Расчет и анализ удельных потерь активной мощности на коронирование в воздушных линиях электропередачи с учетом климатических данных

Корректное использование погодных данных для расчетов потерь активной мощности на коронирование в воздушных линиях (ВЛ) электропередачи весьма трудная задача. Одной из существенных причин этого являлась точность определения погодных условий и применение этого прогноза для расчета протяженных ВЛ. В СССР (Союз Советских Социалистических Республик) на основе натурных испытаний и экспериментальных данных были разработаны рекомендации по учету потерь электрической энергии на корону и помех в ВЛ электропередачи, средние значения которых приведены в действующей инструкции по нормированию и обоснованию норматива расхода электроэнергии на ее передачу по электрическим сетям. Согласно этому нормативному документу удельные расходы активной мощности на корону в воздушных линиях, усредненные по конструкции, определяются в зависимости от погодных условий, которые разделены на четыре группы. В данной работе оценено влияние потерь активной мощности на корону с использованием различных факторов на примере воздушных линий высокого напряжения основных электрических сетей различного номинального напряжения Республики Беларусь. Построены и смоделированы зависимости потерь активной мощности на коронирование с учетом разных климатических и погодных условий, наблюдаемых в стране. Определение метрологических параметров основано на анализе погодных данных и закономерностей типов погодных условий. Для повышения точности расчета удельных потерь активной мощности на коронирование рассмотрены все возможные погодные условия, а также их сочетания, а в дальнейшем проведена их обработка и приведение к одному из четырех типов погоды. Предложен и представлен метод определения потерь электроэнергии на коронирование в ВЛ, основанный на среднестатистической относительной плотности воздуха и геометрических параметрах преобладающего участка ВЛ. Показано, что применение исключительно номинального напряжения может привести к погрешностям определения как удельного, так и фактического значения потерь активной мощности на коронирование.

1. Об утверждении Положения по нормированию расхода топливно-энергетических ре-сурсов на предприятиях, в учреждениях и организациях государственного производственного объединения «Белэнерго», Инструкции по расчету и обоснованию нормативов расхода электроэнергии на ее передачу по электрическим сетям [Электронный ресурс]: постановление Министерства энергетики Республики Беларусь от 16.12.2013 № 48 (в ред. пост. от 05.07.2017 № 23). Режим доступа: https://energodoc.by/document/view?id=3068.

2. Peek, F. W. Dielectric Phenomena in High Voltage Engineering / F. W. Peek. New York, NY, USA:McGraw-Hill Book Company, 1920.

3. HVDC Corona Current Characteristics and Audible Noise During Wet Weather Transitions / S. Hedtke [et al.] // IEEE Transactions on Power Delivery. 2020. Vol. 35, No 2. P. 1038–1047. https://doi.org/10.1109/tpwrd.2019.2936285.

4. Anguan, W. Line loss prediction and loss reduction plan for power grids / W. Anguan, N. Baoshan. John Wiley & Sons, Ltd, 2016. 361 p. https://doi.org/10.1002/9781118867273.ch13.

5. Кононов, Ю. Г. Методы определения потерь мощности и энергии на корону в действующих ВЛ / Ю. Г. Кононов, В. А. Костюшко О. С. Рыбасова // Энергия единой сети. 2017. № 6 (35). С. 22–40.

6. Костюшко, В. А. Pасчет потерь мощности на корону на воздушных линиях электропередачи переменного тока / В. А. Костюшко // Энергия единой сети. 2016. № 3 (26). С. 40–47.

7. Maruvada, P. S. Corona Performance of High-Voltage Transmission Lines / P. S. Maruvada. Baldock, UK:Research Studies Press, 2000. 310 p.

8. Kononov, Y. The Reactive Corona Effect Investigation Based on PMU Measurements in a Real 500 kV TL / Y. Kononov, A. Diachenko // 2022 International Conference on Electrical, Computer and Energy Technologies (ICECET), Prague, Czech Republic, 2022. Р. 1–3, doi: 10.1109/ICECET55527.2022.9872716.

9. Matthews, J. C. The effect of weather on corona ion emission from AC high voltage power lines / J. C. Matthews // Atmospheric Research. 2012. Vol. 113. Р. 68–79. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2012.03.016.

10. Li, Q. Calculating the Surface Potential Gradient of Overhead Line Conductors / Q. Li, S. M. Rowland, R. Shuttleworth // IEEE Transactions on Power Delivery. 2015. Vol. 30, No 1. P. 43–52. https://doi.org/10.1109/tpwrd.2014.2325597.

11. Filed and Corona Effect [Electronic Resource]. Mode of access: https://www.pscad.com/software/face/overview. Date of access: 19.11.2023.

12. Руководящие указания по учету потерь на корону и помех от короны при выборе проводов воздушных линий электропередачи переменного тока 330–750 кВ и постоянного тока 800–1150 кВ. М.: СЦНТИ, 1975.

13. Sekatski, D. A. Comparative Analysis of Active Power Losses Per Corona of 330 kV Overhead Lines / D. A. Sekatski, A. I. Khalyasmaa, N. A. Papkova // 2023 Belarusian-Ural-Siberian Smart Energy Conference (BUSSEC). Ekaterinburg, 2023. Р. 24–27. https://doi.org/10.1109/bussec59406.2023.10296425.

14. Оперативное прогнозирование скорости ветра для автономной энергетической установки тяговой железнодорожной подстанции / П. B. Матренин [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2023. 66, № 1. С. 18–29. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-1-18-29.

15. Расписание погоды [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://rp5.by/ Дата доступа: 19.11.2023.

16. Секацкий, Д. А. Учет атмосферной составляющей в задаче расчета потерь мощности и электроэнрегии в линиях электропередачи на примере годовых погодных данных Минска / Д. А. Секацкий // Энергия и Менеджмент. 2016. № 5. С. 25–29.

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

18. Костюшко, В. А. Анализ расчетных и экспериментальных оценок потерь мощности на корону на воздушных линиях электропередач переменного тока / В. А. Костюшко. М.: НТФ «Энергопрогресс», 2011. 84 с.

19. Повышение точности прогнозирования генерации фотоэлектрических станций на основе алгоритмов k-средних и k-ближайших соседей / П. B. Матренин [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2023. Т. 66, № 4. С. 305–321. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2023-66-4-305-321.