Power management of variable capacitors in electrical grid systems according to the criterion of mini-mum energy loss

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The aim is to manage the transmitted reactive power in electrical grids using variable capacitor batteries according to the criterion of minimum energy loss under different annual reactive load schedules and different numbers of variable capacitor sections. The main theoretical relations were obtained by the methods of mathematical modelling and integral calculus using the theory of optimal control. The influence of the power and number of sections in a capacitor battery on energy losses in the grid was estimated using computational experiments. Dependencies for energy losses in a capacitor battery, as well as for reducing energy losses in the grid, were obtained. These expressions are valid for linearized load schedules. It is shown that the dependences of energy losses in a capacitor battery and the reduction of losses in the grid on the section power have inflection points and pass through a maximum. The presence of inflection points is associated with a change in the number of capacitor sections operating throughout the year. The presence of a maximum is explained by the fact that, with an increase in the power of the capacitor battery, its operating time decreases under the complete number of variable sections. It is established that the batteries of static capacitors with two variable sections can reduce energy losses when transmitting reactive power by over 90%. For three- and four-section static capacitors, the loss reduction is close to 100%. The reduction in energy losses increases when approaching maximal levels of annual reactive load. Energy losses in electrical grid systems can be reduced by capacitor batteries with no more than three or four variable sections. In most cases, this can be achieved by two-section capacitor batteries.

References

  1. Бигун А. Я., Гиршин С. С., Петрова Е. В., Горюнов В. Н. Учет температуры проводов повышенной пропускной способности при выборе мероприятий по снижению потерь энергии на примере компенсации реактивной мощности // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1-1. С. 212.
  2. Михеев Г. М., Атаманов М. Н., Афанасьева О. В., Дрей Н. М. О компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения с косинусными конденсаторами // Электротехника. 2019. № 4. С. 32–41.
  3. Girshin S. S., Bigun A. Ay., Ivanova E. V., Petrova E. V., Goryunov V. N., Shepelev A. O. The grid element temperature considering when selecting measures to reduce energy losses on the example of reactive power compensation // Przeglad Elektrotechniczny. 2018. Vol. 94. № 8. P. 101–104. https://doi.org/10.15199/48.2018.08.24.
  4. Железко Ю. С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергоиздат, 1981. 200 с.
  5. Арион В. Д., Каратун В. С., Пасинковский П. А. Компенсация реактивной мощности в условиях неопределенности исходной информации // Электричество. 1991. № 2. С. 6–11.
  6. Ильяшов В. П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. М.: Энергоиздат, 1983. 152 с.
  7. Воротницкий В. Э., Жабин К. В., Колибаба В. И. Сравнительный анализ управления реактивной мощностью на электроэнергетических рынках зарубежных стран и России // Электрические станции. 2020. № 5. С. 8–19.
  8. Петухов Р. А., Сизганова Е. Ю., Сизганов Н. В., Филатов А. Н. К вопросу автоматизации управления потоками реактивной мощности в системах электроснабжения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 7. С. 123–146. https://doi.org/10.21285/1814-3520-2018-7-123-146.
  9. Насыров Р. Р., Альдженди Р. Выбор емкости конденсатора активного фильтра и метода управления его контроллером // Электротехника. 2020. № 1. С. 51–55.
  10. Воротников И. Н., Мастепаненко М. А., Габриелян Ш. Ж., Шунина А. А. Модифицированный алгоритм управления компенсатором реактивной мощности для нестационарных нагрузок // Электротехника. 2019. № 3. С. 11–14.
  11. Трубицин М. А., Микаэльян Е. Ю. Расчет удельных приростов потерь при оптимизации реактивных мощностей в сложной электросети // Инженерный вестник Дона. 2019. № 6. С. 41.
  12. Шпиганович А. Н., Рычков А. В. Оптимизация компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения со специфичной нагрузкой // Вести высших учебных заведений Черноземья. 2016. № 1. С. 28–32.
  13. Арион В. Д., Журавлев В. Г., Ставровский А. Н. Оптимизация выбора источников реактивной мощности в электроэнергетических системах. М.: Изд-во ВИНИТИ, 1984. 63 с.
  14. Home-Ortiz J. M., Vargas R., Macedo L. H., Romero R. Joint reconfiguration of feeders and allocation of capacitor banks in radial distribution systems considering voltage-dependent models // International Journal of Electrical Power & Energy Systems. 2019. Vol. 107. P. 298–310. https://doi.org/10.1016/j.ijepes.2018.11.035.
  15. Gonzalo G., Aguila A., Gonzalez D., Ortiz L. Optimum location and sizing of capacitor banks using VOLT VAR compensation in micro-grids // IEEE Latin America Transactions. 2020. Vol. 18. Iss. 3. P. 465–472. https://doi.org/10.1109/TLA.2020.9082717.
  16. Abdelhady S., Osama A., Shaban A., Elbayoumi M. A Real-time optimization of reactive power for an intelligent system using genetic algorithm // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 11991–12000. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.2965321.
  17. Fetouh T., Elsayed A. M. Optimal control and operation of fully automated distribution networks using improved tunicate swarm intelligent algorithm // IEEE Access. 2020. Vol. 8. P. 129689–129708. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2020.3009113.
  18. Muhammad Ya., Khan R., Raja M. A. Z., Ullah F., Chaudhary N. I., He Yigang. Solution of optimal reactive power dispatch with FACTS devices: a survey // Energy Reports. 2020. Vol. 6. P. 2211–2229. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2020.07.030.
  19. Saddique M. Sh., Bhatti A. R., Haroon Sh. S., Sattar M. K., Amin S., Sajjad I. A., et al. Solution to optimal reactive power dispatch in transmission system using metaheuristic techniques – Status and technological review // Electric Power Systems Research. 2020. Vol. 178. P. 106031. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2019.106031.
  20. Гиршин С. С., Горюнов В. Н., Шепелев А. О. Оптимальное управление конденсаторными батареями в распределительных сетях // Ученые Омска – региону: матер. II Регион. науч.-техн. конф. (г. Омск, 6–7 июня 2017 г.). Омск: Изд-во ОмГТУ, 2017. С. 75–79.
  21. Гиршин С. С., Горюнов В. Н., Ширяев А. С., Коваленко Д. В. Выбор конденсаторных батарей в электрических сетях с учетом отключения при малых нагрузках // Промышленная энергетика. 2019. № 12. С. 12–18.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).