводной электрической сети «появляется» пятый заземляющий провод, выполняющий защитные функции. Обозначается (PE)

Важно! Во всех трехфазных сетях важно равномерное распределение нагрузки (потребляемой мощности) между фазами. Опредилять нагрузку сети при трехфазном питании нельзя по основному закону электротехники, зокону Ома. Для расчетов нужно учитывать коэффициент мощности(cosф) и коэффициент спроса (Кспроса). Обычно для квартир cosф=0,90-0,93;Кспроса=0,8. Значение 0,8 принимается, если потребителей более 5.

Пример схемы:трехфазная пятипроводная сеть в квартире

Нормативные ссылки

Правила Устройства Электроустановок(ПУЭ),издание 7.

Другие статьи раздела: Электрические сети

 

 

Трехфазные и однофазные электрические сети

Как известно, по проводам, передающим энергию на расстояние, течет трехфазный ток — так выгоднее. В квартиру он заходит однофазным. Расщепление трехфазной цепи на 3 однофазных происходит во ВРУ. Туда входит пятижильный кабель, а выходит трехжильный (рис, 11.2).

Рис. 11.2. Схема расщепления трехфазной сети на однофазные потребители

На вопрос, куда деваются еще 2, ответ простой: питают другие квартиры. Это не значит, что квартир только 3, их может быть сколько угодно, лишь бы кабель выдержал. Просто внутри щита выполняется схема разъединения трехфазной цепи на однофазные (рис, 11.3). К каждой фазе, отходящей в квартиру, добавляются ноль и заземление, так и получается трехжильный кабель.

Рис. 11.3. Однофазная электрическая цепь

В идеале в трехфазной сети только один ноль. Больше и не надо, поскольку ток сдвинут по фазе относительно друг друга на одну треть. Ноль — это нейтральный проводник, в котором напряжения нет. Относительно земли у него нет потенциала в отличие от фазового, в котором напряжение равно 220 В. В паре «фаза — фаза» напряжение 380 В. В трехфазной сети, к которой ничего не подключено, в нейтральном проводнике нет напряжения. Самое интересное начинает происходить, когда сеть подключается к однофазной цепи. Одна фаза входит в квартиру, где стоят 2 лампочки и холодильник, а вторая — где 5 кондиционеров, 2 компьютера, душевая кабина, индукционная плита и т. д. (рис, 11.4).

Рис. 11.4. Трехфазная электрическая цепь

Понятно, что нагрузка на 2 эти фазы неодинакова и ни о каком нейтральном проводнике речи уже не идет. На нем тоже появляется напряжение, и чем неравномернее нагрузка, тем оно больше.

Фазы уже не компенсируют друг друга, чтобы в сумме получился ноль.

В последнее время ситуация с некомпенсацией токов в такой сети усугубилась тем, что появились новые электроприборы, которые называются импульсными. В момент включения они потребляют намного больше энергии, чем при нормальной работе. Эти импульсные приборы вкупе с разной нагрузкой на фазы создают такие условия, что в нейтральном проводнике (ноле) возникает напряжение, которое может быть раза в 2 больше, чем на любой фазе. Однако нейтраль такого же сечения, что и фазовый провод, а нагрузка больше.

Вот почему в последнее время все чаще возникает явление, называемое отгоранием ноля — нейтральный проводник просто не справляется с нагрузкой и перегорает. Бороться с таким явлением непросто: надо либо увеличивать сечение нейтрального провода (а это дорого), либо распределять нагрузку между 3 фазами равномерно (что в условиях многоквартирного дома невозможно). На худой конец можно купить понижающий разделительный трансформатор, он же стабилизатор напряжения.

В частном доме ситуация получше, поскольку хозяин один и распределить электроэнергию по фазам намного проще. Это даже увлекательное занятие — считать мощность электроприборов и распределять их по фазам, чтобы нагрузка была одинаковой. Все расчеты делаются примерно, и вовсе не значит, что надо включать свет и 2 телевизора, а если заработал столярный станок на улице — это перебор. Все зависит от желания хозяина дома: провести трехфазную сеть или однофазную. Здесь есть свои плюсы и минусы.

Минусов трехфазной сети 2.

1. Напряжение на отдельном участке сильно зависит от работы других. Если перегружена одна из фаз, остальные могут работать некорректно. Проявиться это может как угодно. Чтобы такого не происходило, нужен стабилизатор — вещь недешевая.

ной. Кроме того, нужно знать правила эксплуатации трехфазных сетей.

Плюсов трехфазной сети тоже 2.

1. Трехфазная сеть позволяет получить больше мощности. Если однофазная сеть при суммарной мощности приборов в 10 кВт уже испытывает перегрузки, то трехфазная прекрасно справляется и с 30 кВт. Пример очень простой. Если с линии ЛЭП в дом заходит всего 1 фаза, то при сечении входящего проводника 16 мм¹ максимальная мощность составит всего 14 кВт, а если все 3 фазы — то уже 42 кВт. Разница весьма ощутимая.

Что такое однофазная и трехфазная сеть. Трехфазные и однофазные сети. Отличия. Преимущества и недостатки.

Итак, почему в некоторые электрощитки приходит напряжение 380 В, а в некоторые — 220? Почему у одних потребителей напряжение трёхфазное, а у других — однофазное?

Было время, я задавался этими вопросами и искал на них ответы. Сейчас расскажу популярно, без формул и диаграмм, которыми изобилуют учебники.

Другими словами. Если к потребителю подходит одна фаза, то потребитель называется однофазным, и напряжение его питания будет 220 В (фазное). Если говорят о трехфазном напряжении, то всегда идёт речь о напряжении 380 В (линейное).

Чем три фазы отличаются от одной?

В обоих видах питания присутствует рабочий нулевой проводник (НОЛЬ). Про защитное заземление я , это обширная тема. По отношению к нулю на всех трёх фазах — напряжение 220 Вольт. А вот по отношению этих трёх фаз друг к другу — на них 380 Вольт.

Напряжения в трёхфазной системе

Так получается, потому что напряжения (при активной нагрузке, и ток) на трёх фазных проводах отличаются на треть цикла, т.е. на 120°.

Подробнее можно ознакомиться в учебнике электротехники — про напряжение и ток в трехфазной сети, а также увидеть векторные диаграммы.

Получается, что если у нас есть трехфазное напряжение, то у нас есть три фазных напряжения по 220 В. И однофазных потребителей (а таких — почти 100% в наших жилищах) можно подключать к любой фазе и нулю. Только делать это надо так, чтобы потребление по каждой фазе было примерно одинаковым, иначе возможен перекос фаз.

Кроме того чрезмерно нагруженной фазе будет тяжело и обидно, что другие «отдыхают»)

Преимущества и недостатки

Обе системы питания имеют свои плюсы и минусы, которые меняются местами или становятся несущественными при переходе мощности через порог 10 кВт. Попробую перечислить.

Однофазная сеть 220 В, плюсы

• Простота
• Дешевизна
• Ниже опасное напряжение

Однофазная сеть 220 В, минусы

• Ограниченная мощность потребителя

Трехфазная сеть 380 В, плюсы

• Мощность ограничена только сечением проводов
• Экономия при трехфазном потреблении
• Питание промышленного оборудования
• Возможность переключения однофазной нагрузки на «хорошую» фазу при ухудшении качества или пропадании питания

Трехфазная сеть 380 В, минусы

• Дороже оборудование
• Более опасное напряжение

Когда 380, а когда 220?

Так почему же в квартирах у нас напряжение 220 В, а не 380? Дело в том, что к потребителям мощностью менее 10 кВт, как правило, подключают одну фазу. А это значит, что в дом вводится одна фаза и нейтральный (нулевой) проводник. В 99% квартир и домов именно так и происходит.

Однофазный электрощиток в доме. Правый автомат — вводной, далее — по комнатам. Кто найдёт ошибки на фото? Хотя, этот щиток — одна сплошная ошибка…

Однако, если планируется потреблять мощность более 10 кВт, то лучше — трехфазный ввод. А если имеется оборудование с трехфазным питанием (содержащее ), то я категорически рекомендую заводить в дом трехфазный ввод с линейным напряжением 380 В. Это позволит сэкономить на сечении проводов, на безопасности, и на электроэнергии.

Не смотря на то, что есть способы включения трехфазной нагрузки в однофазную сеть, такие переделки резко снижают КПД двигателей, и иногда при прочих равных условиях можно за 220 В заплатить в 2 раза больше, чем за 380.

Однофазное напряжение применяется в частном секторе, где потребляемая мощность, как правило, не превышает 10 кВт. При этом на вводе применяют кабель с проводами сечением 4-6 мм². Потребляемый ток ограничивается вводным автоматическим выключателем, номинальный ток защиты которого — не более 40 А.

Про выбор защитного автомата я уже . А про выбор сечения провода — . Там же — жаркие обсуждения вопросов.

Но если мощность потребителя — 15 кВт и выше, то тут обязательно нужно использовать трехфазное питание. Даже, если в данном здании нет трехфазных потребителей, например, электродвигателей. В таком случае мощность разделяется по фазам, и на электрооборудование (вводной кабель, коммутация) ложится не такая нагрузка, как если бы ту же мощность брали от одной фазы.

Например, 15 кВт — это для одной фазы около 70А, нужен медный провод сечением не менее 10 мм². Стоить кабель с такими жилами будет существенно. А автоматов на одну фазу (однополюсных) на ток больше 63 А на ДИН-рейку я не встречал.

Поэтому в офисах, магазинах, и тем более на предприятиях применяют только трёхфазное питание. И, соответственно, трёхфазные счетчики, которые бывают прямого включения и трансформаторного включения (с трансформаторами тока).

И на вводе (перед счетчиком) стоят примерно такие «ящички»:

Трехфазный ввод. Вводной автомат перед счетчиком.

Надеюсь, теперь понятно, что такое трехфазное напряжение 380 В и однофазное напряжение 220 В?

Схемы Звезда и Треугольник в трехфазной сети

Существуют различные вариации включения нагрузки с рабочим напряжением 220 и 380 Вольт в трехфазную сеть. Эти схемы называются «Звезда» и «Треугольник».

Когда нагрузка рассчитана на напряжение 220В, то она включается в трехфазную сеть по схеме «Звезда» , то есть к фазному напряжению. При этом все группы нагрузки распределяются так, чтобы мощности по фазам были примерно одинаковы. Нули всех групп соединены вместе и подключены к нейтральному проводу трехфазного ввода.

В «Звезду» подключены все наши квартиры и дома с однофазным вводом, другой пример — подключение ТЭНов в мощных и .

Когда нагрузка на напряжение 380В, то она включается по схеме «Треугольник», то есть к линейному напряжению. Такое распределение по фазам наиболее типично для электродвигателей и другой нагрузки, где все три части нагрузки принадлежат к единому устройству.

Система распределения электроэнергии

Исходно напряжение всегда является трехфазным. Под «исходно» я подразумеваю генератор на электростанции (тепловой, газовой, атомной), с которого напряжение в много тысяч вольт поступает на понижающие трансформаторы, которые образуют несколько ступеней напряжения. Последний трансформатор понижает напряжение до уровня 0,4 кВ и подаёт его конечным потребителям — нам с вами, в квартирные дома и в частный жилой сектор.

Далее напряжение поступает на трансформатор ТП2 второй ступени, на выходе которого действует напряжение конечного потребителя 0,4 кВ (380В). Мощность трансформаторов ТП2 — от сотен до тысяч кВт. С ТП2 напряжение поступает к нам — на несколько многоквартирных домов, на частный сектор, и т.п.

Схема упрощённая, ступеней может быть несколько, напряжения и мощности могут быть другие, но суть от этого не меняется. Только конечное напряжение потребителей одно — 380 В.

Фото

Напоследок — ещё несколько фото с комментариями.

Электрощит с трехфазным вводом, но все потребители — однофазные.

Друзья, на сегодня всё, всем удачи!

Жду отзывов и вопросов в комментариях!

В настоящее время во всем мире получила наибольшее распространение трехфазная система переменного тока .

Трехфазной системой электрических цепей называют систему, состоящую из трех цепей, в которых действуют переменные, ЭДС одной и той же частоты, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 1/3 периода(φ =2π /3). Каждую отдельную цепь такой системы коротко называют ее фазой, а систему трех сдвинутых по фазе переменных токов в таких цепях называют просто трехфазным током .

Почти все генераторы, установленные на наших электростанциях, являются генераторами трехфазного тока . По существу, каждый такой генератор представляет собой соединение в одной электрической машине трех генераторов переменного тока, сконструированных таким образом, что индуцированные в них сдвинуты друг относительно друга на одну треть периода, как это показано на рис. 1.

Рис. 1. Графики зависимости от времени ЭДС, индуцированных в обмотках якоря генератора трехфазного тока

Как осуществляется подобный генератор легко понять из схемы на рис. 2.

Рис. 2. Три пары независимых проводов, присоединенных к трем якорям генератора трехфазного тока, питают осветительную сеть

Здесь имеются три самостоятельных якоря, расположенных на статоре электрической машины и смещенных на 1/3 окружности (120 о). В центре электрической машины вращается общий для всех якорей индуктор, изображенный на схеме в виде .

В каждой катушке одной и той же частоты, но моменты прохождения этих ЭДС через нуль (или через максимум) в каждой из катушек окажутся сдвинутыми на 1/3 периода друг относительно друга, ибо индуктор проходит мимо каждой катушки на 1/3 периода позже, чем мимо предыдущей.

Каждая обмотка трехфазного генератора является самостоятельным генератором тока и источником электрической энергии. Присоединив провода к концам каждой из них, как это показано на рис. 2, мы получили бы три независимые цепи, каждая из которых могла бы питать те или иные электроприемники, например .

