Метод прогнозирования уровня гармонических составляющих в сетях освещения по значению коэффициента нелинейных искажений тока осветительных электроприборов с учетом воздействия внешних факторов

R K Zaripov; A E Sidorov

doi:10.22213/2413-1172-2026-2-86-97

Authors

R. K. Zaripov Kazan State Power Engineering University
A. E. Sidorov Kazan State Power Engineering University

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2026-2-86-97

Keywords:

nonlinear load, coefficient of nonlinear current distortion, higher harmonics, harmonic component of current, power grid, filter-compensating installation

Abstract

The article is devoted to the analysis of relations between the level of harmonic current components in local low-voltage lighting networks and the initial parameters of lighting devices of various types connected to it and various external factors. The purpose of the research is to study the relation of the initial nonlinear current distortion coefficient of lighting electrical appliances with respect to various parameters and develop a universal method for predicting the real level harmonic components for a circuit portion based on these values. The paper presents the results of experimental measurements of main characteristics and coefficients of nonlinear current distortion of various linear and nonlinear lighting devices. The relation between their values and a number of external factors has been studied: the total power grid load, the time of day, the power grid non-sinusoidal voltage, the distance to the source of higher harmonics emission from the control point and various types of electrical appliances connected in parallel to the power grid. As a solution, a formula for calculating the predicted level of harmonic components of the lighting network with correction coefficients for each practical case providing prediction the level of possible power grid loads based on laboratory values of lighting devices and selection effective solutions to maintain electricity quality at minimal cost is proposed. It is suggested to call correction coefficients as the “distance coefficient” responsible for distance correction of the connection point of special filter-compensating installations (FCS) from the source of higher harmonic emission, the “non-sinusoidal voltage coefficient” that takes into account the current state of sinusoidal voltage in the network, and the “mutual reduction coefficient”, which approximates the objectivity of estimating the total harmonic components of a circuit section by the coefficient nonlinear current distortion of each device. The results obtained make it possible to predict the actual level of harmonic loads of local lighting networks based on the parameters of the connected lighting devices and the characteristics of the power grid for the selection of optimal filter-compensating installations reliably.

Author Biographies

R. K. Zaripov, Kazan State Power Engineering University

Post-graduate

A. E. Sidorov, Kazan State Power Engineering University

PhD in Engineering, Associate Professor

References

Nestyorkina N.P., Zhuravlyova Yu.A., Kovalenko O.Y., Mikayeva S.A. (2020) Comparative Analysis of the Characteristics of LED Filament Lamps for Household Lighting. Light & Engineering, vol. 28, no. 6, pp. 71-75. DOI: 10.33383/2020-023

ANSI/IES TM-28-20. Projecting Long-Term Luminous Flux Maintenance of LED Lamps and Luminaires. New York: Illuminating Engineering Society, 2020 (Technical Memorandum).

Ayaz M., Yucel U., Erhan K., Ozdemir E. (2020) A Novel Cost-Efficient Daylight-Based Lighting System for Public Buildings: Design and Implementation. Light & Engineering, vol. 28, no. 6, pp. 60-70. DOI: 10.33383/2020-043

Кузьменко В. П. Модель оценки срока службы светодиодных осветительных приборов с учетом системных факторов эксплуатации // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2025. Т. 28, № 4. С. 12-21. DOI: 10.22213/2413-1172-2025-4-12-21

Aurora G., Sarah K.R., Math H.J. (2017) Light Intensity Variation (Flicker) and Harmonic Emission Related to LED Lamps. Electric Power Systems Research, vol. 146, no. 5, pp. 107-114. DOI:10.1016/J.EPSR.2017.01.026

Тукшаитов Р. Х. К характеристике закономерности спада светового потока светодиодных филаментных ламп разной мощности после их включения // Практическая силовая электроника. 2018. № 2. С. 49-52.

