Connecting single-phase renewable energy sources to a 0.4 kV three-phase line while complying with standardized limits on unbalance factors

Abstract

The objective of this study is to develop the methodology and use it to investigate the feasibility of connecting single-phase renewable energy sources to a single 0.4 kV three-phase line while adhering to standardized limitations on unbalance factors. To achieve this goal the model of a three-phase low-voltage overhead cable line, built using MATLAB blocks, is proposed. The model enables calculations of the steady-state operating modes of a three-phase line consisting of five sections of arbitrary length with connection of phase loads and/or single-phase renewable energy sources at the end of each section. The novelty lies in the determination of phase voltage and current magnitudes at any connection points of loads and energy sources along the length of the line. Furthermore, unbalance factors for zero and inverse sequences are determined at the same points. The most important result is that the permissible injection values through a three-phase line, according to power quality requirements, decreases sufficiently with increasing line length due to the significant influence of its zero-sequence resistance. To estimate the permissible injection values from a power quality perspective, depending on the parameters and length of a three-phase line, in the presence of asymmetric loads and injections in different phases, a system calculation must be performed in each individual case. Therefore, it is not possible to develop simple general recommendations for maintaining the specified power quality.

Obiectivul acestui studiu este dezvoltarea metodologiei pentru determinarea fezabilității conectării surselor monofazate de energie electrică regenerabilă la linie trifazată de 0,4 kV, respectând în același timp limitele standardizate ale coeficienților de asimetrie. Pentru realizarea obiectivului propus au fost rezolvate următoarele probleme: elaborat un model unei linii de cablu aerian trifazat de joasă tensiune, bazat pe softul MATLAB. Modelul permite calcularea modurilor staționare asimetrice pentru o linie trifazată formată din cinci secțiuni de o anumită lungime, cu conectarea pe faze a sarcinilor ori surselor de energie de-a lungul liniei. Noutatea constă în determinarea valorilor tensiunilor și curenților de fază la punctele de conectare ale sarcinilor monofazate arbitrare ori a surselor de energie monofazate de-a lungul liniei. De asemenea, în aceleași puncte se calculează coeficienții de asimetrie de secvență zero și inversă. Cel mai important rezultat este că valorile de injecție admisibile pentru a îndeplini cerințele de calitate a energiei electrice printr-o linie trifazată scad semnificativ odată cu creșterea lungimii liniei, datorită influenței semnificative a rezistenței sale de secvență zero. Pentru a evalua valorile de injecție admisibile pentru a se conforma cu cerințele de calitate a energiei electrice, în funcție de parametrii și lungimea liniei trifazate, în prezența sarcinilor asimetrice și a injecțiilor în diferite faze, este necesar să se efectueze un calcul al modului în fiecare caz individual. Prin urmare, nu este posibil să se elaboreze recomandări generale simple pentru menținerea calității specificate.

Цель работы: разработка методики и исследование с ее помощью возможности подключения однофазных источников возобновляемой энергии к одиночной трехфазной линии 0.4 кВ с соблюдением нормируемых ограничений по коэффициентам несимметрии. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: разработана модель трехфазной кабельной воздушной линии низкого напряжения, Модель позволяет проводить расчеты установившихся режимов работы трехфазной линии, состоящей из 5 участков произвольной длины с пофазным подключением нагрузки и/или однофазных источников возобновляемой энергии в конце каждого участка. Новизна работы заключается в определении модулей фазных напряжений и токов в любых точках подключения нагрузок и источников энергии вдоль всей длины линии. Кроме того, в техже точках определяются коэффициенты несимметрии по нулевой и обратной последовательности. Наиболее важный результат состоит в том, что допустимые по требованиям качества энергии значения инжекции через трехфазную линию значительно снижаются при увеличении длины линии ввиду заметного влияния ее сопротивления нулевой последовательности. Для оценки величины допустимой с точки зрения качества энергии инжекции в зависимости от параметров и длины трехфазной линии, при наличии несимметричных нагрузок и инжекций вразных фазах, в каждом отдельном случае необходимо проводить расчет режима, поэтому не представляется возможным выработать простые общие рекомендации для соблюдения нормируемого качества. Данная проблема актуальна и значима ввиду все более широкого распространения однофазных источников, которые являются наиболее приемлемым и экономичным вариантом для подавляющего числа небольших потребителей.