В этом случае для передачи всей энергии, которую поглощают , требовалось бы шесть проводов. Можно однако, так соединить между собой обмотки генератора трехфазного тока, чтобы обойтись четырьмя и даже тремя проводами, т. е. значительно сэкономить проводку.

Первый из этих способов, называется соединением звездой (рис. 3).

Рис. 3. Четырехпроводная система проводки при соединении трехфазного генератора звездой. Нагрузки (группы электрических ламп I, II, III) питаются фазными напряжениями.

Будем называть зажимы обмоток 1, 2, 3 началами, а зажимы 1″ , 2″ , 3″ — концами соответствующих фаз.

Соединение звезд заключается в том, что мы соединяем концы всех обмоток в одну точку генератора, которая называется нулевой точкой или нейтралью , и соединяем генератор с приемниками электроэнергии четырьмя проводами: тремя так называемыми линейными проводами , идущими от начала обмоток 1, 2, 3, и нулевым или нейтральным проводом , идущим от нулевой точки генератора. Такая система проводки называется четырехпроводной .

В электрооборудовании жилых многоквартирных домов, а также в частном секторе применяются трехфазные и однофазные сети. Изначально электрическая сеть выходит от электростанции с тремя фазами, и чаще всего к жилым домам подключена сеть питания именно трехфазная. Далее она имеет разветвления на отдельные фазы. Такой метод применяется для создания наиболее эффективной передачи электрического тока от электростанции к месту назначения, а также для уменьшения потерь при транспортировке.

Чтобы определить количество фаз у себя в квартире, достаточно открыть распределительный щит, расположенный на лестничной площадке, либо прямо в квартире, и посмотреть, какое количество проводов поступает в квартиру. Если сеть однофазная, то проводов будет 2 – . Возможен еще третий провод – заземление.

Трехфазные сети в квартирах применяются редко, в случаях подключения старых электроплит с тремя фазами, либо мощных нагрузок в виде циркулярной пилы или отопительных устройств. Число фаз также можно определить по величине входного напряжения. В 1-фазной сети напряжение 220 вольт, в 3-фазной сети между фазой и нолем тоже 220 вольт, между 2-мя фазами – 380 вольт.

Отличия

Если не брать во внимание отличие в числе проводов сетей и схему подключения, то можно определить некоторые другие особенности, которые имеют трехфазные и однофазные сети.

• В случае трехфазной сети питания возможен перекос фаз из-за неравномерного разделения по фазам нагрузки. На одной фазе может быть подключен мощный обогреватель или печь, а на другой телевизор и стиральная машина. Тогда и возникает этот отрицательный эффект, сопровождающийся несимметрией напряжений и токов по фазам, что влечет неисправности бытовых устройств. Для предотвращения таких факторов необходимо заранее распределять нагрузку по фазам перед прокладкой проводов электрической сети.
• Для 3-фазной сети требуется больше кабелей, проводников и выключателей, а значит, денежные средства слишком не сэкономить.
• Возможности однофазной бытовой сети по мощности значительно меньше трехфазной. Если планируется применение нескольких мощных потребителей и бытовых устройств, электроинструмента, то предпочтительно подводить к дому или квартире трехфазную сеть питания.
• Основным достоинством 3-фазной сети является малое падение напряжения по сравнению с 1-фазной сетью, при условии одинаковой мощности. Это можно объяснить тем, что в 3-фазной сети ток в проводнике фазы меньше в три раза, чем в 1-фазной сети, а на проводе ноля тока вообще нет.

Преимущества 1-фазной сети

Основным достоинством является экономичность ее использования. В таких сетях используются трехпроводные кабели, по сравнению с тем, что в 3-фазных сетях – пятипроводные. Чтобы осуществить защиту оборудования в 1-фазных сетях, нужно иметь однополюсные защитные , в то время как в 3-фазных сетях без трехполюсных автоматов не обойтись.

В связи с этим габариты приборов защиты также будут значительно отличаться. Даже на одном электрическом автомате уже есть экономия в два модуля. А по габаритам это составляет около 36 мм, что значительно повлияет при размещении автоматов в . А при установке экономия места составит более 100 мм.

Трехфазные и однофазные сети для частного дома

Расход электроэнергии населением постоянно повышается. В середине прошлого столетия в частных домах было сравнительно немного бытовых устройств. Сегодня в этом плане совсем другая картина. Бытовые потребители энергии в частных домах плодятся не по дням, а по часам. Поэтому в собственных частных владениях уже не стоит вопрос, какие сети питания выбрать для подключения. Чаще всего в частных постройках выполняют сети питания с тремя фазами, а от однофазной сети отказываются.

Но стоит ли трехфазная сеть такого превосходства в установке? Многие считают, что, подключив три фазы, будет возможность пользоваться большим количеством устройств. Но не всегда это получается. Наибольшая допустимая мощность определена в техусловиях на подключение. Обычно, этот параметр составляет 15 кВт на все частное домовладение. В случае однофазной сети этот параметр примерно такой же. Поэтому видно, что по мощности особой выгоды нет.

Но, необходимо помнить, что если трехфазные и однофазные сети имеют равную мощность, то для 3-фазной сети можно применить , так как мощность и ток распределяется по всем фазам, следовательно, меньше нагружает отдельные проводники фаз. Номинальное значение тока автомата защиты для 3-фазное сети также будет ниже.

Большое значение имеет размер , который для 3-фазной сети будет иметь размеры заметно больше. Это зависит от размера трехфазного , который имеет габариты больше однофазного, а также автомат ввода будет занимать больше места. Поэтому распределительный щит для трехфазной сети будет состоять из нескольких ярусов, что является недостатком этой сети.

Но у трехфазного питания есть и свои преимущества, выражающиеся в том, что можно подключать трехфазные приемники тока. Ими могут быть , и другие мощные устройства, что является достоинством трехфазной сети. Рабочее напряжение 3-фазной сети равно 380 В, что выше, чем в однофазном типе, а значит, вопросам электробезопасности придется уделить больше внимания. Также дело обстоит и с пожарной безопасностью.

Недостатки трехфазной сети для частного дома

В результате можно выделить несколько недостатков применения трехфазной сети для частного дома:

1. Нужно получать техусловия и разрешение на подключение сети от энергосбыта.
2. Повышается опасность поражения током, а также опасность возгорания по причине повышенного напряжения.
3. Значительные габаритные размеры распредщита ввода питания. Для хозяев загородных домов такой недостаток не имеет большого значения, так как места у них хватает.
4. Необходим монтаж в виде модулей на вводном щитке. В трехфазной сети это особенно актуально.

Преимущества трехфазного питания для частных домов

1. Есть возможность распределить нагрузку равномерно по фазам, во избежание возникновения перекоса фаз.
2. Можно подключать в сеть мощные трехфазные потребители энергии. Это является наиболее ощутимым достоинством.
3. Уменьшение номинальных значений аппаратов защиты на вводе, а также снижение ввода.
4. Во многих случаях можно добиться разрешения у компании по энергосбыту на повышение допустимого наибольшего уровня мощности потребления электроэнергии.

В итоге, можно сделать вывод, что практически осуществлять ввод трехфазной сети питания рекомендуется для частных строений и домов с жилой площадью более 100 м 2 . Трехфазное питание особенно подходит тем хозяевам, которые собираются установить у себя циркулярную пилу, котел отопления, различные приводы механизмов с трехфазными электродвигателями.

Остальным владельцам частных домов переходить на трехфазное питание не обязательно, так как это может создать только дополнительные проблемы.

Одним из видов систем с множеством фаз, представлены цепи, состоящие из трех фаз. В них действуют электродвижущие силы синусоидального типа, возникающие с синхронной частотой, от единого генератора энергии, и имеют разницу в фазе.

Электрическое напряжение трехфазных сетей

Под фазой, понимаются самостоятельные блоки системы с множеством фаз, имеющие идентичные друг другу параметры тока. Поэтому, в электротехнической области, имеет двойное толкование.

Во-первых, как значение, имеющее синусоидальное колебание, а во-вторых, как самостоятельный элемент в электросети с множеством фаз. В соответствии с их количеством и маркируется конкретная цепь: двухфазная, трехфазная, шестифазная и т.д.

Сегодня в электроэнергетике, наиболее популярными являются цепи с трехфазным током. Они обладают целым перечнем достоинств, выделяющих их среди своих однофазных и многофазных аналогов, так как, во-первых, более дешевы по технологии монтажа и транспортировки электроэнергии с наименьшими потерями и затратами.

Во-вторых, они имеют свойство легко образовывать движущееся по кругу магнитное поле, которое является движущей силой для , которые используются не только на предприятиях, но и в быту, например, в подъемном механизме высотных лифтов и т.д.

Электрические цепи, имеющие три фазы, позволяют одновременно пользоваться двумя видами напряжения от одного источника электроэнергии – линейным и фазным.

Виды напряжения

Знание их особенностей и характеристик эксплуатации, крайне необходимо для манипуляций в электрощитах и при работе с устройствами, питаемыми от 380 вольт:

1. Линейное. Его обозначают как межфазный ток, то есть проходящий между парой контактов или идентичными клеймами разных фаз. Оно определяется разностью потенциалов пары фазных контактов.
2. Фазное. Оно появляется при замыкании начального и конечного выводов фазы. Также, его обозначают как ток, возникающий при замыкании одного из контактов фазы с нулевым выводом. Его величина определяется абсолютным значением разности выводов от фазы и Земли.

Отличия

В обычной квартире, или частном доме, как правило, существует только однофазный тип сети 220 вольт , поэтому, к их щиту электропитания, подведены в основном два провода – фаза и ноль, реже к ним добавляется третий – .

К высотным многоквартирным зданиям с офисами, гостиницами или торговыми центрами, подводится сразу 4 или 5 кабелей электропитания, обеспечивающих три фазы сети 380 вольт.

Почему такое жесткое разделение? Дело в том, что трехфазное напряжение, во-первых, само отличается повышенной мощностью, а во-вторых, оно специфически подходит для питания особых сверхмощных электродвигателей трехфазного типа, которые используются на заводах, в электролебедках лифтов, эскалаторных подъемниках и т.д.

Такие двигатели при включении в трехфазную сеть вырабатывают в разы большее усилие, чем их однофазные аналоги тех же габаритов и веса.

Проводить разводку проводки такого типа можно без использования профессионального оборудования и приборов, достаточно обычных отверток с индикаторами.

Соединяя проводники не нужно монтировать нулевой контакт , ведь вероятность пробоя очень мала, благодаря не занятой нейтрали.

Но такая схема сети имеет и свое слабое место, так как в линейной схеме монтажа крайне сложно найти место повреждения проводника в случае аварии или поломки, что может повысить риск возникновения пожара.

Таким образом, главным отличием между фазным и линейным типами являются разные схемы подключения проводов обмоток источника и потребителя электроэнергии.

Соотношение

Значение напряжения фазы равняется около 58% от мощности линейного аналога . То есть, при обычных эксплуатационных параметрах, линейное значение стабильно и превосходит фазное в 1,73 раза.

Оценка напряжения в сети трехфазного электрического тока, в основном производится по показателям его линейной составляющей. Для линий тока этого типа, подающегося с подстанций, оно, как правило, равняется 380 вольтам, и идентично фазному аналогу в 220 В.

В электросетях с четырьмя проводами, напряжение трехфазного тока маркируется обоими значениями – 380/220 В. Это обеспечивает возможность питания от такой сети устройств, как с однофазным потреблением электроэнергии 220 вольт, так и более мощных агрегатов, рассчитанных на ток 380 В.

Самой доступной и универсальной стала система трехфазного типа 380/220 В , имеющая нулевой провод, так называемое заземление. Электрические агрегаты, работающие на одной фазе 220 В., могут быть запитаны от линейного напряжения при подключении к любой паре фазных выводов.

Электрические агрегаты трехфазного питания работают только при подключении сразу к трем выводам разных фаз.

В этом случае, применение нулевого вывода в качестве заземления, не является обязательным, хотя в случае повреждения изоляции проводов, его отсутствие серьезно повышает вероятность удара током.

Схема

Агрегаты трехфазного тока имеют две схемы подключения в сеть: первая – «звезда», вторая – «треугольником». В первом варианте, начальные контакты всех трех обмоток генератора замыкаются вместе по параллельной схеме, что, как и в случае с обычными щелочными батарейками не даст прироста мощности.

Вторая, последовательная схема подключения обмоток источника тока, где каждый начальный вывод подключается к конечному контакту предыдущей обмотки, дает трехкратный прирост напряжения за счет эффекта суммирования напряжений при последовательном подключении.

Кроме того, такие же схемы подключения имеют и нагрузку в виде электродвигателя, только устройство, подключенное в трехфазную сеть по схеме «звезда», при токе в 2,2 А будет выдавать мощность 2190Вт, а тот же агрегат, подключенный «треугольником», способен выдать в три раза большую мощность — 5570, за счет того, что благодаря последовательному подключению катушек и внутри двигателя, сила тока суммируется и доходит до 10 А.

Имея источник трехфазного напряжения и двигатели, имеющие аналогичную схему подключения, можно получить в разы больше мощности просто за счет эффективного подключения всех агрегатов.

Расчет линейного и фазного напряжения

Сети с линейным током нашли широкое применение за счет своих характеристик меньшей травмоопасности и легкости разведения такой электропроводки. Все электрические устройства в этом случае соединены только с одним фазным проводом, по которому и идет ток, и только он один и представляет опасность, а второй — это земля.

Рассчитать такую систему несложно, можно руководствоваться обычными формулами из школьного курса физики. Кроме того, для измерения этого параметра сети, достаточно , в то время как для снятия показаний подключения фазного типа, придется задействовать целую систему оборудования.

