Analysis of the effect of symmetrical load on the value of negative voltage asymmetry factor in medium-voltage power networks

• Autorzy: Hołdyński Grzegorz , Skibko Zbigniew , Firlit Andrzej , Borusiewicz Andrzej

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.07.57

Warianty tytułu

PL

Analiza wpływu symetrycznego obciążenia na wartość współczynnika asymetrii przeciwnej napięć w elektroenergetycznych sieciach średniego napięcia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The phenomenon of voltage asymmetry is common in electricity networks and is the cause of several unfavourable phenomena occurring, such as an increase in power and energy losses, as well as the abnormal operation of specific loads. One of the many factors impinging on voltage asymmetry in the electrical network is the influence of symmetrical loading, which is ignored in the literature for medium-voltage power networks. This paper presents and evaluates the influence of changes in the symmetrical load of active and reactive power consumed by consumers on the values of negative voltage asymmetry factor in medium-voltage power networks with the neutral point earthed by arc-suppression reactor (Petersen’s coil). The authors' theoretical analyses show that as the active power increases, the value of the negative asymmetry factor at the end of the line increases, and this change - in the whole analysed power range - amounts to 47.3% of the maximum value. In order to verify the correctness of the description of the phenomena occurring in the system by the proposed mathematical model, field tests were carried out at the connection point of a metal industry plant located in north-eastern Poland. A directly proportional relationship was obtained between the recorded reactive power values and the negative asymmetry factor by approximating the test results with a linear relationship. It is consistent with the relationship obtained from the analytical calculations.

PL

Zjawisko asymetrii napięciowej występuje powszechnie w sieciach elektroenergetycznych i jest powodem występowania szeregu niekorzystnych zjawisk występujących, takich jak wzrost strat mocy i energii, a także nieprawidłową pracę niektórych odbiorników. Do jednego z wielu czynników rzutujących na asymetrię napięciową w sieci elektrycznej zaliczyć można także wpływ symetrycznego obciążenia, jednak w przypadku sieci elektroenergetycznych średniego napięcia w literaturze wpływ ten się pomija. W artykule przedstawiono i oceniono wpływ zmian obciążenia symetrycznego mocą czynną i bierną pobieraną przez odbiorców na wartości wskaźników asymetrii przeciwnej napięć αU2% w sieciach elektroenergetycznych średniego napięcia z punktem neutralnym uziemionym przez dławik gaszący (cewkę Petersena). Z analiz teoretycznych przeprowadzonych przez Autorów wynika, że wraz ze wzrostem mocy czynnej rośnie wartość współczynnika asymetrii na końcu linii i zmiana ta – w całym analizowanym przedziale mocy – wynosi 47,3% wartości maksymalnej. W celu zweryfikowania poprawności opisu zjawisk zachodzących w układzie przez zaproponowany model matematyczny, przeprowadzone zostały badania terenowe w punkcie przyłączenia zakładu przemysłowego branży metalowej położonego w północno-wschodniej Polsce. Aproksymując uzyskane wyniki badań zależnością liniową otrzymano zależność wprost proporcjonalną pomiędzy zarejestrowanymi wartościami mocy biernej oraz współczynnika asymetrii przeciwnej. Jest to zgodne z zależnością uzyskaną na podstawie obliczeń analitycznych.

Słowa kluczowe

EN

voltage asymmetry; negative component; power grid

PL

asymetria napięcia; składowa przeciwna; sieć elektroenergetyczna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 7
• Strony: 289--294
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys.

