[ «РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ЭКВИВАЛЕНТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПРЕДПРИЯТИЯ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ ...»
5.2 Алгоритм расчета токов КБ При суммировании полученных в предыдущих главах результатов, появилась возможность создания алгоритма расчета токов КБ с учетом нелинейной нагрузки и выбора наиболее эффективного метода эквивалентирования. Разработанный алгоритм расчета токов КБ и выбора средств компенсации приведен на рисунке 5.2.1.
нагрузка Анализ типа Расчет токов КБ с учетом влияния 6-ти и 12-ти пульсных преобразователей при эквивалентировании методом моментов Рисунок 5.2.1- Алгоритм выбора средств компенсации высших гармоник при Алгоритм выбора средств компенсации высших гармоник при учете преобразователей разного типа состоит из анализа условий возникновения высших гармоник и выявления элементов систем электроснабжения наиболее подверженных влиянию ВГ; установления природы возникновения ВГ;
анализа соотношения мощностей, потребляемых нелинейными нагрузками;
получения зависимостей тока КБ от угла сдвига фаз; анализа возможных погрешностей расчета параметров цепи и в зависимости от этого: выбора параметров компенсирующих устройств с учетом или без учета фазовых характеристик нелинейной нагрузки.
5.3 Внедрение результатов работы Приведенный в разделе 5.2 алгоритм расчета тока КБ и выбора компенсирующих устройств был применен при реконструкции системы электроснабжения клиники имени Э.Эйхвальда СЗГМУ им.Мечникова.
(Приложение В) Схема электроснабжения приведена на рисунке 5.3.1.
электротехнического комплекса клиники:
питание нагрузки осуществляется от сети 0,4 кВ с заземленной нейтралью при наличии как трехфазной, так и однофазной нагрузки;
эквивалентированию и расчету подвергается электрическая сеть, представленная отдельно по одной фазе;
конденсаторная батарея должна быть включена в звезду при условии равенства мощности в каждой фазе.
Общий вид схемы замещения с обозначением её параметров отдельно для каждой фазы приведен на рисунке 5.3.2.
Рисунок 5.3.2 - Общий вид пофазной схемы замещения На рисунке обозначено:
– источник питания; RS(1), X S(1) – соответственно активное и реактивное сопротивления системы; Rд(1), X д(1) – соответственно активное и реактивное сопротивления эквивалентной линейной двигательной нагрузки и соответствующие ей эквивалентные сопротивления кабельных линий R1(1), X 1(1) ; RЛ, X Л – соответственно эквивалентные активное и реактивное сопротивления линейной недвигательной нагрузки и соответствующие им нелинейной нагрузки.
Таблица 5.3.1 – Исходные данные Номинальная мощность КБ, предложенная проектировщиками при реконструкции системы электроснабжения клиники, составила 450 квар c фазным током 1136 А для II секции шин и мощностью 160 квар c фазным током 240 А для III секции шин.
Исходные данные приведены в таблице 5.3.1. RS =0,02 Ом; X S =0,11 Ом;
X КБ (I секция шин)=0,32 Ом; X КБ (II секция шин)=0,19 Ом; X КБ (III секция шин)=0,78 Ом.
В результате расчета по разработанному алгоритму с учетом полученных в работе частотных характеристик и с применением метода получены следующие результаты:
I КБ (I секция шин)= 1360 А; I КБ (II секция шин)= 2120 А; I КБ (III секция шин)= 505 А.
Расчет традиционным методом дал следующие результаты:
I КБ (I секция шин)= 1080 А; I КБ (II секция шин)= 1620 А; I КБ (III секция шин)= 421 А.
Относительная погрешность в определении тока конденсаторных батарей составила: (I секция шин)= 25%; (II секция шин)= 30%; (III секция шин)= 21%.
Из вышеуказанных результатов следует, что по сравнению с традиционным методом точность определения токов КБ увеличилась от 21 до 30%.
5.4 Выводы по главе В пятой главе приведены результаты исследований, проведенных с учетом разработанных в предыдущих главах принципов.
В рамках принятого в работе диапазона изменения параметров системы электроснабжения и нагрузки был проведен расчет для усредненных параметров тока КБ.
Установлено, что относительная погрешность определения тока КБ в сравнении двух способов: традиционного и с учетом выявленных частотных характеристик элементов электротехнического комплекса промышленного предприятия с применением метода моментов при эквивалентировании составляет от 21 до 30 %, в зависимости от сопротивления системы.
Разработан алгоритм расчета токов КБ и выбора параметров устройств компенсации высших гармоник.
Приведены результаты внедрения разработанного алгоритма расчета токов КБ при проектировании реконструкции системы электроснабжения клиники имени Э.Эйхвальда СЗГМУ им. И.И. Мечникова. Установлено, что при наличии оборудования клиники, вносящего значительные искажения в напряжение электрической сети, эксплуатация КБ невозможна. Необходимо применение устройств, компенсирующих ВГ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной научно-технической задачи электротехническом комплексе предприятия нелинейной нагрузки, путем применения рационального метода эквивалентирования электрической системы с учетом выявленных частотных характеристик её параметров, включая нагрузку.Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Проведен анализ систем электроснабжения различных предприятий, включая клинику медицинского учреждения, содержащих нелинейную электротехнического комплекса, включая нелинейную нагрузку, что легло в основу решения поставленных в работе задач.
электротехнического комплекса предприятия в аналитической и графической форме.
Для кабельной линии с медными жилами в относительных единицах:
Для кабельной линии с алюминиевыми жилами в о.е:
Для силового трансформатора:
3. Установлено, что в зависимости от учета или неучета сопротивления трансформаторов, кабельных линий, сдвига фаз между напряжением и током на нелинейной нагрузке и сопротивления элементов схемы замещения от порядка гармоник, максимальная погрешность расчета тока КБ может составить 13%.