Для подсчета напряжения линейного тока, применяют формулу Кирхгофа:

Уравнение которой гласит, что каждой из частей электрической цепи, сила тока равна нулю — k=1.

И закон Ома:

Используя их, можно без труда произвести расчеты каждой характеристики конкретного клейма или электросети.

В случае разделения системы на несколько линий, может появиться необходимость рассчитать напряжение между фазой и нулем:

Эти значения являются переменными, и меняются при разных вариантах подключения. Поэтому, линейные характеристики идентичны фазовым.

Однако, в некоторых случаях, требуется вычислить чему равно соотношение фазы и линейного проводника.

Для этого, применяют формулу:

Uл – линейное, Uф – фазовое. Формула справедлива, только если — I L = I F .

При добавлении в электросистему дополнительных отводящих элементов, необходимо и персонально для них рассчитывать фазовое напряжение. В этом случае, значение Uф заменяется на цифровые данные самостоятельного клейма.

При подключении промышленных систем к электросети, может появиться необходимость в расчете значения реактивной трехфазной мощности, которое вычисляется по следующей формуле:

Идентичная структура формулы активной мощности:

Примеры расчета:

Например, катушки трехфазного источника тока подключены по схеме «звезда», их электродвижущая сила 220В. Необходимо вычислить линейное напряжение в схеме.

Линейные напряжения в этом подключении будут одинаковы и определяются как:

• U1=U2=U3= √3 Uф=√3*220=380 В.

Трехфазные и однофазные сети одинаково широко используются в электрооборудовании многоквартирных и частных домов. Вообще-то, промышленная сеть изначально трехфазная и в большинстве случаев к многоквартирному дому или улице частных домов подходит именно трехфазная сеть. Потом уже она разветвляется на три однофазные. Это сделано в целях обеспечения максимально эффективной передачи электроэнергии от электростанции к потребителям, а также с целью максимального снижения потерь в процессе транспортировки.

Определить, какая именно сеть идет у вас в квартире достаточно просто. Нужно просто открыть электрический щиток и посмотреть, сколько проводов используется для вашей квартиры. В однофазной сети у вас будет 2 или 3 провода – фаза, ноль и заземляющий проводник. В трехфазной 4 или 5 – фаза A, фаза B, фаза C, ноль и заземляющий проводник. Точно также количество фаз можно определить и по вводным автоматическим выключателям. В однофазной сети их будет 2 или 1 сдвоенный, а в трехфазной – 1 один строенный и одинарный.

Справедливости ради стоит отметить, что трехфазные сети в квартирной электросети используются достаточно редко. Три фазы подают одному абоненту только в случае использования на кухнях старых трехфазных электрических плит или для подключения чрезвычайно мощных потребителей в частных домах (циркулярка, мощные нагревательные и отопительные устройства).

Если сети не имеют каких-то специфических параметров, то их можно различить еще и по значению входного напряжения . В однофазной сети оно равно 220 В, а в трехфазной между одной из фаз и нулем оно также равно 220 В, а между двумя фазами – 380 В.

В чем же отличие однофазной сети от трехфазной применительно к рядовому потребителю?

Если не учитывать различие между количеством проводников в обоих сетях и специфику подключения некоторых особо мощных электроприборов, то можно выделить некоторые «плюсы» и «минусы» обоих сетей.

• При использовании трехфазной сети есть вероятность неравномерного распределения нагрузки на каждую фазу. К примеру, от одной фазы будет запитан мощный нагреватель и электрический котел, а от другой – всего лишь холодильник и телевизор. Тогда будет иметь место неприятный эффект, так называемый «перекос фаз» – несиметрия токов и напряжений, который может повлечь за собой выход из строя некоторых бытовых электроприборов. Чтобы этого избежать необходимо более тщательно планировать распределение нагрузки еще в процессе монтажа электрической сети.
• Трехфазная сеть, в отличие от однофазной требует больше проводов, кабелей и автоматических выключателей, следовательно обойдется намного дороже.
• Однофазная сеть по потенциально возможной мощности уступает трехфазной. Поэтому, если предполагается использование много мощных потребителей, то лучше выбрать второй вариант. Если к примеру в дом с линии электропередач заходит двужильный (трехжильный – в случае с заземляющим проводником) провод сечением 16 мм 2 , то суммарная мощность всех потребителей в доме не может превышать 14 кВт. В случае с использованием того же сечения для трехфазной сети (правда кабель будет 4- или 5-жильным) максимально возможная суммарная мощность будет равна уже 42 кВт.

Какой вариант лучше, зачастую определяется соответствующими органами (представителями организаций), которые контролируют подачу электроэнергии потребителям. Домашнему электромастеру достаточно лишь научиться определять, какая именно сеть используется в данном случае и, исходя из этого производить ремонт или установку внутриквартирной электро фурнитуры.

Трехфазные сети — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Трехфазные сети

Cтраница 1

Трехфазные сети, согласно Правилам устройства электроустановок ( ПУЭ) в СССР, при напряжении до 1000 В применяются или как трехпроводные сети с изолированной нейтралью, или как четырехпроводные сети с заземленной нейтралью. При напряжении выше 1000 В, согласно ПУЭ, применяют сети трехпроводные с изолированной или заземленной нейтралью.  [2]

Трехфазные сети, согласно Правилам устройства электроустановок ( ПУЗ) в СССР, при напряжении до 1000 В применяются или как трехпроводные сети с изолированной нейтралью или как четырехпроводные сети с заземленной нейтралью.  [3]

Трехфазные сети до 1000 В с изолированной нейтралью или однофазные сети до 1000 В с изолированным выводом, питающиеся от трансформатора с высшим напряжением более 1000 В, должны быть защищены пробивным предохранителем. Предохранитель должен быть установлен в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения каждого трансформатора. При эксплуатации должен быть обеспечен контроль исправности пробивных предохранителей.  [4]

Трехфазные сети с глухозазем ленной нейтралью ( рис. 12.13) характеризуются малым сопротивлением заземления нейтрали, которое составляет несколько ом, что значительно меньше сопротивления изоляции фаз относительно земли.  [5]

Трехфазные сети до 1000 В с изолированной нейтралью или однофазные сети до 1000 В с изолированным выводом, питающиеся от трансформатора с высшим напряжением более 1000 В, должны быть защищены пробивным предохранителем. Предохранитель должен быть установлен в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения каждого трансформатора. При эксплуатации должен быть обеспечен контроль исправности пробивных предохранителей.  [6]

Трехфазные сети выполняются трехпроводными на напряжения свыше 1000 В и четырехпроводными — до 1000 В.  [7]

Трехфазные сети на напряжениях 380 / 220 В ( в числителе — линейное напряжение, в знаменателе — фазное) позволяют питать от одного трансформатора трех — и однофазные установки. Трехфазная система 220 / 127 В для вновь проектируемых предприятий не используется, так как она малоэкономична.  [8]

Трехфазные сети, у которых нейтраль трансформатора в нормальном режиме с землей не соединена, называются сетями с изолированной нейтралью.  [9]

Трехфазные сети до 1000 В с изолированной нейтралью или однофазные сети до 1000 В с изолированным выводом, питающиеся от трансформатора с высшим напряжением более 1000 В, должны быть защищены пробивным предохранителем. Предохранитель должен быть установлен в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения каждого трансформатора. При эксплуатации должен быть обеспечен контроль исправности пробивных предохранителей.  [10]

Трехфазные сети, согласно Правилам устройства электроустановок ( ПУЭ) в СССР, при напряжении до 1000 В применяются или как трехпроводные сети с изолированной нейтралью, или как четырехпроводные сети с заземленной нейтралью. При напряжении выше 1000 В, согласно ПУЭ, применяют сети трехпроводные с изолированной или заземленной нейтралью.  [12]

Трехфазные сети до 1000 В с изолированной нейтралью или однофазные сети до 1000 В с изолированным выводом, питающиеся от трансформатора с высшим напряжением более 1000 В, должны быть защищены пробивным предохранителем. Предохранитель должен быть установлен в нейтрали или фазе на стороне низшего напряжения каждого трансформатора. При эксплуатации должен быть обеспечен контроль исправности пробивных предохранителей.  [13]

Трехфазные сети с глухозаземленной нейтралью имеют наиболее широкое распространение. В этих сетях нейтрали генераторов и трансформаторов присоединены к заземляющим устройствам непосредственно. Четвертый провод сети присоединен к заземленной нейтрали, поэтому он называется нулевым.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Регистраторы качества электроэнергии серии Fluke 1740 для трехфазной сети

Talk to a Fluke sales expert

Связаться с Fluke по вопросам обслуживания, технической поддержки и другим вопросам»

Имя *

Фамилия *

Электронная почта *

Компания *

Номер телефона *

Страна * — Select -United States (Estados Unidos)CanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarticaAntigua and BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosБеларусь (Belarus)Belgien/Belgique (Belgium)BelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBonaire, Sint Eustatius and SabaBosnia and HerzegovinaBouvet IslandBotswanaBrasil (Brazil)British Indian Ocean TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicČeská republika (Czech Republic)ChadChile中国 (China)Christmas IslandCittà Di VaticanCocos (Keeling) IslandsCook IslandsColombiaComorosCongoThe Democratic Republic of CongoCosta RicaCroatiaCyprusCôte D’IvoireDanmark (Denmark)Deutschland (Germany)DjiboutiDominicaEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEspaña (Spain)EstoniaEthiopiaFaroese FøroyarFijiFranceFrench Southern TerritoriesFrench GuianaGabonGambiaGeorgiaGhanaGilbralterGreeceGreenlandGrenadaGuatemalaGuadeloupeGuam (USA)GuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard Island and McDonald IslandsHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelIslas MalvinasItalia (Italy)Jamaica日本 (Japan)JordanKazakhstanKenyaKiribati대한민국 (Korea, Republic of)KuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacaoMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMéxico (Mexico)MicronesiaMoldovaMonacoMongoliaMontenegroMonserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNederland (Netherlands)Netherlands AntillesNepalNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorge (Norway)Norfolk IslandNorthern Mariana IslandsOmanÖsterreich (Austria)PakistanPalauPalestinePanamaPapua New GuineaParaguayPerú (Peru)PhilippinesPitcairn IslandPuerto RicoРоссия (Russia)Polska (Poland)Polynesia (French)PortugalQatarRepública Dominicana (Dominican Republic)RéunionRomânia (Romania)RwandaSaint HelenaSaint Pierre and MiquelonSaint Kitts and NevisSaint LuciaSaint Vincent and The GrenadinesSan MarinoSao Tome and PrincipeSaudi ArabiaSchweiz (Switzerland)SenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSouth Georgia and The South Sandwich IslandsSouth SudanSri LankaSudanSuomi (Finland)SurinameSvalbard and Jan MayenSverige (Sweden)SwazilandTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTimor-LesteTokelauTogoTongaTrinidad and TobagoTunisiaTürkiye (Turkey)TurkmenistanTurks and Caicos IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Arab EmiratesUnited KingdomUnited States Minor Outlying IslandsUruguayUzbekistanVanuatuVirgin Islands (British)Virgin Islands (USA)VenezuelaVietnamWallis and FutunaWestern SaharaWestern SamoaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый индекс *

Интересующие приборы

Consent Check

?Отмечая галочкой этот пункт, я даю свое согласие на получение маркетинговых материалов и специальных предложений по электронной почте от Fluke Electronics Corporation, действующей от лица компании Fluke Industrial или ее партнеров в соответствии с политикой конфиденциальности.

Политика конфиденциальности

Leave this field blank

Типы подключения ТЭНов типа ЗВЕЗДА или ТРЕУГОЛЬНИК для трехфазной сети: схемы и примеры :: информационная статья компании Полимернагрев

Трубчатые электронагреватели являются самым популярным типом нагревательных элементов как в промышленности, так и в бытовых приборах. Каждый электрический ТЭН, даже если он рассчитан на 220В, может подключаться как к однофазной, так и к трехфазной сети. Давайте подробно рассмотрим, какие типы подключения к трехфазной сети для нагревателей существуют и какие требования к характеристикам ТЭНов предъявляются для них.

Для подключения электронагревательных элементов к 3-фазной сети применяются такие виды схем:

Если мы имеем не специальные нагреватели, типа блок ТЭНов или сухие керамические ТЭНы, а обычные трубчатые ТЭНы, то для получения равномерной нагрузки необходимо иметь на каждой фазе трехкратное количество электронагревателей. То есть минимальное количество нагревателей будет равно 3. При этом в технических параметрах ТЭНов напряжение питания может быть как 380, так и 200 Вольт.

Для электронагревательных ТЭНов с параметрами напряжения электропитания 220 В нужно использовать тип подключения к 3-фазной сети типа ЗВЕЗДА. А для тех, которые производятся с характеристикой напряжения равной 380 Вольт, возможно применять обе схемы подключения: и вариант ЗВЕЗДА и вариант ТРЕУГОЛЬНИК.

Вариант подключения к трехфазной сети питания типа ЗВЕЗДА

Тип ЗВЕЗДА применяется в сухих ТЭНах от компании Полимернагрев в варианте подключения № 3 с четырьмя болтами в качестве типа токовывода. Также тип подключения «звезда» может применяться при подключении блок ТЭНов ТЭНБ. В данных случаях подключение нагревательных спиралей производится по следующей электрической схеме:

Давайте теперь рассмотрим, как можно подключить нагреватели по данной схеме, если у нас имеются в наличии не специальные, а стандартные электрические воздушные или водяные металлические ТЭНы.

