Активно-адаптивные системы регулирования напряжения в распределительных сетях

72

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

НАСЫРОВ Р.Р., 

научный сотрудник, к.т.н., 

ТУЛЬСКИЙ В.Н.,

заведующий научно-исследовательской лабораторией, доцент, к.т.н.,

КАРТАШЕВ И.И., 

заместитель заведующего кафедрой по научной работе, к.т.н., 

кафедра «Электроэнергетические системы» НИУ «МЭИ»

АКТИВНО-АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ 
РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В 
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

Р

абота электроприёмников во многом 
зависит от качества электроэнергии (КЭ). 
При низком КЭ снижается эффективность 

работы электроприёмников (вплоть до полного 
её прекращения), быстро изнашивается изоляция 
оборудования, сокращается срок его службы. 
Поэтому необходимо стремится к поддержанию 
такого КЭ на зажимах электроприёмников, при 
котором сохраняется их работоспособность и срок 
службы максимален, а потери электроэнергии в 
питающей сети минимальны. Современная норма-
тивно-правовая база в области энергосбережения 
и КЭ предписывает всем субъектам электро-
энергетического рынка обеспечить именно такой 
режим работы в точке общего присоединения. 

Периодический контроль КЭ энергии в распре-

делительных сетях 6-10/0,38 кВ свидетельствует 
о систематических нарушениях нормативных 
требований по установившемуся отклонению 
напряжения. Сетевые компании, передающие 
электрическую энергию потребителям, обяза-
ны использовать все средства регулирования 
напряжения, постоянно контролировать качество 
поставляемой электроэнергии и проводить серти-
фикационные испытания электроэнергии, затра-
ты на которые достигают миллионов рублей. 
Поэтому регулирование напряжения в распреде-
лительных сетях — наиболее актуальная задача 

обеспечения КЭ, и этому следует уделять особое 
внимание.

Опыт работы испытательной лаборатории 

качества электроэнергии ФГБОУ ВПО «НИУ 
«МЭИ» (ИЛ КЭ МЭИ) выявил характерные 
причины нарушений нормативных требований по 
установившемуся отклонению напряжения: 
• 

отключение автоматических регуляторов 
напряжения (АРН) устройств регулирования 
под нагрузкой (РПН), что исключает возмож-
ность встречного регулирования или стабили-
зации напряжения; 

•  выведение уставок АРН за диапазоны изме-

нений напряжения, что исключает возмож-
ность какого бы то ни было регулирования 
напряжения; 

•  отсутствие сезонной коррекции коэффициен-

тов трансформации (ПБВ) трансформаторов 
10—6/0,38 кВ, что исключает возможность 
компенсации потерь напряжения в зависимо-
сти от нагрузки зимнего и летнего периодов.
Для улучшения КЭ по установившемуся 

отклонению напряжения предлагается активно-
адаптивная система регулирования напряжения 
с помощью РПН трансформаторов по фактиче-
ским уровням напряжения в распределитель-
ных сетях, которая позволит обеспечить КЭ у 
возможно большего числа потребителей.

73

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

В данной системе управляющие сигналы на 

РПН выдаются в зависимости от уровня напря-
жения у конкретных потребителей. Принципи-
альная схема такой системы представлена на 
рис. 1 [1, 2]. Предлагаемая система содержит 
следующие элементы.

Блок контроля и анализа установившегося 

отклонения напряжения 

(

1, рис. 1

). Датчики 

напряжения (или интеллектуальные счётчики) 
располагаются в контрольных точках сети (ТК). 
ТК — некоторые узлы электрической сети, по 
результатам измерения напряжения в которых 
ведётся регулирование напряжения в этой сети. 
В ТК проводятся непрерывные измерения уста-
новившегося отклонения напряжения прямой 
последовательности основной частоты, предва-
рительная обработка этих значений и при нали-
чии запроса — формирование ответа на него о 
необходимости изменения номера отпайки на 

основании прогнозирования хода изменения 
напряжения в ТК.

Блок cбора, обработки и анализа данных (2, 

рис. 1).

 Данный блок расположен в ЦП и формиру-

ет управляющий сигнал изменения номера рабо-
чего ответвления РПН. Особенности этого блока 
— формирование базы данных за установленное 
время (например, 10 мин), определение среднего 
значения отклонения напряжения за этот период 
и выбор требуемого ответвления; выбор номера 
ответвления, который отвечает требованию 
по допустимому отклонению напряжения для 
наибольшего возможного числа потребителей; 
оптимизация количества переключений РПН, что 
может повысить срок его службы.

Блок контроля нормального функционирова-

ния РПН (3, рис. 1). 

Элемент системы, форми-

рующий сигнал для РПН трансформатора и 
определяющий нормальное функционирование 

1 — блоки контроля и анализа установившегося отклонения напряжения;
2 — блок сбора, обработки и анализа данных;
3 — блок контроля нормального функционирования РПН.

Рис. 1. Принципиальная схема предлагаемой системы регулирования напряжения

74

XX заседание Ассоциации электроснабжения городов России «ПРОГРЕССЭЛЕКТРО»

цепей, автоматики и электропривода РПН. Этот 
блок является штатным устройством АРН.

Блок cбора, обработки и анализа данных 

формирует запросы в ТК о допустимых измене-
ниях номера ответвления РПН. Каждая ТК реаги-
рует на запрос ответом в виде некоторого допу-
стимого набора изменений номера ответвления 
с учётом прогноза хода изменения напряжения в 
этой ТК. Эта информация от каждой ТК возвра-
щается для дальнейшей обработки полученных 
данных. Обработка заключается в определении 
изменения номера рабочего ответвления РПН на 
удовлетворяющее наибольшее число ТК и соот-
ветствующее минимуму потерь электроэнергии в 
распределительной сети. 