Twórcy

autor

Hołdyński Grzegorz

• Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, ul. Wiejska 45 D, 15-351 Białystok

• https://orcid.org/0000-0001-7488-4951

autor

Skibko Zbigniew

• Politechnika Białostocka, Wydział Elektryczny, ul. Wiejska 45 D, 15-351 Białystok

• https://orcid.org/0000-0002-5238-6019

autor

Firlit Andrzej

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej, al. Adama Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

• https://orcid.org/0000-0002-7535-6170

autor

Borusiewicz Andrzej

• Międzynarodowa Akademia Nauk Stosowanych w Łomży, ul. Studencka 19, 18-402 Łomża

• https://orcid.org/0000-0002-1407-7530

Bibliografia

• [1] Kochura D., Tsivilyov I., Sarin L., Influence of arc-suppression method on voltage unbalance in 10 kV network with cable lines and overhead lines. Electric Power Quality and Supply Reliability Conference (PQ), (2014) pp. 359-362,
• [2] Hołdyński G.; Skibko Z. Wpływ sposobu pracy punktu neutralnego na asymetrię napięć w sieci elektroenergetycznej SN. Przegląd Elektrotechniczny, No. 9/2013 (2013) pp. 190 192,
• [3] Holdyński G., Skibko Z., Borusiewicz A., Analysis of the Influence of Load on the Value of Zero-Voltage Asymmetry in Medium-Voltage Networks Operating with Renewable Energy Sources. Energies, (2023) 16(2), 580.
• [4] Hanzelka Z., Jakość dostawy energii elektrycznej. Zaburzenia wartości skutecznej napięcia. Wydawnictwa AGH, Kraków (2013).
• [5] Robak S., Pawlicki A., Pawlicki B., Asymetria napięć i prądów w elektroenergetycznych układach przesyłowych, Przegląd Elektrotechniczny 07/2014 Str. 23
• [6] Olczykowski Z., Electric Arc Furnaces as a Cause of Current and Voltage Asymmetry. Energies, 14, (2021) 5058.
• [7] Zajkowski K., Duer S., Paś J., Pokorádi L., Cooperation of a Nonlinear Receiver with a Three-Phase Power Grid. Energies, 16, (2023) 1418.
• [8] Jagieła K., Gała M., Nomograficzna metoda wyznaczania współczynnika asymetrii w trójfazowych sieciach elektroenergetycznych, Przegląd Elektrotechniczny 01/2004 Str. 21-26
• [9] Möller F., Meyer J.: Survey of voltage unbalance and unbalanced power in German public LV networks. 20th International Conference on Harmonics & Quality of Power (ICHQP), Naples, Italy, 29 May 2022 - 01 June (2022).
• [10] Paranavithana P., Perera S., Koch R., Emin Z., Global Voltage Unbalance in MV Networks Due to Line Asymmetries. IEEE Transactions On Power Delivery, Vol. 24, No. 4, October (2009).
• [11] Al-Shetwi A.Q., Hannan M.A., Jern K.P., Alkahtani A.A., Abas A.E., Power quality assessment of grid-connected PV system in compliance with the recent integration requirements. Electronics, 9, (2020 ) 366.
• [12] Antić T., Capuder T., Bolfek M. A., Comprehensive analysis of the voltage unbalance factor in pv and ev rich non-synthetic low voltage distribution networks. Energies, 14, (2021) 117.
• [13] Püvi V., Lehtonen M., Convex Model for estimating the single phase photovoltaic impact on existing voltage unbalance in distribution networks. Appl. Sci., 10, (2020) 8884.
• [14] Islam M., Nadarajah M.N, Hossain J., Shah R., Dynamic voltage stability of unbalanced distribution system with high penetration of single-phase PV units. Journal of Engineering, (2019) 4074-4080.
• [15] Skibko Z.; Hołdyński G.; Borusiewicz A., Impact of Wind Power Plant Operation on Voltage Quality Parameters - Example from Poland. Energies, 15, (2022) 5573.
• [16] Suproniuk M., Skibko Z., Stachno A.: Diagnostyka wybranych parametrów energii elektrycznej produkowanej w elektrowniach wiatrowych. Przegląd Elektrotechniczny nr 11 (2019), str. 105 108.
