Комп'ютерна модель для дослідження розміщення пристроїв компенсації реактивної потужності в електричних мережах

Abstract

Стаття присвячена дослідженню режимів компенсації реактивної потужності в електроенергетичній системі за допомогою комп’ютерного моделювання електромагнітних процесів. Розглядається електрична мережа в симетричному режимі в однолінійному варіанті топології системи. Живлення забезпечується від джерела змінної синусоїдальної напруги стандартної промислової частоти. Параметри системи про нормовані і вважаються заданими. До числа вихідних даних віднесені комплексні опори ліній електропостачання та навантаження у вузлах відбору електричної енергії. Для компенсації реактивної потужності передбачені батареї косинус них конденсаторів, які умикаються у вузлах електроспоживання. Для моделювання процесів в мережі складена комп’ютерна модель в системі MATLAB/Simulink/SimPowerSystem. Для інтегрування диференціальних рівнянь моделі використовуються чисельні методи, які здібні з явищем жорсткості досліджуваних систем. В моделі встановлені віртуальні вимірювачі напруг і струмів в елементах системи, до дозволяє оцінювати кількісні показники споживання електроенергії навантаженнями, самою мережею і джерелом. Вимірювання віртуальним приладом активної і реактивної потужностей джерела дає змогу контролювати коефіцієнт потужності. Крім того, при прогоні моделі протягом періоду забезпечує обчислення цільової функції для проведення оптимізації варіантів режимів з компенсацією реактивної потужності за допомогою косинус них конденсаторів, встановлених у вузлах споживання. Оптимізація здійснюється спеціальною програмою на мові MATLAB із застосуванням вбудованих функцій оптимізації. Проведення комп’ютерних експериментів за допомогою розробленої моделі з використанням оптимізації дозволило провести порівняльний аналіз варіантів компенсації і знайти оптимальні режими функціонування електричної мережі з точки зору коефіцієнта потужності.

The article is devoted to the study of reactive power compensation modes in the electric power system using computer simulation of electromagnetic processes. The considered electric network in symmetrical mode in a single-line version of the system topology. Power is provided from a source of alternating sinusoidal voltage of standard industrial frequency. System parameters are normalized and considered given. The input data include complex resistances of power supply lines and loads in electrical energy collection nodes. To compensate for reactive power, batteries of cosine capacitors are provided, which are switched on in electrical consumption nodes. To simulate processes in the network, a computer model was compiled in the MATLAB/Simulink/SimPowerSystem system. Numerical methods are used to integrate the differential equations of the model that are capable of dealing with the phenomenon of rigidity of the systems under study. The model has virtual meters of disturbances and currents in the system elements, which allow to estimate quantitative indicators of electricity consumption by loads, the network itself and the source. Measuring the active and reactive power of the source with a virtual device allows you to control the power factor. In addition, when running the model during the period, it provides the calculation of the objective function for optimizing the options for modes with reactive power compensation using cosine capacitors installed in the consumption nodes. Optimization is carried out by a special program in the MATLAB language using built-in optimization functions. Conducting computer experiments using the developed model using optimization allowed us to conduct a comparative analysis of compensation options and find the optimal modes of operation of the electrical network in terms of power factor.