К питающему напряжению должен подключаться только один вывод от каждого ТЭНа. Именно поэтому для подключения к трехфазной сети у нас должно быть кратное трем количество электронагревателей. Остальные же контактные выводы, которые не подключены к напряжению, должны быть соединены в одну так называемую нулевую точку.  Таким образом, мы получаем трехпроводную соединенную нагрузку.

Давайте подробно рассмотрим схему трехпроводного соединения на 380 В для включения 3-х водяных ТЭНов. На первом рисунке вы можете рассмотреть описанную выше схему включения ТЭНов, а на втором к схеме добавляется специальное устройство для подачи напряжения на ТЭНы с защитными переключателями. Как четко видно на схеме, каждый второй токовывод нагревателя подается на фазы А, В и С, а остальные же соединяются вместе. 

Подключая ТЭНы таким образом мы получаем значение напряжения электропитания на каждом электротэне между подключением к сети и нейтральной точкой равное 220 В.

В приведенной схеме можно увидеть, что выводы нагревателей справа подсоединены к фазам А, В, С. Выводы, которые находятся слева — соединяются в общей нейтральной точке. Рабочее напряжение между выводами справа и нейтральной точкой равно 220 Вольт.

Также есть вариант подключения к трехфазной сети ЗВЕЗДА, который использует четырехпроводную схему. При таком способе применяют трехфазное питание с напряжением 230В, а нулевую точку подают на нейтраль источника электропитания.

Тут так же, как и в предыдущем случае, одни выводы соединяются в нулевую точку, а другие подводятся к трехфазной сети. Если соединение с нулевой точкой передавать на нулевую шину источника электропитания, мы получим на каждом нагревателе между питанием и нулем напряжение в 220-230В.

Когда возникает необходимость в полном отключении питания на нагреватели, нужно применять выключатели типа 3+n или же 3р+n, способные функционировать в автоматическом режиме. Автоматы данного типа могут использоваться для полного перевода всех силовых электроконтактов на полностью автоматический рабочий режим.

Давайте рассмотрим, как же на практике следует применять тип подключения ЗВЕЗДА, на примере монтажа ТЭНов в электрокотле.

Подключение нагревателей по схеме ЗВЕЗДА для электрокотла

В электрических нагревательных котлах ТЭНы могут подключаться различными способами, но для демонстранции схемы подключения по типу ЗВЕЗДА опишем вариант установки сухих ТЭНов к 3-фазной сети питания с напряжением 220В.

Высокая мощность водяных сухих ТЭНов накладывает определенные требования к качеству соединений. Надежность соединений должна быть обеспечена высоким качеством термостойких проводов и строгим соответствием всех действий описанной в инструкции схеме.

Первое, что нужно сделать, это при подключении фазных поводов произвести накрутку гайки M4. Далее вам необходимо наложить шайбу и установить кольцевой наконечник провода питания. Следующим шагом будет наложение еще одной такой же шайбы, поверх которой помещается еще одна специальная пружинная шайба гровер. И это все нужно надежно зафиксировать гайкой M4.

Провода, которые выводятся на нейтральную фазу, крепятся при помощи болта типа M8. Провод нейтрали нужно поместить в перемычку, которая находится между контактами отверстий ТЭНа.

Обязательно заземлите корпус нагревательного элемента и проводов питания после того, как подключите все провода на питающие и нулевые контакты ТЭНа. В большинстве случаев в стандартных электрокотлах болт заземления располагается с левой стороны около блока с ТЭНами. К нему мы и должны присоединить провод для заземления.

После подключения проводов следует провести заземление корпуса нагревателя и проводов подключения ТЭНа. Обычно у котлов для заземления с левой стороны у блока электронагревателей находится болт, к которому и следует подключать проводник заземления.

Вы можете использовать для заземления как отдельный провод уравнения потенциалов, так и провод с клеммника заземления блока управления.

Наглядно все вышеописанное вы можете посмотреть на рисунке ниже в виде схемы и фото подключения ТЭНа.

Если вы сделали все в четком соответствии инструкции, подключение блок Тэна электрокотла можно считать завершенным. Останется лишь вернуть защитный кожух на блок нагрева.

В электрических котлах управление нагревом осуществляется на основе данных от термодатчиков. Терморегулирующие устройства находятся на основной панели управления котла. На терморегулятор будут подаваться данные о температуре ТЭНа и температуре теплоносителя. На основе этих показаний и установленных на терморегуляторе настройках автоматикой принимается решение о подаче или отключении питания нагревательных элементов. Пока температура будет меньше установленной, будет подаваться питание, и Тэны будут производить нагрев, а при достижении или превышении порогового значения питание будет отключено и ТЭН прекратит нагреваться. При остывании до нижнего порога ТЭН опять включится.

Терморегулятор позволяет человеку всего один раз установить температуру (верхний и нижний порог) и потом работа электрокотла будет осуществляться в автоматическом режиме, а температура будет поддерживаться на нужном уровне.

Есть вариант использования терморегуляторов с несколькими типами термодатчиков, которые будут не только контролировать нагревание самого ТЭНа, но и температуру воздуха в помещении. Для этого термодатчик нужно установить на расстоянии от котла и теплоносителя.

Вариант подключения к трехфазной сети питания типа ТРЕУГОЛЬНИК

Рассмотрим на схеме второй вариант подключения нагревательных элементов к трехфазной сети под названием ТРЕУГОЛЬНИК. 

При данном варианте нагреватели соединяются между собой последовательно. У нас в итоге должно сформироваться три плеча для фазы А, В и С.  Для примера:

1. Для А фазы – соединяем первый вывод ТЭНа №1 и первый вывод ТЭНа №2

2. Для В фазы – соединяем второй вывод ТЭНа №2 и второй вывод ТЭНа №3

3. Для С фазы – соединяем второй вывод  ТЭНа №1 и первый вывод ТЭНа №3

Теперь, когда мы познакомились с двумя типами подключения ТЭНов, можно рассмотреть зависимость мощности и температуры нагревателей от типа схемы подключения.

Зависимость температуры и мощности нагрева от варианта схемы подключения

Мощность нагревателя – это очень важный параметр, на который многие покупатели ориентируются при покупке ТЭНа. По сути же мощность ТЭНа зависит только от показателя сопротивления греющей спирали. Конечно же, если не использовать трансформаторы и питание от определенной сети будет постоянным. Данное свойство зависимости можно легко вычислить, воспользовавшись простой формулой из школьного курса физики:

Мощность (P) = Напряжение (U) * Сила тока (I)

В данном случае за величину напряжения берем разницу потенциалов между выводами электрического ТЭНа, а силу тока нужно измерять ту, которая будет протекать по греющей спирали.

Силу тока можно вычислить по формуле I=U/R, где R – электрическое сопротивление нагревательной спирали. Теперь подставим данное значение в формулу мощности, и получится, что мощность ТЭНа зависит только от напряжения и сопротивления.

Таким образом, делаем вывод, что при постоянном напряжении сети питания мощность электронагревателя будет меняться только при изменении сопротивления.

Значение сопротивления резистивного элемента в основной массе нагревателей имеет прямую зависимость от значения выделения температуры. Но в нагревателях с нихромовой или фехралевой спиралью, к примеру, в пределах сотни-другой градусов сопротивление практически не изменяется.

В ситуации с высокотемпературными нагревателями из карбида кремния или дисилицид молибдена картина будет совсем другой. В выскотемпературных нагревателях с увеличением температуры сопротивление падает очень значительно в пределах от 5 до 0,5 Ом, что делает их очень выгодными с точки зрения потребления электроэнергии в печах.

Но из-за данного качества высокотемпературных КЭНов их нельзя подключать напрямую даже к сети питания 220В, не говоря уже о 380В. Технически можно произвести подключение к 220в КЭНы, если соединить их последовательным образом. Однако при данном способе будет невозможно контролировать мощность и температурную выработку нагревателей в печи. Для подключения высокотмепературных нагревателей неметаллического типа следует использовать специальные регулируемые трансформаторы или же стандартные статистические ЭМ устройства.

В компании Полимернагрев вы можете купить электронагреватели, которые производятся специально с учетом подключения к трехфазной сети питания. Это сухие керамические ТЭНы, блок Тэны для воды и трехстержневые КЭНы. Тип подключения данных нагревателей зависит от показателя напряжения по схеме звезды или треугольника.

При подключении электрических Тэнов в соответствии со схемой ТРЕУГОЛЬНИК соединяются три нагревательных спирали, у которых равные значения сопротивления и на питание будет подано 380В. Подключение ТЭНов ЗВЕЗДА подразумевает наличие нулевого вывода, а на каждый элемент нагрева будет подаваться 220В. Нулевой провод позволяет подключать потребители с разным значением сопротивления.

Если у вас остались вопросы по типам подключения нагревателей к трехфазной сети, вы можете обратиться к нашим специалистам по телефону в Москве или задайте свой вопрос в форме ниже, мы постараемся подробно ответить вам в самые кратчайшие сроки.

Анализ цепей трехфазной системы — сбалансированное состояние

Электрическая система бывает двух типов: однофазная система и трехфазная система. Однофазная система имеет только один фазный провод и один обратный провод, поэтому она используется для передачи малой мощности.

Трехфазная система имеет три провода под напряжением и один обратный путь. Трехфазная система используется для передачи большого количества энергии. Трехфазная система делится в основном на два типа.Одна представляет собой сбалансированную трехфазную систему, а другая — несбалансированную трехфазную систему.

Состав:

Система балансировки — это система, в которой нагрузка равномерно распределяется по всем трем фазам системы. Величина напряжения остается одинаковой во всех трех фазах и разделена углом 120º.

В системе дисбаланса величина напряжения во всех трех фазах становится разной.

Анализ симметричной трехфазной цепи

Сбалансированные трехфазные цепи всегда лучше решать на основе каждой фазы.Когда трехфазное напряжение питания дается без привязки к линейному или фазному значению, тогда во внимание принимается линейное напряжение.

Следующие шаги приведены ниже для решения симметричных трехфазных цепей.

Шаг 1 — Прежде всего нарисуйте принципиальную схему.

Шаг 2 — Определите X _LP = X _L / фаза = 2πf _L .

Шаг 3 — Определите X _CP = X _C / фаза = 1 / 2πf _C .

Шаг 4 — Определить X _P = X / фаза = X _L — X _C

Шаг 5 — Определить Z _P = Z / фаза = √R ² _P + X ² _P

Шаг 6 — Определите cosϕ = R _P / Z _P ; коэффициент мощности отстает, когда X _LP > X _CP , и опережает, когда X _CP > X _LP .

Шаг 7 — Определите фазу V.

Для соединения звездой V _P = V _L / √3 и для соединения треугольником V _P = V _L

Шаг 8 — Определите I _P = V _P / Z _P .

Шаг 9 — Теперь определите линейный ток I _L .

Для соединения звездой I _L = I _P и для соединения треугольником I _L = √3 I _P

Шаг 10 — Определите активную, реактивную и полную мощность.

Анализ несимметричной трехфазной цепи

Анализ трехфазной несимметричной системы немного затруднен, и нагрузка подключается по схеме звезды или треугольника. Эта тема подробно обсуждается в статье «Преобразование звезды в треугольник и преобразование из дельты в звезду».

Подключение трехфазной системы

В трехфазном генераторе переменного тока три обмотки. Каждая обмотка имеет два вывода (начало и конец). Если к каждой фазной обмотке подключена отдельная нагрузка, как показано на рисунке ниже, то каждая фаза питается как независимая нагрузка через пару проводов.Таким образом, для подключения нагрузки к генератору потребуется шесть проводов. Это сделает всю систему сложной и дорогостоящей.

Следовательно, для уменьшения количества линейных проводов трехфазные обмотки генератора переменного тока соединяются между собой. Соединение обмоток трехфазной системы может быть выполнено двумя способами:

Соединение звездой или звездой (Y) См. Также: Соединение звездой в 3-фазной системе

Соединение по сетке или треугольнику (Δ). См. Также : Соединение треугольником в 3-фазной системе

Подключение трехфазных нагрузок в трехфазной системе

Поскольку трехфазное питание подключается по схеме звезды и треугольника. Точно так же трехфазные нагрузки также подключаются либо по схеме звезды, либо по схеме треугольника. Трехфазная нагрузка, подключенная в звезду, показана на рисунке ниже:

Подключение трехфазных нагрузок в треугольник показано на рисунке ниже:

Трехфазные нагрузки могут быть сбалансированными или несбалансированными, как описано выше.Если три нагрузки Z ₁ , Z ₂ и Z ₃ имеют одинаковую величину и фазовый угол, то трехфазная нагрузка называется сбалансированной. При таких подключениях все фазные или линейные токи и все фазные или линейные напряжения равны по величине.

границ | Трехфазное четырехпроводное совместное управление фотоэлектрическим инвертором и ESS для низковольтных распределительных сетей с высокой долей фотоэлектрических модулей на основе OPF

Введение

В последние годы, в связи с быстрым развитием экономики, загрязнение окружающей среды и энергетический кризис становится все более заметным.Для достижения устойчивого развития энергетики активно продвигается производство энергии из фотоэлектрических и других возобновляемых источников (Zehar and Sayah, 2008). Однако крупномасштабная бытовая интеграция фотоэлектрических элементов повлияет на узловое напряжение и сетевые потери трехфазной четырехпроводной структуры низковольтной распределительной сети. Несоответствие между бытовой фотоэлектрической генерацией и бытовой нагрузкой приводит к нарушению верхнего предела напряжения в течение дня и нижнего предела в вечернее время (Aziz and Ketjoy, 2017).Кроме того, трехфазная четырехпроводная структура низковольтной распределительной сети приведет к трехфазной несбалансированности при наличии трехфазных нагрузок и асимметричных параметров линии (Pansakul and Hongesombut, 2014). Поэтому важно провести исследования по использованию фотоэлектрических элементов для трехфазной четырехпроводной системы низковольтной распределительной сети.

