Minimization of Technical Active Power Losses in Extra-High Voltage Overhead Power Lines Taking the Corona Effect into Account
Keywords:
overhead power line, extra-high voltage, operating parameters, r.m.s. voltage, active power losses, corona, specific line conductivity
Abstract
A technique has been developed to minimize active power losses that takes into account the corona effect on extra-high voltage overhead power transmission lines in normal modes of their operation. The corona effect is modeled by a specific conductivity, which is a nonlinear function of the voltage level. The equivalent conductivity value is corrected for the actual weather conditions iteratively by changing the r.m.s. voltage value. A universal expression for estimating the effect of operating parameters on the change of voltage along the line length and a graphic illustration of this effect are presented. By differentiating the functional dependence of the total active power losses, formulas are obtained for calculating the operating parameters corresponding to the minimum loss values, assuming that the conductivity does not depend on voltage. It is shown that the operating and technical limitations on the voltage values at the line ends and in its intermediate sections significantly reduce the range of transmitted power with minimal losses. The iterative calculation sequence for determining the reduced voltage level corresponding to the lowest total losses is outlined. The transmitted power values at different corona intensities are calculated. The study results have shown the need to take into account the nonlinear dependence of equivalent conductivity on the r.m.s. voltage value.
References
1. Зарудский Г.К., Сыромятников С.Ю. Уточнение выражений для расчёта температуры проводов воздушных линий электропередачи сверхвысокого напряжения. ‒ Вестник МЭИ, 2008, № 2, с. 37‒42.
2. Kotni L. A Proposed Algorithm for an Overhead Transmission Line Conductor Temperature Rise Calculation. ‒ International Transactions on Electrical Energy Systems, 2014, vol. 24, pp. 578–596.
3. Баркан Я.Д. Эксплуатация электрических систем. М.: Высшая школа, 1990, 304 с.
4. Мельников Н.А., Рокотян С.С., Шеренцис А.Н. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330‒500 кВ. М.: Энергия, 1974, 472 с.
5. Афанасьев Д.А., Зарудский Г.К. К методике оценки потерь активной мощности на корону на воздушных линиях электропередачи сверхвысокого напряжения. ‒ ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2001,
№ 1, с. 11–13.
6. Методика расчёта нормативных (технологических) потерь электроэнергии в электрических сетях (Утв. Приказом Минпромэнерго России от 03.02.2005 № 21).
7. И 34-70-030-87. Инструкция по расчёту и анализу технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений [Электрон. ресурс], URL: https://docs.cntd.ru/document/1200031469 (дата обращения 03.11.21).
8. Зарудский Г.К. Анализ изменения режимных параметров воздушных линий сверхвысокого напряжения. ‒ Электричество, 1998, № 5, с. 2‒8.
9. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: ЭНАС, 2012, 376 с.
10. Александров Г.Н. и др. Проектирование линий электропередачи сверхвысокого напряжения. Л.: Энергоатомиздат, 1983, 368 с.
11. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения. М.: Издательский дом МЭИ, 2007, 488 с.
12. Красильникова Т.Г. Универсальный подход к минимизации потерь активной мощности в линиях сверхвысокого напряжения. ‒ Электричество, 2011, № 3. с. 13–19.
13. Баламетов А.Б., Халилов Э.Д., Исаева Т.М. Моделирование режима ЛЭП СВН с учетом реальных характеристик потерь на корону. ‒ Электротехника, 2018, № 2, с. 69–75.
14. Гаджиев М.Г. Анализ систематической погрешности измерения потерь на корону и в проводах в режиме реального времени. – Электричество, 2011, № 3, с. 20–36.
15. Kuchanskyy V., Zaitsev I. Corona Discharge Power Losses Measurement Systems in Extra Voltage Transmissions Lines. ‒ 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Systems (ESS), 2020, pp. 48‒53.