• [17] Hołdyński G., Skibko Z., Skliński R.: Analiza wpływu pracy elektrowni wiatrowych na asymetrię napięć w sieciach elektroenergetycznych średniego napięcia Elektrotechniczne Nr 5, (2013). 11-14. Wiadomości
• [18] Rodríguez-Pajarón P., Hernández A., Jovica V., Milanović J.V., Probabilistic assessment of the impact of electric vehicles and nonlinear loads on power quality in residential networks. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 129, (2021) 106807.
• [19] Nour M., Chaves-Ávila J.P., Magdy G., Sánchez-Miralles A., Review of positive and negative impacts of electric vehicles charging on electric power systems. Energies, 13, (2020) 4675.
• [20] Held L., Mueller F., Steinle S., Barakat M., Suriyah M.R., Leibfried T., An optimal power flow algorithm for simulating energy storage systems in unbalanced three-phase distribution grids. Energies, 14, (2021) 1623.
• [21] Bozalakov D., Mnati M.J., Laveyne J., Desmet J., Vandevelde L., Battery storage integration in voltage unbalance and overvoltage mitigation control strategies and its impact on the power quality. Energies, 12, (2019) 1501.
• [22] Jayatunga U., Perera S., Ciufo P., Agalgaonkar A. P., Voltage Unbalance Emission Assessment in Interconnected Power Systems. IEEE Transactions On Power Delivery, Vol. 28, No. 4, October (2013). 2274659
• [23] Ciontea C. I., Iov F., A Study of Load Imbalance Influence on Power Quality Assessment for Distribution Networks. Electricity, 2(1), (2021) pp. 77-90.
• [24] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 4 maja 2007 r. w sprawie szczegółowych warunków funkcjonowania systemu elektroenergetycznego (Dz. U. z 2007 r., Nr 93, poz. 623).
• [25] PN-EN 50160:2010 Parametry napięcia zasilającego w publicznych sieciach rozdzielczych.
• [26] Instrukcja Ruchu i Eksploatacji Sieci Dystrybucyjnej, PGE S.A. wrzesień 2013 r.
• [27] Taiwo O. P., Tiako R., Davidson I. E., Investigation of voltage unbalance in low voltage electric power distribution net-work under steady state mode. IEEE 3rd International Conference on Electro-Technology for National Development (NIGERCON), Owerri, Nigeria, 07-10 November (2017).
• [28] Kahingala T. D., Perera S., Agalgaonkar A. P., Jayatunga U., Determining the Impact of Line Asymmetries on Network Voltage Unbalance based on Balanced Load Flow Studies. Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC), Auckland, New Zealand, 27-30 November (2018).
• [29] Soljan Z., Holdyński G., Zajkowski M.. CPC-Based Minimising of Balancing Compensators in Four-Wire Nonsinusoidal Asymmetrical Systems. Energies, 14(7), (2021) 1815.
• [30] Lorenc J., Staszak B., Modelling phenomena leading to the asymmetry of the phase voltages in mv networks. Electrical Engineering, Poznan Universit of Technology Academic Journals, No. 86, (2016) pp. 117-127,
• [31] Toman P., Drapela J., Orsagova J., Solution of voltage asymmetry and reduction of outage time in MV compensated net-works, 13th International Conference on Harmonics and Quality of Power, (2008) pp. 1-7,
• [32] Musierowicz K., Lorenc J., Marcinkowski Z., Kwapisz A., A fuzzy logic-based algorithm for discriminating damaged lines during intermittent earth faults. 2008 IEEE Russia Power Tech, (2008)
• [33] Lorenc J., Musierowicz K., Kwapisz A., Detection of the intermittent earth faults in compensated MV network. 2003 IEEE Bologna Power Tech Conference Proceedings, (2003) pp. 6 Vol.2
• [34] Toman P., Paar M., Orsagova J., Possible Solutions to Problems of Voltage Asymmetry and Localization of Failures in MV Compensated Networks. 2007 IEEE Lausanne Power Tech, (2007) pp. 1758-1763,

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).