В настоящее время существует большое количество литературы по использованию фотоэлектрических систем в распределительных сетях.Регулирование напряжения может выполняться путем регулировки положения РПН под нагрузкой (Liu et al., 2012). Однако в результате ограничения положения ответвления величина регулирования напряжения не является непрерывной. Также частое регулирование ответвлений приводит к сокращению срока службы трансформаторов. Другой метод — уменьшить активную мощность фотоэлектрических элементов (Tonkoski, 2009; Reinaldo et al., 2011), чтобы подавить возникновение перенапряжения, однако это снизит доход владельцев фотоэлектрических устройств.Кроме того, этот метод выполняет только регулировку напряжения и не улучшит использование фотоэлектрических элементов в распределительной сети. Возможность регулирования реактивной мощности фотоэлектрического инвертора (Qian et al., 2018) может быть использована для использования фотоэлектрических элементов. По сравнению с двумя предыдущими методами, этот метод имеет более плавный контролируемый объем и не потребует дополнительных инвестиций или потери доходов от генерации. Однако могут быть недостатки в виде недостаточной реактивной мощности, приводящие к неудовлетворительному регулированию напряжения.В настоящее время оборудование для хранения энергии также широко используется для регулирования напряжения после подключения низковольтной распределительной сети к фотоэлектрической. В частности, в большом количестве литературы изучается метод согласованного управления накопителем энергии и инвертором реактивной мощности (Zhang et al., 2020). Эта стратегия может эффективно подавить превышение предела напряжения, полностью использовать возможности оборудования за счет координации оборудования, значительно снизить затраты на регулирование напряжения и потери в сети.Хотя в трехфазной четырехпроводной системе на одну нейтральную линию больше, чем в трехфазной четырехпроводной системе, стратегия управления, принятая в трехфазной трехпроводной системе, по-прежнему применима к трехфазной четырехпроводной системе. Следовательно, если учесть инвестиционные затраты, для трехфазной трехпроводной низковольтной распределительной сети и трехфазной четырехпроводной низковольтной распределительной сети с одинаковой нагрузкой и контрольным оборудованием имеется только разрыв нейтральной линии. в их инвестиционных затратах.

Проблема OPF распределительной сети требует рассмотрения осуществимости модели и решения. С точки зрения модели, задача OPF состоит в том, чтобы найти оптимальное состояние регулируемой переменной энергосистемы, чтобы целевые функции, такие как потери в сети и эксплуатационные расходы распределительной сети, достигли оптимизации. Литература (Gill et al., 2014) основана на предпосылке обеспечения безопасной работы энергосистемы и направлена ​​на максимизацию производства фотоэлектрической энергии и ее преимуществ для создания динамической модели оптимального потока мощности активной распределительной сети.Литература (Alsenani and Paudyal, 2018) направлена ​​на минимизацию потерь в сети, предлагая модель OPF для устранения трехфазного дисбаланса в распределительной сети. Однако в приведенной выше литературе не учитывается, что низковольтная распределительная сеть на самом деле представляет собой трехфазную четырехпроводную систему. Нейтральный провод делает трехфазную трехпроводную систему и трехфазную четырехпроводную систему существенно разными методами расчета и другими аспектами (Bozchalui and Sharma, 2014). Напряжение и ток нейтральной линии, а также напряжение и ток фазной линии должны соответствовать закону Кирхгофа, который нельзя получить напрямую с помощью методов, аналогичных симметричным компонентам в трехфазной трехпроводной системе.Трехфазная трехпроводная модель не может точно отразить трехфазный дисбаланс. Однако исследований по модели трехфазной четырехпроводной системы на ОБТК сравнительно мало.

Для решения OPF ученые установили модель OPF как модель линейного или нелинейного программирования и непосредственно решили ее на основе алгоритмов искусственного интеллекта, таких как генетический алгоритм (Martins and Carmenlt, 2011), алгоритм роя частиц (Niknam et al. ., 2012) и т. Д. Однако скорость решения невысока и может легко попасть в локальную оптимизацию вместо глобальной.Другие ученые использовали выпуклую модель релаксации выпуклости, которая сначала исключала фазовый угол напряжения и тока, а затем использовала конусную релаксацию второго порядка для выпуклости исходной модели (Bose et al., 2016; Tian et al., 2016; Ju et al., 2017; Zafar et al., 2020). Однако, поскольку решения OPF, такие как конусы второго порядка, должны устранять фазовый угол между напряжением и током, этот метод не может рассчитать напряжение и ток на нейтральной линии. Следовательно, его нельзя применять к трехфазной четырехпроводной системе.В настоящее время исследование направлено только на решение некоторых конкретных проблем, таких как минимизация потерь в сети, трехфазного дисбаланса и т. Д. Немного Практически не уделяется внимания реальной модели трехфазной четырехпроводной системы распределения низкого напряжения. сети. Для трехфазной четырехпроводной модели ОБТК не предложено никакого эффективного метода решения. Следовательно, необходимо предложить метод расчета для ОБТК трехфазной четырехпроводной распределительной сети.

Основные вклады в этот документ резюмируются следующим образом.

(1) Из-за отсутствия исследований трехфазной четырехпроводной модели OPF СИСТЕМЫ в существующих литературных исследованиях, в этой статье устанавливается модель OPF, основанная на оптимальном скоординированном управлении генерированием фотоэлектрической энергии и накоплением энергии для трехфазных четырех -проводная низковольтная распределительная сеть, нацеленная на потерю сети, трехфазный дисбаланс и отклонение напряжения, и принимая в качестве ограничений напряжение нейтральной линии, фотоэлектрические элементы и накопление энергии.

(2) Поскольку обсуждается, что метод решения OPF в настоящем исследовании не применим к модели в этой статье, предлагается решение выпуклого процесса оптимальной модели потока мощности, основанное на использовании фотоэлектрических элементов в низковольтной распределительной сети.На основе установленной модели оптимального потока мощности трехфазной четырехпроводной низковольтной распределительной сети все вогнутые функции в модели преобразуются в выпуклые функции. После этого трехфазная четырехпроводная модель OPF может быть эффективно решена.

Остающийся документ имеет следующую структуру. В разделе 2 представлены математические формулировки топологии трехфазной четырехпроводной низковольтной распределительной сети и низковольтных компонентов, содержащих фотоэлектрические элементы и аккумуляторы энергии.Раздел 3 устанавливает модель координированного управления фотоэлектрическими элементами и накопителями энергии в трехфазной четырехпроводной системе низковольтной распределительной сети. В разделе 4 предлагается метод решения, основанный на трехфазном четырехпроводном оптимальном потоке мощности. Раздел 5 демонстрирует эффективность предложенного метода оптимизации посредством моделирования. Раздел 6 завершает исследование.

Уравнение трехфазной четырехпроводной низковольтной распределительной сети с фотоэлектрическими и накопителями энергии Заголовки

Сетевые уравнения, содержащие фотоэлектрические и накопление энергии в трехфазной четырехпроводной низковольтной распределительной сети

Топология сети трехфазной четверки Распределительная сеть низкого напряжения

Распределительная сеть низкого напряжения (LVDN) в Китае имеет трехфазную четырехпроводную структуру.Модель распределительной сети между двумя шинами (m-1) и m показана на рисунке 1. Эта модель имеет только один опорный узел, который является нейтральным узлом в начале линии. Все остальные узлы принимают это за точку отсчета. Модель содержит две шины (m-1) и m. Каждая шина состоит из четырех узлов: (4i-3), (4i-2), (4i-1), (4i) и (4j-3), (4j-2), (4j-1), и (4j), представляющие три фазы a, b и c на сборных шинах (m-1) и m соответственно, и нейтральную линию n. Каждая фазовая линия имеет свой собственный импеданс, а связь между каждой фазовой линией выражается взаимным импедансом.Линии фаз a, b и c подключены к нейтральной линии через нагрузку, образуя замкнутый контур.

РИСУНОК 1 . Модель трехфазной четырехпроводной распределительной сети низкого напряжения.

Модель ответвления

В соответствии с топологией LVDN трехфазная четырехпроводная система между любыми двумя шинами (m-1) и m может быть представлена ​​последовательной матрицей импеданса 4 × 4.

Zl, m = [ZaaZabZacZanZbaZbbZbcZbnZcaZcbZccZcnZnaZnbZncZnn] (1)

, где Z _gg — диагональный элемент матрицы последовательного импеданса, который представляет собой внутреннее сопротивление трех фаз и сопротивление трех фаз. нейтральная линия n; Z _gh — это недиагональный элемент матрицы последовательного импеданса (g ≠ h), который представляет собой взаимное сопротивление между трехфазным a, b, c и нейтральной линией n.

Чтобы получить общую модель LVDN, все формулы расчета представлены в матрице. Следовательно, матрица проводимости Y узла LVDN с m шинами может быть выражена как:

Yl = [Zl, 1−1 + ∑k∈c (1) Zl, k − 1 ⋯ — (Zl, m − 1 + ∑ k∈c (m) Zl, k − 1) ⋮ ⋱ ⋮ — (Zl, m − 1 + ∑k∈c (m) Zl, k − 1) ⋯ Zl, m − 1 + ∑k∈c (m) Zl, k − 1] (2)

где c (m) представляет собой набор шин, соединенных с шиной m; Zl, m − 1 — обратная матрица матрицы последовательного импеданса, подключенного между шинами (m-1) и m; ∑k∈c (m) Zl, k − 1 — это сумма обратных матриц всей матрицы последовательного импеданса, подключенной к сборной шине m.

Подставляя уравнение 1 в уравнение 2, можно получить общую матрицу проводимости узла LVDN.

Y = [Yl11Yl12 ⋯ Yl12 ⋯ Yl1NYl21Yl22 ⋯ Yl2i ⋯ Yl2N ⋮⋮ ⋮ ⋱ ⋮ Yli1Yli2 ⋯ Ylii ⋯ YliN ⋮⋮ ⋱ ⋮ ⋮ YlN1YlN2 ⋯ YlNN2 (9011 YlN — количество узлов N000 в 9011 ⋯ YlN). LVDN.

Подключения нагрузки в низковольтной распределительной сети

Фотоэлектрические накопители энергии в низковольтных распределительных сетях очень распространены, эффективное использование экологически чистой энергии и контроль напряжения распределительной сети имеют очень очевидный эффект.

Как показано на рисунке 2, на примере фазы b. Фотоэлектрическая система, нагрузка и накопитель энергии подключены к однофазной сети распределительной сети. Фаза b и нейтраль n соединены в замкнутый контур.

РИСУНОК 2 . Иллюстрация подключения PV, НАГРУЗКИ и ESS на фазе b.

Фотоэлектрические системы, нагрузка и накопители энергии используют модель постоянной мощности для получения тока инжекции в узле i.

Ii (t) = (PPV, i (t) + PESS, i (t) −PLOAD, i (t)) — j (QPV, i (t) −QLOAD, i (t)) Uφ, i ∗ ( 4)

, где PPV, i (t), QPV, i (t) представляют собой фотоэлектрическую активную мощность и реактивную мощность узла i в момент времени t; PLOAD, i (t), QLOAD, i (t) представляют активную и реактивную мощность нагрузки в узле i в момент времени t; PESS, i (t) представляет собой активную мощность накопителя энергии в узле i в момент времени t.Если накопитель энергии не подключен, значение равно 0.

Накопитель Модель

Регулирование мощности заряда и разряда накопителя энергии является эффективным способом управления напряжением. Когда в течение дня вырабатывается большое количество фотоэлектрической энергии и она не может быть полностью поглощена электросетью, чрезмерная энергия может быть поглощена за счет накопления энергии. Накопитель энергии высвобождает активную мощность, чтобы компенсировать нехватку электроэнергии в сети вечером, когда фотоэлектрическая энергия не вырабатывает и потребность в энергии высока.Состояние заряда (SOC) накопителя энергии является важным показателем для измерения емкости заряда и разряда накопителя энергии. Он представляет собой отношение оставшейся емкости заряда и разряда системы накопления энергии к ее полной емкости. Выражается в процентах. Диапазон значений [0,1]. SOC на следующем временном шаге тесно связан с SOC на текущем временном шаге. SOC накопления энергии может быть выражено как:

SOCESS, i (t + Δt) = SOCESS, i (t) −Pcharge, i (t) ηchargeΔtEN + Pdischarge, i (t) ΔtηdischargeEN (5)

где SOCESS, i ( t) представляет SOC накопителя энергии узла i в момент времени t; SOCESS, i (t + Δt) представляет SOC накопления энергии узла i на следующем временном шаге; Δ t — временной интервал; E _N — емкость накопителя энергии; ηcharge, ηdischarge — эффективность зарядки и разрядка накопителя энергии; В момент времени t Pcharge, i (t), Pdischarge, i (t) представляет мощность зарядки накопителя и мощность разрядки узла i.

Фотоэлектрический инвертор Модель

Модель полностью использует реактивную мощность фотоэлектрических инверторов для регулирования напряжения. Фотогальваника поглощает реактивную мощность для снижения перенапряжения и генерирует реактивную мощность для повышения пониженного напряжения. Соотношение между регулируемой реактивной мощностью и инвертором составляет

QPV, φmax = ± SPV, φ2 − PPV, φ2, φ∈abc (6)

где QPV, φmax — максимальная выходная реактивная мощность инвертора, установленного в фаза φ (узел i). S _{pv, φ} — номинальная мощность фотоэлектрического инвертора, установленного в фазе φ , что в 1,1 раза больше номинальной активной мощности. P _{pv, φ} — активная фотоэлектрическая мощность, установленная в фазе φ .