16. Phadke A.G. Synchronized Phasor Measurements. A Historical Overview. – IEEE/PES Transmission and Distribution Conference, 2002, vol. 1, pp. 476–479.
17. Зарудский Г.К. и др. Расчет потерь мощности на корону в воздушных линиях электропередачи переменного тока. ‒ ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2001, № 2, с. 13–15.
18. Тамазов А.И. Потери на корону и их снижение в сетях 220 кВ и выше. ‒ ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2004, № 4, с.15‒20.
19. Костюшко В.А. Анализ расчётных и экспериментальных оценок потерь мощности на корону на воздушных линиях электропередачи переменного тока. М.: НТФ Энергопрогресс, 2011, 84 с.
20. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчётов. М.: Энергоатомиздат, 1989, 176 с.
21. Железко Ю.С. и др. Потери электроэнергии в электрических сетях: основные сведения, расчет и нормирование. М.: Издательский дом МЭИ, 2011, 128 с.
22. Тамазов А.И. Новый подход к регулированию напряжения и реактивной мощности в энергосистеме по минимуму потерь. ‒ Электричество, 2016, № 8, с. 29–36.
23. Pan W., et al. Calculation Method of Corona Loss in EHV/UHV System Based on Distributed Parameter Characteristik. – IEEJ Transaction on Electrical and Electronic Engineering, 2019, vol. 14, pp. 730–734.
#
1. Zarudskiy G.K., Syromyatnikov S.Yu. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of MPEI), 2008, No. 2, pp. 37‒42.
2. Kotni L. A Proposed Algorithm for an Overhead Transmission Line Conductor Temperature Rise Calculation. ‒ International Transactions on Electrical Energy Systems, 2014, vol. 24, pp. 578–596.
3. Barkan Ya.D. Ekspluatatsiya elektricheskih sistem (Operation of Electrical Systems). М.: Vysshaya shkola, 1990, 304 p.
4. Mel'nikov N.A., Rokotyan S.S., Sherentsis A.N. Proektirovanie elektricheskoy chasti vozdushnyh liniy elektroperedachi 330‒500 kV (Design of the Electrical Part of 330-500 kV Overhead Power Lines). М.: Energiya, 1974, 472 p.
5. Afanas'ev D.А., Zarudskiy G.K. ELEKTRO. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost' ‒ in Russ. (ELECTRO. Electrical Engineering, Electric Power Industry, Electrical Industry), 2001, No. 1, pp. 11–13.
6. Metodika raschyota normativnyh (tekhnologicheskih) poter' elektroenergii v elektricheskih setyah (Utv. Prikazom Minpromenergo Rossii ot 03.02.2005 № 21) (Methodology for Calculating Regulatory (Technological) Losses of Electricity in Electric Networks (Approved by the Order of the Ministry of Industry and Energy of Russia dated 03.02.2005 No. 21)).
7. I 34-70-030-87. Instruktsiya po raschyotu i analizu tekhnologicheskogo raskhoda elektricheskoy energii na peredachu po elektricheskim setyam energosistem i energoob"edineniy (Instructions for Calculating and Analyzing the Technological Consumption of Electric Energy for Transmission Through Electric Networks of Power Systems And Power Connections) [Electron. resource], URL: https://docs.cntd.ru/document/1200031469 (Date of appeal 03.11.21).
8. Zarudskiy G.K. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1998, No, 5, pp. 2‒8.
9. Spravochnik po proektirovaniyu elektricheskih setey (Handbook on the design of electrical networks) / Under Ed. D.L. Faibisovich. М.: ENAS, 2012, 376 p.
10. Aleksandrov G.N., et al. Proektirovanie liniy elektroperedachi sverhvysokogo napryazheniya (Design of Ultra-High Voltage Power Transmission Lines). L.: Energoatomizdat,1983, 368 p.
11. Ryzhov Yu.P. Dal'nie elektroperedachi sverhvysokogo napryazheniya (Long-Range Ultra-High Voltage Power Transmission). М.: Izdatel'skiy dom MEI, 2007, 488 p.