Далее необходимо перевести РПН на это 

ответвление, контролируя процесс переключе-
ния. Этот процесс предлагается перенять без 
изменения у существующих АРН, как хорошо 
зарекомендовавший себя в процессе длитель-
ной эксплуатации.

Активная адаптация системы заключается в 

том, что регулирование напряжения произво-
дится не только по текущим значениям откло-
нения напряжения в узлах сети, а с учётом их 
прогнозных значений, что позволяет работать 
РПН оптимально с точки зрения сохранения его 
ресурса и обеспечения наибольшего возмож-
ного числа ТП 10/0,4 кВ требуемыми уровнями 
напряжения.

Для апробирования предлагаемого подхода 

к регулированию напряжения была разрабо-
тана тестовая схема распределительной сети. 
Многолетний опыт работы ИЛ КЭ МЭИ позволил 
собрать значительное количество статистиче-
ских данных в виде схем действующих муници-
пальных распределительных сетей. Это дало 

возможность проанализировать протяжённость 
и топологию линий электропередачи и состав 
трансформаторного оборудования. Для анализа 
были рассмотрены свыше сорока пяти центров 
питания распределительных сетей 6—10 кВ, 
которые включали в себя:
• 

510 трансформаторных подстанции (ТП) 
6—10/0,4 кВ мощностью 50, 160, 250, 400, 630 
и 1000 кВ·А;

•   46 фидеров головных участков ЛЭП общей 

протяжённостью 84,563 км;

•  441 фидер, за исключением головных участ-

ков, общей протяжённостью 292,887 км.
В результате статистической обработки 

параметров схем действующих муниципальных 
распределительных сетей (длин и числа линий 
электропередачи, мощностей трансформаторно-
го оборудования, числа ТП 10/0,4 кВ) было уста-
новлено, что тестовая схема должна содержать:
• 45 ТП 10/0,4 кВ номинальной мощностью 

трансформаторов в диапазоне 160—1000 кВА;

• 6 головных присоединений длиной 0,8 км 

каждое;

•  30 линий электропередачи (кабельные линии), 

за исключением головных, протяжённостью от 
0,4 до 0,7 км;

•  нагрузка каждой ТП 10/0,4 кВ представлялась 

двухнедельным графиком активной мощности 
с осреднением на минутном интервале. 
После задания уставки АРН в соответствии с 

законом встречного регулирования [3] для тесто-
вой сети было установлено, что бо льшая часть 
ТП 10/0,4 кВ не была обеспечена требуемым 
уровнем напряжения (табл.). 

При использовании предлагаемой системы 

число ТП 10/0,4 кВ с требуемым уровнем напря-
жения существенно возросло.

Табл. Регулирование напряжения в тестовой сети 

День недели

Пн

Вт

Ср

Чт

Пт

Сб

Вск

Регулирование напряжения согласно принципу встречного регулирования

Количество ТП с 
неудовлетворительным КЭ

34

34

33

26

36

36

36

в % от общего числа ТП

76

76

73

58

80

80

80

Регулирование напряжения согласно предлагаемому подходу

Количество ТП с 
неудовлетворительным КЭ

10

0

0

0

1

1

3

в % от общего числа ТП

22

0

0

0

2

2

7

75

2–4 июня 2014 г., Нижний Новгород

Здесь стоит отметить, что 

число срабатываний РПН 
при предлагаемой системе 
регулирования возросло в 3,5 
раза относительно встречного 
регулирования. При этом оста-
точный ресурс РПН при пред-
лагаемой системе учитывается 
не косвенно, уставкой времени 
выдержки на переключение [3], 
а напрямую — формировате-
лем частоты опроса ТК. Форми-
рователь частоты опроса опре-
деляет ритмичность опроса ТК, 
и исходным условием для него 
является

остаточный

ресурс 

(механический) переключений 
РПН. 

Очевидно, что переключения 

неравномерно распределены в 
течение суток: в часы минимума 
и максимума нагрузки пере-
ключений меньше, чем в пере-
ходный режим от минимума к 
максимуму и наоборот. Поэтому 
значение частоты опроса целе-
сообразнее задавать изменяю-
щимся во времени, т.е. «плава-
ющим». Это даёт возможность 
«накапливать» переключения, 
когда они не требуются, и изме-
нять положение переключающе-
го устройства РПН более часто, 
когда это требуется. Таким образом, в предлага-
емой системе регулирования напряжения пред-
усмотрена вариативная частота переключений 
РПН и прямой учёт остаточного ресурса РПН, 
что не приведёт к его досрочному исчерпанию 
при регулировании напряжения согласно пред-
лагаемой системе.

ЛИТЕРАТУРА

1. 

Диссертация на соискание учёной степени 
кандидата технических наук Насырова Р.Р. 
«Разработка системы активно-адаптивного 
регулирования напряжения в распределитель-
ных электрических сетях», ФГБОУ ВПО «НИУ 
«МЭИ», Москва, 2013 г.

2. 

Р.Р. Насыров, В.Н. Тульский. «Разработка 
способа управления средствами регулиро-
вания напряжения в распределительных 
сетях 6—10(20)/0,38 кВ». XVI Международная 
научно-техническая конференция студентов и 
аспирантов «Радиоэлектроника, электротехни-
ка и энергетика». МЭИ 2010.

3. Инструкция по регулированию напряжения 

трансформаторов РПН 35—110 кВ. Мини-
стерство энергетики и электрификации 
СССР. Главное техническое управление по 
эксплуатации энергосистем. Производствен-
ное объединение по наладке, совершенсово-
ванию технологии и эксплуатации электро-
станций и сетей «Союзтехэнерго». Москва, 
1978 год.