Матрица трехфазного четырехпроводного алгоритма потока мощности для низковольтной распределительной сети

Согласно теории цепей, напряжение и ток узла должны удовлетворять уравнению напряжения узла.В трехфазной четырехпроводной системе уравнение узлового напряжения LVDN может быть получено через матрицу узловой проводимости.

где [V (t)] представляет собой матрицу, содержащую напряжение каждого узла в момент времени t, ее размер равен N × 1; [Iin (t)] — это матрица, составленная из тока, подаваемого каждым узлом в момент времени t, и ее размер составляет N × 1. Каждый элемент Ii (t) матрицы [Iin (t)] может быть получен с помощью уравнения 4 .

Чтобы получить напряжение каждого узла, уравнение 7 может быть изменено

[V (t)] = [Y] -1 [Iin (t)] (8)

Решив уравнение 8, напряжение каждого узел можно получить.

[V1 (t) V2 (t) ⋮ Vi (t) ⋮ VN (t)] = [Yl11Yl12 ⋯ Yl1i ⋯ Yl1NYl21Yl22 ⋯ Yl2i ⋯ Yl2N ⋮⋮ ⋱ ⋮ ⋱ ⋮ Yli1Yli2 ⋯ Ylii ⋯ YlN ⋱ ⋯ YlNi ⋯ YlNN] −1 [I1 (t) I2 (t) ⋮ Ii (t) ⋮ IN (t)] (9)

Однако матрица проводимости узлов [Y] является сингулярной матрицей, которая не может быть обратной. Следовательно, необходимо улучшить матрицу проводимости узлов [Y].

Y ‘= [E0 ⋯ 0 ⋯ 0Yl51Yl52 ⋯ Yl5i ⋯ Yl5N ⋮⋮ ⋱ ⋮ ⋱ Yli1Yli2 ⋯ Ylii ⋯ YliN ⋮⋮ ⋱ ⋱ ⋮ YlN1YlN2 ⋯ YlNi ⋯ YlNN] (902 — тождественная матрица с a 902, где a 902). размер 4 × 4.

Модель скоординированного управления фотоэлектрическими элементами и накопителями энергии в трехфазных четырехпроводных низковольтных распределительных сетях

Метод скоординированного управления фотоэлектрическими элементами и накопителями энергии для трехфазных четырехпроводных низковольтных распределительных сетей. Сеть распределения напряжения, предложенная в этой статье, относится к идее управления, предложенной в (Zhang et al., 2020), которая представляет собой двухэтапную стратегию распределенного управления инвертором и накопителем энергии. Он сначала регулирует реактивную мощность инвертора, а затем регулирует активную мощность накопителя энергии во время управления напряжением.

Цель Функция

Управление оптимизацией LVDN включает несколько задач оптимизации. В этой статье целью является минимизация потерь в сети, трехфазного дисбаланса и отклонения напряжения. Установлена ​​трехфазная четырехпроводная система модель ОБТК.Переменными оптимизации являются фотоэлектрическая реактивная мощность и активная мощность накопителя энергии. Проблема с несколькими целями преобразуется в проблему с одной целью путем взвешивания. Общая целевая функция может быть выражена как

minF = ω1F / F1ref1 + ω2F2 / F2ref + ω3F3 / F3ref (11)

, где F — значение целевой функции; F ₁ , F ₂ , F ₃ — значение целевой функции потерь в сети, трехфазного дисбаланса и отклонения напряжения; F _{1 ref} , F _{2 ref} и F _{3 ref} являются эталонными значениями каждой целевой функции, которые используются в качестве ссылки для стандартизации каждой целевой функции. на единицу.В этой статье потери в сети, трехфазный дисбаланс и отклонение напряжения без контроля используются в качестве опорных значений. ω ₁ , ω ₂ и ω ₃ являются весовыми значениями каждой целевой функции и должны соответствовать ω1 + ω2 + ω3 = 1 и ω1≥0, ω2≥0, ω3 ≥0.

(1) Потери в сети

Потери в сети — важный показатель для измерения экономичности LVDN. Целевая функция для расчета сетевых потерь LVDN:

F1 = ∑t = 1TPloss (t) ⋅Δt = ∑t = 1T [[Iline (t)] ∗ ⊗ [Iline (t)]] T⋅ [R ] ⋅Δt (12)

где [Iline (t)] = [Iline, 1abc (t) Iline, 1n (t) ⋯ Iline, (m − 1) abc (t) Iline, (m − 1) abc (t) )] T; [R] = [R1abcR1n R (m − 1) abcR (m − 1) n] T; [Iline (t)] представляет собой комплексную матрицу, содержащую амплитуду и фазовый угол тока ответвления в момент времени t, с размером l × 1, где l представляет количество ответвлений в распределительной сети; [Iline, mabc (t)] представляет токи трех фаз a, b и c на линии m-сегмента в момент времени t, с размером 3 × 1; [Iline, mn (t)] представляет ток нейтральной линии n на линии m-сегмента в момент времени t с размером l × 1; R — сопротивление ветви размером l × 1; Rmabc включает значение сопротивления трех фаз a, b и c на линии m-сегмента с размером 3 × 1; Rmn представляет собой значение сопротивления нейтральной линии n на линии m-сегмента с размером l × 1.Определяется новый символ операции ⊗, который представляет собой умножение соответствующих элементов двух матриц.

(2) Коэффициент трехфазной несимметрии

Коэффициент несимметрии напряжения (VUF) также является важным показателем в LVDN. Определение может быть отношением фундаментальной составляющей отрицательной последовательности к фундаментальной составляющей положительной последовательности.

УВУФ, m (t) = | V-, m (t) V +, m (t) | = | Va, m (t) + αVb, m (t) + α2Vc, sm (t) Va, m (t ) + α2Vb, m (t) + αVc, m (t) | (13)

где Va, m (t), Vb, m (t), Vc, m (t) представляют собой напряжение каждой фазы на шине m ; V-, m (t) представляет собой напряжение обратной последовательности; V +, m (t) представляет собой напряжение прямой последовательности; α = 1∠120∘.

В качестве целевой функции возьмем минимизацию трехфазного дисбаланса каждой шины в распределительной сети:

F2 = ∑t = 1T∑i = 1lUVUF, m (t) (14)

, где l представляет количество ветвей в LVDN.

(3) Отклонение напряжения

Разница между фактическим напряжением каждой точки и номинальным напряжением системы называется отклонением напряжения. Целевая функция для расчета отклонения напряжения LVDN:

ΔUφ = (Uφ, m (t) −UNUN) 2 (15) F3 = ∑t = 1T∑m∑φ∈abcΔUφ (16)

где ΔUφ представляет собой отклонение напряжения определенной фазы в определенном узле в определенное время; U _N представляет стандартное напряжение системы.

При выборе целевого веса в основном учитывается важность различных показателей в модели оптимизации. Поскольку сетевые потери тесно связаны с эксплуатационными расходами распределительной сети, чем меньше значение, тем лучше результаты. Трехфазный дисбаланс соответствует требованиям GB / T 12,325–2008 «Несимметрия трехфазных напряжений качества электроэнергии». Допустимое значение неуравновешенности напряжений в точке подключения к электросети общего пользования при нормальной работе электросети составляет 2%, и не должно превышать 4% за короткое время.То есть VUF менее 2% может соответствовать требованиям. Следовательно, экономика (сетевые потери) является основной задачей оптимизационной модели в этой статье, и ее вес должен быть больше веса трехфазного дисбаланса. В этой статье сначала используются веса двух целевых функций 0,85 и 0,15. Влияние различных весов на эффект контроля будет более подробно проанализировано в разделе тематического исследования.

Ограничения

(1) Ограничения тока ветви

где Iij (t) представляет ток ветви ij, которая соединяет узел i и узел j; Iij, max представляет максимально допустимое значение тока ветви.В этой бумаге используется 100А.

(2) Ограничения по напряжению

Для амплитуды напряжения каждого узла на фазах a, b и c в соответствии с национальными стандартами должен быть максимальный и минимальный предел для обеспечения безопасной работы электросети.

Vi, min≤ | Vi (t) | ≤Vi, max (18)

где | Vi (t) | представляет амплитуду напряжения узла i в момент времени t; Vi, min представляет собой минимально допустимое напряжение в узле i, Vi, max представляет собой максимально допустимое напряжение. Согласно GB / T 12,325–2008 «Допустимый диапазон напряжения качества электроэнергии», отклонение однофазного напряжения питания 220 В составляет −10–7% от номинального напряжения.

(3) Ограничения напряжения нейтральной линии

| Vi, нейтраль (t) | ≤Vneutral, max, i∈n (19)

где | vi, нейтраль (t) | представляет амплитуду напряжения узла i на нейтральной линии в момент времени t; Vneutral, max представляет собой максимально допустимое значение напряжения нейтральной линии. Согласно DL / T 620–1997 «Координация защиты от перенапряжения и изоляции для электрических установок переменного тока», скорость смещения напряжения нейтральной точки должна быть менее 15% от фазного напряжения.

(4) Ограничения мощности фотоэлектрических инверторов

Реактивная мощность фотоэлектрических инверторов не безгранична, а активная мощность и мощность фотоэлектрических инверторов должны соответствовать определенным ограничениям.

Pφ2 + Qφ2≤Sφ2, φ∈abc (20)

где P _φ указывает активную мощность фотоэлектрического инвертора, подключенного к фазе ^φ ; Q _φ указывает реактивную мощность фотоэлектрического инвертора, подключенного к фазе ^φ ; S _φ указывает мощность фотоэлектрического инвертора, подключенного к фазе ^φ .

(5) Ограничения накопления энергии

Пределы SOCESS в момент времени t:

SOCESS, min≤SOCESS, i (t) ≤SOCESS, max (21)

где SOCESS, min, SOCESS, max представляют минимум и максимум допустимый SOC накопителя энергии. Эта статья занимает 20 и 80%.

Возьмем один день как цикл зарядки и разрядки накопителя энергии, начальное состояние каждого цикла должно быть одинаковым.

SOCESS, i (t0) = SOCESS, i (tn) (22)

где SOCESS, i (t0) представляет начальный SOC дня, SOCESS, i (tn) представляет SOC в конце дня.

Кроме того, накопитель энергии должен соответствовать ограничениям по мощности зарядки и разрядки.

{Pcharge, i, minDischarge, i (t) ≤Pcharge, i (t) ≤Pcharge, i, maxDcharge, i (t) Pdischarge, i, minDdischarge, i (t) ≤Pdischarge, i (t) ≤Pdischarge, i, maxDdischarge, i (t) Dcharge, i (t) + Ddischarge, i (t) ≤1 (23)

, где Pcharge, i, min, Pcharge, i, max представляют минимальное и максимальное значения мощности заряда накопителя энергии ; Pdischarge, i, min, Pdischarge, i, max представляют минимальное и максимальное значения разрядной мощности накопителя энергии; Dcharge, i (t), Ddischarge, i (t) — двоичные переменные.

(6) Ограничения мощности на межкоммутаторной линии

После того, как большая часть фотоэлектрических элементов будет интегрирована, возникнет явление перетока мощности от LVDN к электросети верхнего уровня. Чтобы обеспечить нормальную работу каждого устройства, соединительная линия между зоной низковольтной станции и электросетью верхнего уровня должна соответствовать пределу мощности.

Pcon, min≤Pcon (t) ≤Pcon, max (24)

где Pcon, min, Pcon, max представляют верхний и нижний предел связующей линии. Значение не должно быть больше номинала распределительного трансформатора.Pcon (t) представляет собой фактическую мощность соединительной линии в момент времени t.

Метод решения, основанный на модели оптимального потока мощности в трехфазной четырехпроводной системе

В этой статье используется комплексная форма для представления как величины, так и фазового угла переменных, а модель оптимизации содержит невыпуклые нелинейные ограничения. Следовательно, проблема OPF — это проблема невыпуклого программирования. Получить глобальное оптимальное решение сложно. Для решения задачи все переменные разбиты на действительную и мнимую части.Для уравнения 8 это можно упростить следующей формулой.

[В] = [Vre + jVre] = [Re (Y) + Im (Y)] — 1⋅ [Iin, re + jIin, im] (25)

Следовательно, действительная и мнимая части напряжения каждого узла могут можно представить:

[Vre] = [Re (Y)] — 1⋅ [Iin, re] — [Im (Y)] — 1⋅ [Iin, im] (26) [Vim] = [Im (Y)] −1⋅ [Iin, re] + [Re (Y)] — 1⋅ [Iin, im] (27)

(1) Верхнее ограничение напряжения

Напряжение делится на действительную и мнимую части. Суть ограничения верхнего напряжения заключается в том, что длина модуля комплексного числа меньше указанного значения.

Vi, re2 (t) + Vi, im2 (t) ≤Vi, max2 (28)

где Vi, re (t) представляет собой действительную часть напряжения узла i в момент времени t; Vi, re (t) представляет мнимую часть напряжения узла i в момент времени t; Vi, max представляет собой максимально допустимое значение напряжения узла i.

(2) Ограничение по нижнему напряжению

Ограничение по нижнему напряжению — это вогнутая функция, которую трудно решить, и трудно поддерживать оптимальность решения. Следовательно, это ограничение можно линеаризовать, чтобы обеспечить оптимизацию выпуклой функции.