12. Krasil'nikova T.G. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 3. pp. 13–19.
13. Balametov A.B., Halilov E.D., Isaeva Т.М. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2018, No. 2, pp. 69–75.
14. Gadzhiev M.G. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 3, pp. 20–36.
15. Kuchanskyy V., Zaitsev I. Corona Discharge Power Losses Measurement Systems in Extra Voltage Transmissions Lines. ‒ 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Systems (ESS), 2020, pp. 48‒53.
16. Phadke A.G. Synchronized Phasor Measurements. A Historical Overview. – IEEE/PES Transmission and Distribution Conference, 2002, vol. 1, pp. 476–479.
17. Zarudskiy G.K., et al. ELEKTRO. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost' ‒ in Russ. (ELECTRO. Electrical Engineering, Electric Power Industry, Electrical Industry), 2001, No. 2, pp. 13–15.
18. Tamazov А.I. ELEKTRO. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost' ‒ in Russ. (ELECTRO. Electrical Engineering, Electric Power Industry, Electrical Industry), 2004, No. 4, pp.15‒20.
19. Kostyushko V.А. Analiz raschyotnyh i eksperimental'nyh otsenok poter' moshchnosti na koronu na vozdushnyh liniyah elektroperedachi peremennogo toka (Analysis of Calculated and Experimental Estimates of Corona Power Losses on Overhead AC Power Lines). М.: NTF Energoprogress, 2011, 84 p.
20. Zhelezko Yu.S. Vybor meropriyatiy po snizheniyu poter' elektroenergii v elektricheskih setyah: rukovodstvo dlya prakticheskih raschyotov (Selection of Measures to Reduce Electricity Losses in Electric Networks: a Guide for Practical Calculations). М.: Energoatomizdat, 1989, 176 p.
21. Zhelezko Yu.S., et al. Poteri elektroenergii v elektricheskih setyah: osnovnye svedeniya, raschet i normirovanie (Electricity Losses in Electric Networks: Basic Information, Calculation and Rationing). М.: Izdatel'skiy dom MEI, 2011, 128 p.
22. Tamazov А.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2016, No. 8, pp. 29–36.
23. Pan W., et al. Calculation Method of Corona Loss in EHV/UHV System Based on Distributed Parameter Characteristik. – IEEJ Transaction on Electrical and Electronic Engineering, 2019, vol. 14, pp. 730–734.
2. Kotni L. A Proposed Algorithm for an Overhead Transmission Line Conductor Temperature Rise Calculation. ‒ International Transactions on Electrical Energy Systems, 2014, vol. 24, pp. 578–596.
3. Баркан Я.Д. Эксплуатация электрических систем. М.: Высшая школа, 1990, 304 с.
4. Мельников Н.А., Рокотян С.С., Шеренцис А.Н. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330‒500 кВ. М.: Энергия, 1974, 472 с.
5. Афанасьев Д.А., Зарудский Г.К. К методике оценки потерь активной мощности на корону на воздушных линиях электропередачи сверхвысокого напряжения. ‒ ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2001,
№ 1, с. 11–13.
6. Методика расчёта нормативных (технологических) потерь электроэнергии в электрических сетях (Утв. Приказом Минпромэнерго России от 03.02.2005 № 21).
7. И 34-70-030-87. Инструкция по расчёту и анализу технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений [Электрон. ресурс], URL: https://docs.cntd.ru/document/1200031469 (дата обращения 03.11.21).
8. Зарудский Г.К. Анализ изменения режимных параметров воздушных линий сверхвысокого напряжения. ‒ Электричество, 1998, № 5, с. 2‒8.
9. Справочник по проектированию электрических сетей / под ред. Д.Л. Файбисовича. М.: ЭНАС, 2012, 376 с.
10. Александров Г.Н. и др. Проектирование линий электропередачи сверхвысокого напряжения. Л.: Энергоатомиздат, 1983, 368 с.