Radwa M.A., Carl N.M.H. (2021) Characterization of Commercial LED Lamps for Power Quality Studies. IEEE Canadian J. of Electr. and Comp. Eng., vol. 44, no. 2, pp. 94-104. DOI:10.1109/ICJECE.2019.2951031

Kurker F, Nur A. (2025) Reduction of Harmonics from LED Lighting in Industrial Facilities with Passive LC Filter. Light & Engineering, vol. 33, no. 5, pp.79-88. DOI: 10.33383/2025-081

Тукшаитов Р. Х., Зарипов Р. К. Определение коэффициента мощности искажения нагрузок по номограмме на основе измерения КНИ по току // Практическая силовая электроника. 2022. № 4 (88). C. 53-55

Chakraborty S., Chakraborty G., Goswami A.D., Roy J. (2023) Study of the Harmonic Analysis of the High-Intensity Discharge Lamps. L&E, vol. 31, no. 4. DOI: 10.33383/2022-093

Sonmezocak T., Akar O., Terzi U.K. (2022) High Performance Adaptive Active Harmonic Filter Design for Non-Linear LED Loads. L&E, vol. 30, no. 1. DOI:10.33383/2021-083

Rustemli S., Satici M.A., Sahin G., Sark W.V. (2023) Investigation of Harmonics Analysis Power System Due to Non-Linear Loads on the Electrical Energy Quality Results. Energy Reports, vol. 10, pp. 4704-4732. DOI: 10.1016/J.EGYR.2023.11.034

Колмаков В. О., Пантелеев В. И. Качество электроэнергии в системах светодиодного освещения // Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования. 2012. С. 87-90.

Бирюлин В. И., Куделина Д. В., Брежнев И. В. Исследование проблем качества электроэнергии в сетях напряжением 0,4 кВ // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2022. Т. 24, № 2. C. 73-85. DOI: 10.30724/1998-9903-2022-24-2-73-86

Akalp O., Ozbay H., Efe S.B. (2021) Design and Analysis of High-Efficient Driver Model for LED Luminaires. Light & Engineering, vol. 29, no. 2, pp. 96-106. DOI:10.33383/2021-012

Кузьменко В. П., Солёный С. В., Фролов Е. А., Бобрышов А. П. Структурно-функциональная модель управления качеством светодиодных источников света, используемых в малых космических аппаратах // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2026. Т. 29, № 1. С. 35-43. DOI: 10.22213/2413-1172-2026-1-35-43

Hasan A., Abdulmajeed S., Fahad A., Kiss P. (2023) Numerical Harmonic Modelling of Low Wattage LED Lamps Based on Parameter Estimation Algorithms. ISA Transactions, vol. 139, pp. 230-241. DOI: 10.1016/J.ISATRA.2024.09.016

Özer İ., Özbay H., Efe S.B. (2022) Deep Learning Based Harmonic Estimation in LED Illumination Systems. Journal of Eng. Sciences and Research, vol. 4, no. 2, pp. 328-334. DOI: 10.46387/BJESR.1174771

Arrillaga J., Bradley D., Bodger P. (1985) Power System Harmonics. New York, USA: J. Wiley &Sons.

Горбунов А. О. Потери мощности от несинусоидальных токов в сельских электрических сетях 0,4 кВ // Вестник аграрной науки Дона. 2025. Т. 18, № 2 (70). С. 67-78. DOI: 10.55618/20756704_2025_18_2_67-78

Тухватуллин Л. Т., Исаков Р. Г. Способы повышения стабильности напряжения в системе электроснабжения промышленных предприятий // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2025. Т. 27, № 3. С. 82-101. DOI: 10.30724/1998-9903-2025-27-3-82-101

Tukshaitov R., Zaripov R., Gibadullin R. (2023) Some factor constraining the development and implementation of power grid voltage harmonics in the power engineering of filter-compensating installation - E3S Web of Conferences 470, p. 01023. DOI: 10.1051/e3sconf/202347001023

Тукшаитов Р. Х., Зарипов Р. К. Спектральный состав тока разных нагрузок и анализ эффективности снижения эмиссии его гармоник в электросеть // Практическая силовая электроника. 2024. № 3 (95). С. 37-41.

Тукшаитов Р. Х., Зарипов Р. К. Метрологическое обеспечение измерения малых значений коэффициента нелинейных искажений электрооборудования на основе физического его моделирования // Практическая силовая электроника. 2024. № 4 (96). С. 52-55.