−D1a [Vi, re (t)] — D2a [Vi, im (t)] ≤ − Vi, min, i∈a (29) −D1b [Vi, re (t)] — D2b [Vi, im ( t)] ≤ − Vi, min, i∈b (30) −D1c [Vi, re (t)] — D2c [Vi, im (t)] ≤ − Vi, min, i∈c (31)

, где D _{1 a,} D _{2 b} , D _{1 a} , D _{2 b} , D _{1 a} D _{2 b} представляет коэффициенты ограничения нижнего напряжения фазы a, b и c, результаты метода решения равны 1.001, 0, -0,5005, -0,8668, -0,5005 и 0,8668 соответственно. Vi, min — минимально допустимое напряжение.

(3) Трехфазный дисбаланс

Хотя отрицательная и положительная составляющие тока являются выпуклыми функциями, их соотношение является вогнутой функцией. Следовательно, ограничение трехфазного дисбаланса должно быть выпуклым. В реальной распределительной сети текущее значение прямой последовательности тока ответвления намного больше, чем текущее значение обратной последовательности. Длина модуля могла быть примерно равна среднему току ветви.Следовательно, формула трехфазного дисбаланса может быть аппроксимирована следующим образом:

UVUF, m (t) = | V−, m (t) V +, m (t) | ≅ | Vφ (t) Va, m (t) + α2Vb , m (t) + αVc, m (t) | (32)

где Vφ (t) обозначает номинальное напряжение фазы φ .

Следовательно, ограничение дисбаланса может быть представлено следующим образом:

VUFbus2 (t) ≤VUFbus, max2 (33)

(4) Ограничение напряжения нейтральной линии

Напряжение нейтральной линии разделено на действительную и мнимую части.

Vi, re2 (t) + Vi, im2 (t) ≤Vneutral, max2, i∈N (34)

где Vneutral, max представляет собой максимально допустимое значение напряжения нейтральной линии.

(5) Ограничения по току ветви

Значение тока ветви ограничено:

, где Iij (t) представляет ток ветви ij, соединяющей узел i и узел j в момент времени t; Iij, max представляет максимально допустимое значение тока ветви.

Используйте форму множественного числа при решении Iij.

Iij = YijVij = Yij (Vi − Vj) (36)

Левая часть уравнения. 35 может быть:

| Iij | = | Yij || Vij | = (Gij2 + Bij2) ⋅ (Vi, re − Vj, re) 2+ (Vi, im − Vj, im) 2 (37)

Удалите радикал и далее выпукло формулу расчета:

| Iij | 2 = | Yij | 2⋅ | Vij | 2 = (Gij2 + Bij2) ⋅ [(Vi, re − Vj, re) 2+ (Vi, im − Vj, im) 2] (38)

Следовательно, ограничение по току ветви может быть:

Благодаря выпуклой обработке модели исходная невыпуклая нелинейная задача преобразуется в легко решаемую задачу выпуклого программирования.Исходная задача имеет глобальную оптимальность. Она решается с помощью метода ветвей и границ и метода секущих плоскостей, включенных в зрелый пакет алгоритмов CPLEX. В этой статье платформа YALMIP используется для разработки программы координированного управления фотоэлектрическими накопителями на основе OPF в операционной среде MATLAB, которая вызывает профессиональный пакет алгоритмов CPLEX и напрямую вычисляет глобальное оптимальное решение исходной задачи оптимального управления.

Настройки моделирования

Трехфазная четырехпроводная низковольтная распределительная сеть с 21 шиной использовалась для исследований моделирования, см. Рисунок 3.Длина всех линий \ 50 м. Номинальное напряжение 380 В. Собственное сопротивление линии Zii = 0,650 + j0,412 Ом / км, взаимное сопротивление Zij = (0,01 × Zii) Ом / км. Каждая шина может быть подключена к однофазной или трехфазной фотоэлектрической системе, а трехфазная может регулироваться независимо. Номинальная мощность однофазной фотоэлектрической генерации составляет 5 кВт, а мощность инвертора в 1,1 раза превышает номинальную активную мощность. Накопитель энергии подключается к шине 4 и шине 13 через трехфазное соединение и может регулироваться независимо.Расчетная энергоемкость накопителя энергии составляет 20 кВтч. Эффективность зарядки и разрядки составляет 0,94. Верхний предел мощности накопления энергии каждой фазы составляет 4 кВт. Весовые коэффициенты равны ω1 = 0,7, ω2 = 0,2 и ω2 = 0,1.

РИСУНОК 3 . Распределительная сеть низкого напряжения с 21 автобусом.

Кривая мощности фотоэлектрической панели показана на Рисунке 4A. Это значение на единицу, при этом пиковое значение является базовым. Поскольку фактическое расстояние передачи электроэнергии в низковольтной распределительной сети невелико, такие условия, как температура и свет, не будут сильно отличаться.Таким образом, типичные дневные кривые фотоэлектрической мощности, подключенные к каждому узлу, аналогичны. Типичная дневная кривая нагрузки показана на рисунке 4B, которая также рассчитана на единицу стоимости. Значения на единицу типичных кривых нагрузки на каждой шине аналогичны. Для получения подробной информации о PV и базовых данных нагрузки каждого узла.

РИСУНОК 4 . Типичные дневные кривые мощности. (A) Кривая выходной мощности PV. (B) Кривая нагрузки.

Повышение уровня нарушения напряжения, потери сети и трехфазного дисбаланса

Эффективность метода контроля в этой статье проверяется путем сравнения результатов расчета различных показателей распределительной сети с «без контроля» и «под контролем».

(1) Сравнение напряжений

Поскольку нагрузка на фазе b выше, чем на других двух фазах, а интеграция фотоэлектрических модулей на фазе b является максимальной, фаза b берется в качестве примера для сравнения напряжения с управлением и без него. См. Рисунок 5 для результатов моделирования. Синяя полоса показывает напряжение перед управлением. Когда выработка фотоэлектрической энергии высока в течение дня, нагрузки находятся в периоде низкого потребления, а напряжение превышает верхний предел. Это приведет к обратному потоку мощности и трехфазному дисбалансу.Вечером фотоэлектрические батареи не выходят из строя, и нагрузки находятся в периоде пикового потребления. Напряжение ниже нижнего предела. Несоответствие времени между фотоэлектрическими элементами и нагрузками приводит к более высокому напряжению в течение дня и более низкому напряжению вечером. Красная полоса указывает на предложенную схему управления, и видно, что нарушение напряжения может быть эффективно подавлено. Когда дневное напряжение превышает верхний предел, фотоэлектрический инвертор поглощает реактивную мощность и подавляет нарушение напряжения.Когда реактивной мощности инвертора недостаточно, накопитель энергии заряжается, а напряжение поддерживается посредством скоординированного управления фотоэлектрическим инвертором и накопителем энергии. Напряжение регулируется в пределах 1,07 о.е. Это может не только компенсировать недостатки, связанные с превышением запаса реактивной мощности инвертора, когда напряжение превышает предел, но также и недостаток, при котором SOC достигает предела и не может далее заряжаться или разряжаться. Совместное управление этими двумя устройствами позволяет регулировать напряжение оптимальным образом.Вечером, когда электроснабжения недостаточно, энергия, накопленная в накопителе энергии в течение дня, полностью используется для поддержания напряжения электросети выше 0,9 о.е.

(2) Сравнение трехфазного дисбаланса

РИСУНОК 5 . Метод контроля узлового напряжения. Узловое напряжение под контролем. (A) напряжение фазы a (B) напряжение фазы b (C) напряжение фазы c. Узловое напряжение под контролем. (A) напряжение фазы a (B) напряжение фазы b (C) напряжение фазы c.

Без управления, поскольку нагрузка подключена несимметрично, а фотоэлектрические системы подключены через однофазное соединение, это приводит к серьезному трехфазному дисбалансу. Дисбаланс может достигать 10,8%. С контролем, предложенным в этой статье, весь дисбаланс ограничен в пределах 2%. Максимальное значение составляет 0,59% в 12:00. Это связано с тем, что выработка фотоэлектрической энергии достаточна, а нагрузка мала, крупномасштабное однофазное фотоэлектрическое соединение приводит к максимальному трехфазному дисбалансу. Однако дисбаланс все равно меньше требуемых 2%.Таким образом, предложенный метод управления эффективно снижает трехфазный дисбаланс.

(3) Сравнение потерь в сети

Суммарные потери в распределительной сети без контроля составляют 83,21 кВтч. Когда верхний предел напряжения днем ​​или нижний предел напряжения ночью, потери в сети самые большие днем. Это связано с тем, что обратный поток мощности, который возникает, когда фотоэлектрическая мощность велика в течение дня, создает дополнительные сетевые потери в сети, а большая нагрузка увеличивает потери в сети в вечернее время.Кроме того, трехфазный дисбаланс, вызванный асимметричным подключением фотоэлектрических элементов и нагрузок, заставляет нейтральную линию генерировать ток, что еще больше увеличивает потери в сети. Согласно схеме управления, общие потери в сети составляют 65,87 кВтч, и потери в сети велики, когда фотоэлектрическая мощность велика в течение дня. В то же время улучшается трехфазный дисбаланс, что снижает ток нейтрали до нуля и дополнительно снижает потери в сети. Таким образом, метод, предложенный в этой статье, эффективно снижает потери в сети.

(4) Изменения SOC фотоэлектрических модулей и аккумуляторов при предложенном управлении

Реактивная мощность фотоэлектрических модулей на шине 16 приведена на рисунке 7. Поскольку шина расположена в конце линии, наиболее вероятно возникновение нарушения напряжения. . С помощью предложенной схемы фотоэлектрическая реактивная мощность регулируется для улучшения превышения предела напряжения и трехфазного дисбаланса. Видно, что когда верхняя граница напряжения днем ​​очевидна. Фотогальваника поглощает реактивную мощность и смягчает нарушение верхнего предела напряжения.

РИСУНОК 6 . Сравнение трехфазных дисбалансов. ВУФ без контроля. VUF под контролем.

РИСУНОК 7 . Реактивная мощность PV под контролем.

На рисунке 8 показана мощность зарядки и разрядки накопителя энергии на шине 13. Поскольку шина расположена в конце линии, это также точка, где наиболее вероятно возникновение нарушения напряжения. В дневное время избыточная энергия используется для зарядки накопителей энергии. Вечером, когда спрос на электроэнергию высок, накопитель энергии разряжается, чтобы удовлетворить спрос.

РИСУНОК 8 . Активная мощность СЭ под контролем.

На рисунке 9 показаны изменения SOC накопителя энергии на шине 13. Около 10:00 выработка фотоэлектрической энергии продолжает расти с увеличением интенсивности света. В это время нагрузка составляет минимальное значение в течение дня. Накопитель энергии начинает переходить в состояние зарядки, а SOC продолжает увеличиваться с 20%. Примерно в 15:00 накопитель энергии достигает максимального предела энергии на уровне 80%. Во время заката, вслед за уменьшением интенсивности света, мощность фотоэлектрического инвертора непрерывно снижается, в то время как нагрузки начинают увеличиваться до периода пиковой нагрузки.Накопитель энергии начинает разряжаться для питания нагрузки. SOC начинает снижаться до достижения нижнего предела энергии на уровне 20%. Это не повлияет на действие накопителя энергии в следующем цикле.

РИСУНОК 9 . SOC СЭ под контролем.

Сравнение результатов различных методов управления

Целевой вес указывает на важность каждого показателя в целевой функции. Следовательно, эффективность управления связана со значением веса. Среди трех целевых функций модели наиболее важными являются потери в сети и коэффициент трехфазного дисбаланса.В этом разделе вес отклонения напряжения всегда поддерживается равным 0. Анализируется эффективность управления с различными весами сетевых потерь и коэффициентом трехфазного дисбаланса. На рисунке 9 показаны результаты контроля различных схем взвешивания.

Из результатов видно, что изменение отклонения напряжения в целевой функции очень мало влияет на результаты, почти не меняется, поэтому здесь можно пренебречь весом отклонения напряжения и влиянием потери в сети и влияние трехфазного дисбаланса на результаты могут быть проанализированы.Сделаны следующие выводы.

(1) Учитывается только индекс трехфазного дисбаланса. В настоящее время эффект контроля трехфазного дисбаланса распределительной сети является оптимальным, достигая минимального значения 0,52%. Однако потери в сети сильно ухудшаются, достигая максимального значения 78,31 кВтч.

(2) Когда вес потери сети составляет 0,05, а вес трехфазного дисбаланса равен 0,9, вес корректируется незначительно. Индекс сетевых потерь резко меняется.Хотя потери в сети намного меньше, трехфазный дисбаланс по-прежнему составляет 0,52%.

(3) Вес потерь в сети еще больше увеличивается, а вес трехфазного дисбаланса еще меньше. Потери в сети немного уменьшены, но не очевидны, а трехфазный дисбаланс составляет 0,52%. Когда вес трехфазного дисбаланса уменьшается до 0,1, можно увидеть только незначительные изменения, но все еще в пределах национального стандарта (2%).

(4) Учитывайте только индекс сетевых потерь. Хотя потери в сети могут достигать минимального значения 45.77 кВтч, влияние управления на трехфазную несимметрию сети неочевидно. В это время трехфазный дисбаланс составляет 9,48%, что намного превышает указанные 2%.

Таким образом, исходя из предположения, что потери в сети и трехфазный дисбаланс находятся в пределах национального стандартного диапазона, разумное значение веса определяется на основе принципа, согласно которому трехфазный дисбаланс и потери в сети существенно не увеличиваются. Это может обеспечить безопасность работы энергосистемы, а также снизить ее эксплуатационные расходы.Следовательно, индекс трехфазного дисбаланса имеет меньший вес.

Сравнение моделирования трехфазной трехпроводной и трехфазной четырехпроводной системы

Чтобы проверить превосходство метода управления, предложенного в этой статье, трехфазная трехпроводная система с использованием конуса второго порядка Сравнивается и анализируется релаксационное решение и трехфазная четырехпроводная система на базе OPF, предложенная в данной статье. Поскольку модель оптимизации конуса второго порядка не может рассчитать трехфазный дисбаланс, результаты этого метода сравниваются с результатами модели конуса второго порядка, основанной на трехфазной трехпроводной системе.