11. Рыжов Ю.П. Дальние электропередачи сверхвысокого напряжения. М.: Издательский дом МЭИ, 2007, 488 с.
12. Красильникова Т.Г. Универсальный подход к минимизации потерь активной мощности в линиях сверхвысокого напряжения. ‒ Электричество, 2011, № 3. с. 13–19.
13. Баламетов А.Б., Халилов Э.Д., Исаева Т.М. Моделирование режима ЛЭП СВН с учетом реальных характеристик потерь на корону. ‒ Электротехника, 2018, № 2, с. 69–75.
14. Гаджиев М.Г. Анализ систематической погрешности измерения потерь на корону и в проводах в режиме реального времени. – Электричество, 2011, № 3, с. 20–36.
15. Kuchanskyy V., Zaitsev I. Corona Discharge Power Losses Measurement Systems in Extra Voltage Transmissions Lines. ‒ 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Systems (ESS), 2020, pp. 48‒53.
16. Phadke A.G. Synchronized Phasor Measurements. A Historical Overview. – IEEE/PES Transmission and Distribution Conference, 2002, vol. 1, pp. 476–479.
17. Зарудский Г.К. и др. Расчет потерь мощности на корону в воздушных линиях электропередачи переменного тока. ‒ ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2001, № 2, с. 13–15.
18. Тамазов А.И. Потери на корону и их снижение в сетях 220 кВ и выше. ‒ ЭЛЕКТРО. Электротехника, электроэнергетика, электротехническая промышленность, 2004, № 4, с.15‒20.
19. Костюшко В.А. Анализ расчётных и экспериментальных оценок потерь мощности на корону на воздушных линиях электропередачи переменного тока. М.: НТФ Энергопрогресс, 2011, 84 с.
20. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях: руководство для практических расчётов. М.: Энергоатомиздат, 1989, 176 с.
21. Железко Ю.С. и др. Потери электроэнергии в электрических сетях: основные сведения, расчет и нормирование. М.: Издательский дом МЭИ, 2011, 128 с.
22. Тамазов А.И. Новый подход к регулированию напряжения и реактивной мощности в энергосистеме по минимуму потерь. ‒ Электричество, 2016, № 8, с. 29–36.
23. Pan W., et al. Calculation Method of Corona Loss in EHV/UHV System Based on Distributed Parameter Characteristik. – IEEJ Transaction on Electrical and Electronic Engineering, 2019, vol. 14, pp. 730–734.
#
1. Zarudskiy G.K., Syromyatnikov S.Yu. Vestnik MEI – in Russ. (Bulletin of MPEI), 2008, No. 2, pp. 37‒42.
2. Kotni L. A Proposed Algorithm for an Overhead Transmission Line Conductor Temperature Rise Calculation. ‒ International Transactions on Electrical Energy Systems, 2014, vol. 24, pp. 578–596.
3. Barkan Ya.D. Ekspluatatsiya elektricheskih sistem (Operation of Electrical Systems). М.: Vysshaya shkola, 1990, 304 p.
4. Mel'nikov N.A., Rokotyan S.S., Sherentsis A.N. Proektirovanie elektricheskoy chasti vozdushnyh liniy elektroperedachi 330‒500 kV (Design of the Electrical Part of 330-500 kV Overhead Power Lines). М.: Energiya, 1974, 472 p.
5. Afanas'ev D.А., Zarudskiy G.K. ELEKTRO. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost' ‒ in Russ. (ELECTRO. Electrical Engineering, Electric Power Industry, Electrical Industry), 2001, No. 1, pp. 11–13.
6. Metodika raschyota normativnyh (tekhnologicheskih) poter' elektroenergii v elektricheskih setyah (Utv. Prikazom Minpromenergo Rossii ot 03.02.2005 № 21) (Methodology for Calculating Regulatory (Technological) Losses of Electricity in Electric Networks (Approved by the Order of the Ministry of Industry and Energy of Russia dated 03.02.2005 No. 21)).
7. I 34-70-030-87. Instruktsiya po raschyotu i analizu tekhnologicheskogo raskhoda elektricheskoy energii na peredachu po elektricheskim setyam energosistem i energoob"edineniy (Instructions for Calculating and Analyzing the Technological Consumption of Electric Energy for Transmission Through Electric Networks of Power Systems And Power Connections) [Electron. resource], URL: https://docs.cntd.ru/document/1200031469 (Date of appeal 03.11.21).
8. Zarudskiy G.K. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 1998, No, 5, pp. 2‒8.
9. Spravochnik po proektirovaniyu elektricheskih setey (Handbook on the design of electrical networks) / Under Ed. D.L. Faibisovich. М.: ENAS, 2012, 376 p.
10. Aleksandrov G.N., et al. Proektirovanie liniy elektroperedachi sverhvysokogo napryazheniya (Design of Ultra-High Voltage Power Transmission Lines). L.: Energoatomizdat,1983, 368 p.
11. Ryzhov Yu.P. Dal'nie elektroperedachi sverhvysokogo napryazheniya (Long-Range Ultra-High Voltage Power Transmission). М.: Izdatel'skiy dom MEI, 2007, 488 p.
12. Krasil'nikova T.G. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 3. pp. 13–19.
13. Balametov A.B., Halilov E.D., Isaeva Т.М. Elektrotekhnika – in Russ. (Electrical Engineering), 2018, No. 2, pp. 69–75.
14. Gadzhiev M.G. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2011, No. 3, pp. 20–36.
15. Kuchanskyy V., Zaitsev I. Corona Discharge Power Losses Measurement Systems in Extra Voltage Transmissions Lines. ‒ 2020 IEEE 7th International Conference on Energy Systems (ESS), 2020, pp. 48‒53.
16. Phadke A.G. Synchronized Phasor Measurements. A Historical Overview. – IEEE/PES Transmission and Distribution Conference, 2002, vol. 1, pp. 476–479.
17. Zarudskiy G.K., et al. ELEKTRO. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost' ‒ in Russ. (ELECTRO. Electrical Engineering, Electric Power Industry, Electrical Industry), 2001, No. 2, pp. 13–15.
18. Tamazov А.I. ELEKTRO. Elektrotekhnika, elektroenergetika, elektrotekhnicheskaya promyshlennost' ‒ in Russ. (ELECTRO. Electrical Engineering, Electric Power Industry, Electrical Industry), 2004, No. 4, pp.15‒20.
19. Kostyushko V.А. Analiz raschyotnyh i eksperimental'nyh otsenok poter' moshchnosti na koronu na vozdushnyh liniyah elektroperedachi peremennogo toka (Analysis of Calculated and Experimental Estimates of Corona Power Losses on Overhead AC Power Lines). М.: NTF Energoprogress, 2011, 84 p.
20. Zhelezko Yu.S. Vybor meropriyatiy po snizheniyu poter' elektroenergii v elektricheskih setyah: rukovodstvo dlya prakticheskih raschyotov (Selection of Measures to Reduce Electricity Losses in Electric Networks: a Guide for Practical Calculations). М.: Energoatomizdat, 1989, 176 p.
21. Zhelezko Yu.S., et al. Poteri elektroenergii v elektricheskih setyah: osnovnye svedeniya, raschet i normirovanie (Electricity Losses in Electric Networks: Basic Information, Calculation and Rationing). М.: Izdatel'skiy dom MEI, 2011, 128 p.
22. Tamazov А.I. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2016, No. 8, pp. 29–36.
23. Pan W., et al. Calculation Method of Corona Loss in EHV/UHV System Based on Distributed Parameter Characteristik. – IEEJ Transaction on Electrical and Electronic Engineering, 2019, vol. 14, pp. 730–734.
Published
2021-11-03
Issue
Section
Article