Как видно из таблицы 2, по сравнению с трехфазной трехпроводной системой и трехфазной четырехпроводной системой общие потери в сети отличаются на 3,41 кВтч, а потери в трехфазной четырехпроводной нейтрали составляют 4,07 кВтч. При одинаковых условиях моделирования разница между полными потерями в двух типах распределительных сетей приблизительно равна потерям в нейтральной линии. Кроме того, потери каждой фазы у двух моделей совершенно разные. Например, потеря фазы трехфазной трехпроводной системы составляет 15.84 кВтч, а потеря фазы трехфазной четырехпроводной системы составляет 18,79 кВтч. В это время потери в сети и отклонение напряжения трехфазной трехпроводной системы имеют высокие погрешности. Следовательно, в трехфазной симметричной низковольтной распределительной сети нейтраль не имеет тока. Эти два типа распределительных сетей могут быть приблизительно эквивалентными. Для трехфазной несимметричной низковольтной распределительной сети расчет трехфазной трехпроводной системы приведет к ошибкам.

ТАБЛИЦА 1 .Результат при разных стратегиях.

ТАБЛИЦА 2 . Результат при другой строчной структуре.

Заключение

В данной работе были изучены проблемы подключения крупномасштабной бытовой фотоэлектрической системы к трехфазной четырехпроводной низковольтной распределительной сети, включая нарушение напряжения и трехфазную несимметрию. Предлагается низковольтный фотоэлектрический накопитель энергии на основе метода кооперативного управления трехфазной четырехпроводной сетью OPF.

(1) Для низковольтной распределительной сети с высокой долей фотоэлектрических элементов предложенный метод совместного управления фотоэлектрическим накопителем энергии может полностью улучшить технические показатели энергосистемы.Напряжение узла можно контролировать в диапазоне 0,9–1,07 о.е., а также эффективно снижать трехфазный дисбаланс и потери в сети.

(2) Предлагаемый трехфазный четырехпроводной алгоритм оптимального потока мощности преодолевает недостатки существующего метода, который не может точно рассчитать напряжение и ток нейтральной линии. Это обеспечивает правильность результатов расчета оптимизации сети в случае трехфазной неуравновешенности. Имеет хорошую адаптируемость к низковольтной распределительной сети.

(3) В целевой функции потери в сети, трехфазный дисбаланс и вес отклонения напряжения по-разному влияют на результаты контроля. Вес потерь в сети более чувствителен к целевой функции, чем трехфазный дисбаланс и отклонение напряжения. Эффект управления лучше, когда вес потери сети установлен в диапазоне 0,7–0,9.

Заявление о доступности данных

Исходные материалы, представленные в исследовании, включены в статью / дополнительные материалы, дальнейшие запросы можно направить соответствующему автору.

Вклад авторов

Работа является совместной работой авторов. JF разработала модель координированного управления, TL внесла свой вклад в введение, SG и YW внесли свой вклад в модели активной мощности REG с несколькими состояниями с учетом ошибок прогноза, KT и YD участвовали в тематическом исследовании.

Финансирование

Это исследование финансировалось Пекинской ключевой лабораторией энергосберегающих технологий распределительных трансформаторов (Китайский научно-исследовательский институт электроэнергетики), грант № 51201_0.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Приложение

ТАБЛИЦА A1 . Трехфазная четырехпроводная испытательная система с 21 шиной.

Ссылки

Алсенани, Т. Р., и Паудьял, С. (2018). «Распределенный подход для решения задач оптимального потока мощности в трехфазных несбалансированных распределительных сетях», на конференции по энергетике австралийских университетов (AUPEC) 2018 г., Окленд, Новая Зеландия, 29–30 ноября 2018 г. (IEEE), 1–6.

Google Scholar

Азиз, Т., и Кетджой, Н. (2017). Пределы проникновения фотоэлектрических модулей в сети низкого напряжения и колебания напряжения. IEEE Access 5 (99), 1. doi: 10.1109 / ACCESS.2017.2747086

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bose, A., Tian, ​​Z., Wu, W., and Zhang, B. (2016). Смешанная целочисленная модель конусного программирования второго порядка для оптимизации VAR и реконфигурации сети в активных распределительных сетях. IET Gener. Трансм. Дистриб. 10 (8), 1938–1946.doi: 10.1049 / iet-gtd.2015.1228

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Bozchalui, M., and Sharma, R. (2014). Оптимальная работа накопителей энергии в системах распределения с возобновляемыми энергоресурсами . 2014 г. Конференция по энергетическим системам университета Клемсона, Клемсон, Южная Каролина, 11–14 марта 2014 г. (IEEE).

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Gill, S., Kockar, I., and Ault, G. (2014). Оптимальный динамический поток мощности для активных распределительных сетей. IEEE Trans.Power Syst. 29 (1), 121–131. doi: 10.1109 / TPWRS.2013.2279263

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ju, Y., Wu, W., Lin, Y., Ye, L., and Ge, F. (2017). Трехфазная модель оптимального потока нагрузки и алгоритм для активных распределительных сетей . Общее собрание IEEE Power and Energy Society, Чикагол, Иллинойс, 16–20 июля 2017 г. (IEEE), 1–5.

Google Scholar

Лю X., Айчхорн А., Лю Дж. И Ли Х. (2012). Скоординированное управление распределенной системой накопления энергии с трансформаторами РПН для снижения повышения напряжения при высоком проникновении фотоэлектрических элементов. IEEE Trans. Smart Grid 3 (2), 897–906. doi: 10.1109 / TSG.2011.2177501

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартинс, В. Ф., и Карменлт, Л. Т. Б. (2011). Интегрированное планирование активной распределительной сети с учетом неопределенностей распределенной генерации и реакции на нагрузку. IEEE Trans. Power Syst. 26 (4), 2164–2172. doi: 10.1109 / TPWRS.2011.2122347

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Niknam, T., Narimani, M. R., Aghaei, J., and Azizipanah-Abarghooee, R.(2012). Улучшенная оптимизация роя частиц для многоцелевого оптимального потока мощности с учетом стоимости, потерь, выбросов и индекса стабильности напряжения. IET Gener. Трансм. Дистриб. 6 (6), 515–527. doi: 10.1049 / iet-gtd.2011.0851

CrossRef Полный текст | Google Scholar

О’Нил, Р. П., Кастильо, А., и Каин, М. (2012). Формулировка IV и линейные аппроксимации задачи оптимального потока мощности переменного тока . Вашингтон, округ Колумбия: Технический персонал Федеральной комиссии по регулированию энергетики.Бумага.

Google Scholar

Пансакул, К., и Хонгесомбут, К. (2014). Анализ дисбаланса напряжения из-за солнечных панелей на крыше в низковольтной жилой распределительной системе . 2014 Международный конгресс по электротехнике (iEECON), Чонбури, Таиланд, 19–21 марта 2014 г. (IEEE).

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Qian, M., Qin, H., Zhao, D., Chen, N., Jiang, J., Wang, B., et al. (2018). Многоуровневая стратегия управления реактивной мощностью для фотоэлектрической электростанции на основе анализа чувствительности .2018 Китайская международная конференция по распределению электроэнергии (CICED), Тяньцзинь, Китай, 17–19 сентября 2018 г. (IEEE), 1838–1842 гг.

Google Scholar

Рейнальдо Т., Лопес Л. и Тарехм Х. М. Э.-Ф. (2011). Скоординированное ограничение активной мощности фотоэлектрических инверторов, подключенных к сети, для предотвращения перенапряжения. IEEE Trans. Поддерживать. Энергия 2 (2), 139–147. doi: 10.1109 / TSTE.2010.2098483

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Tian, ​​Z., Wu, W., Zhang, B., и Бозе, А. (2016). Смешанная целочисленная модель конусного программирования второго порядка для оптимизации VAR и реконфигурации сети в активных распределительных сетях. IET Gener. Трансм. Дистриб. 10 (8), 1938–1946. doi: 10.1049 / iet-gtd.2015.1228

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тонкоски, Л. (2009). Регулировка напряжения в радиальных распределительных фидерах с высоким проникновением фотоэлектрических элементов . 2009 Конференция IEEE Energy 2030, Атланта, Джорджия, 1–7 сентября 2009 г. (IEEE).

Google Scholar

Зафар Р., Равишанкар Дж., Флетчер Дж. Э. и Пота Х. Р. (2020). Оптимальная диспетчеризация аккумуляторной системы хранения энергии с использованием выпуклых релаксаций в несбалансированных распределительных сетях. IEEE Trans. Indust. Сообщить. 16 (1), 97–108. doi: 10.1109 / TII.2019.2912925

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zehar, K., and Sayah, S. (2008). Оптимальный поток энергии с ограничениями окружающей среды с использованием алгоритма быстрого последовательного линейного программирования: приложение к алжирской энергосистеме. Energy Convers. Manag. 49 (11), 3362–3366. doi: 10.1016 / j.enconman.2007.10.033

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Zhang, B., Tang, W., Cai, Y., Wang, Z., Li, T., and Zhang, H. (2020). Стратегия распределенного управления бытовым фотоэлектрическим инвертором и накопителем энергии на основе консенсусного алгоритма. Авто. Избрать. Power Syst. 44 ​​(02), 86–96. doi: 10.7500 / AEPS201

005

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Трехфазная сеть с компенсацией серии — MATLAB и Simulink

В этом примере показано использование трехфазных блоков для изучения переходных процессов в системе передачи 735 кВ с последовательной компенсацией

G.Sybille (Hydro-Quebec)

Описание

Трехфазная система электроснабжения, 60 Гц, 735 кВ, передающая мощность от электростанции, состоящей из шести генераторов мощностью 350 МВА, в эквивалентную сеть через линию электропередачи протяженностью 600 км. Линия электропередачи разделена на две линии по 300 км, соединенные между автобусами B1, B2 и B3. Для увеличения пропускной способности каждая линия последовательно компенсируется конденсаторами, составляющими 40% реактивного сопротивления линии. Обе линии также имеют шунтирующую компенсацию реактивным сопротивлением шунта 330 Мвар.Оборудование параллельной и последовательной компенсации расположено на подстанции B2, где трансформатор 300 МВА 735/230 кВ с третичной обмоткой 25 кВ питает нагрузку 230 кВ, 250 МВт. Подсистемы последовательной компенсации идентичны для двух линий. Для каждой линии каждая фаза модуля последовательной компенсации содержит последовательный конденсатор, металлооксидный варистор (MOV), защищающий конденсатор, и параллельный промежуток, защищающий MOV. Когда энергия, рассеиваемая в MOV, превышает пороговый уровень 30 МДж, срабатывает зазор, имитируемый автоматическим выключателем.CB1 и CB2 — это два линейных автоматических выключателя.

Генераторы моделируются с помощью блока Simplified Synchronous Machine. Для моделирования двух трансформаторов используются универсальные трансформаторные блоки (двухобмоточные и трехобмоточные). Насыщение реализуется на трансформаторе, подключенном к шине B2. Напряжения и токи измеряются в блоках B1, B2 и B3. Эти блоки представляют собой блоки измерения трехфазного напряжения и тока, в которых сигналы напряжения и тока отправляются в блок сбора данных через блоки Goto.

Неисправность и переключение линии

Теперь вы изучаете переходные характеристики этой цепи, когда замыкание между фазой и землей и трехфазное замыкание на землю возникают на линии 1. Неисправность и два автоматических выключателя CB1 и CB2. моделируются блоками из трехфазной библиотеки. Откройте диалоговые окна CB1 и CB2. Посмотрите, как указывается начальное состояние выключателя и время переключения. КЗ между фазой и землей возникает в фазе A при t = 1 цикл. Два выключателя, которые изначально были замкнуты, затем размыкаются при t = 5 циклов, имитируя обнаружение неисправности и время отключения 4 цикла.Неисправность устраняется через t = 6 циклов, через один цикл после размыкания линии.

Simulation

Обратите внимание, что эта система содержит блок Powergui. Кроме того, когда вы запускаете системную модель power_3phseriescomp, время выборки Ts = 50e-6 автоматически устанавливается в вашем рабочем пространстве. Таким образом, система дискретизируется с использованием времени выборки 50 микросекунд.

Ошибка линии-земля

Дважды щелкните блок сбора данных и откройте три области. Запустите симуляцию.Поскольку система уже была инициализирована (выработка 1500 МВт на шине 13,8 кВ) с помощью утилиты потока нагрузки Powergui, моделирование запускается в установившемся режиме. При t = 1 цикл происходит замыкание линии на землю, и ток замыкания достигает 10 кА. Во время неисправности MOV проводит работу на каждом полупериоде, и энергия, рассеиваемая в MOV, достигает 13 МДж.

При t = 5 циклов реле защиты линии (не моделируемые) размыкают выключатели CB1 и CB2, и энергия остается постоянной на уровне 13 МДж.Поскольку максимальная энергия не превышает порогового уровня 30 МДж, разрыв не зажигается. После размыкания выключателя ток повреждения падает до небольшого значения, и линейная и последовательная емкость начинают разряжаться из-за повреждения и реактивного сопротивления шунта. Ток короткого замыкания гаснет при первом переходе через ноль после команды на отключение, отданной выключателю (t = 6 циклов). Затем последовательный конденсатор перестает разряжаться, и его напряжение колеблется около 220 кВ.

Трехфазное замыкание на землю

Измените тип замыкания на трехфазное замыкание на землю, проверив фазы A, B и C в блоке Fault Breaker.