4. Полученные зависимости погрешности определения тока КБ при электроснабжения предприятия позволили выявить наиболее эффективный метод – метод моментов. Максимальная погрешность при использовании электротехнического комплекса предприятия не превышает 3,4%, что вполне приемлемо для инженерных расчетов.
преобразователей установлено, что:
- при совместном использовании асинхронных двигателей с шести- и двенадцати- пульсным преобразователями, для выявления влияния ВГ на параметры режимов работы электрической сети определяющим является привод с шести- пульсным преобразователем, причем это утверждение справедливо при значения К6-12 больше 0.5;
- при использовании только двенадцати-пульсных преобразователей, сдвигом фаз между напряжением и током можно пренебречь;
6. Установлено, что относительная погрешность определения тока КБ в сравнении двух способов: традиционного и с учетом выявленных частотных характеристик элементов электротехнического комплекса промышленного предприятия с применением метода моментов при эквивалентировании составляет от 21 до 30 %, в зависимости от сопротивления системы.
7. На основе результатов исследований, проведенных в диссертации, разработан алгоритм расчета токов КБ и выбора параметров устройств компенсации высших гармоник.
проектировании реконструкции системы электроснабжения клиники им.
Э.Эйхвальда СЗГМУ им.И.И.Мечникова. Установлено, что эксплуатация КБ совместно с оборудованием клиники, вносящим искажения в электрическую сеть, невозможна. Необходимо применение устройств, компенсирующих высшие гармоники.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамович, Б.Н. Моделирование электромеханических комплексов с синхронными двигателями / Б.Н. Абрамович, Ю.Л. Жуковский. - СПб:Нестор, 2007 г. – 597 с.
2. Абрамович, Б.Н. Секционированная батарея конденсаторов для рудничных электрических сетей с ограничительными реакторами / Б.Н. Абрамович, В.Н. Асафов, Я.Э. Шклярский // Квартальник ГМА, Краков. - 1999. - № 9. - С.75-78.
3. Абрамович, Б.Н. Электропривод и электроснабжение горных предприятий: Учебное пособие / Б.Н. Абрамович, Д.А. Устинов. – СПб:
СПГГИ, 2004. – 84 c.
4. Ананичева, С.С. Схемы замещения и установившиеся режимы электрических сетей: Учебное пособие / С.С. Ананичева, А.Л. Мызин. – 4-е изд. испр. и доп. - Екатеринбург: УГТУ, 2001. – 78 с.
5. Аполлонский, С.М., Коровченко, П.В. Подход к разработке энергосберегающих технологий должен быть комплексным // Материалы международной научно-практической конференции. – СПб, 12-14 апреля 2011 г. – С. 120-123.
6. Архипцев, Ю.Ф. Асинхронные электродвигатели / Ю.Ф. Архипцев.
- М.: Энергоатомиздат, 1986 г. - 104 с.
конденсаторной установки для сети горного предприятия с вентильной нагрузкой: дис. на соискание ученой степ. Канд. техн. наук: 05.09.03-Спб.:
изд-во СПбГТУ, 1994. – 145 с.
8. Бахир, Ю.В. Энергетический режим эксплуатации нефтяных месторождений / Ю.В. Бахир. - М.: Недра, 1978. - 140 с.
Электрические цепи: учебник для бакалавров / Л.А. Бессонов. - 11-е издание перераб. и доп. – М.: издательство Юрайт, 2013. - 701 с.
промышленности / С.Г. Блантер, И.И. Суд. – М.: Недра, 1980. – 478 с.
11. Бурман, А.П. Основы современной энергетики / А.П. Бурман, П.А.
Виссарионов. – М.: Изд-во МЭИ, 2003. – 454 с.
12. Герман-Галкин, С.Г. Силовая электроника. Лабораторные работы на ПК / С.Г. Герман-Галкин. – СПб: Корона-Принт, 2002. – 304 с.
полупроводниковых систем в MATLAB 6.0 / С.Г. Герман-Галкин. – СПб:
Корона-Принт, 2001. - 320 с.
14. Гераскин, О.Т. Применение вычислительной техники для расчета высших гармоник в электрических сетях / О.Т. Гераскин, В.В. Черепанов. М: ВИПКЭнерго, 1987. – 328 с.
электроустановках промышленных предприятий / В.М. Глушков, В.П. Грибин. - М.: Энергия, 1975. – 246 с.
16. Гонсалес, И. Моделирование электрической сети и расчет её режимов при наличии нелинейных искажений / И. Гонсалес // Записки Горного института. РИЦ СПГГУ. СПб. - 2011. – Том 194. - С 130-135.
17. ГОСТ 1282-79 Конденсаторы для повышения коэффициента мощности электроустановок переменного тока частоты 50 и 60 Гц. – М.:
1979, - 16 с.
технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: 1997, - 31 с.
19. ГОСТ 54149-2010 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: 2010, - 16 с.
20. Грейсух, М.В. Расчеты по электроснабжению промышленных предприятий / М.В. Грейсух, С.С. Лазарев // М.: Энергия, 1977. – 312 с.
преобразователей на сеть / Л.А. Добрусин. - НТФ «Энергопрогресс», 2005. с.
22. Добуш, В.С. Компенсация высших гармоник с учетом фазовых соотношений в электротехническом комплексе промышленных предприятий:
дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.09.03-Спб:
изд-во университета «Горный», 2013. – 128 с.
23. Добуш, В.С. Влияние угла сдвига фаз на расчет параметров сети при гармонических искажениях / В.С. Добуш // Материалы докладов восемнадцатой всероссийской конференции «Энергетика: эффективность, надежность, безопасность». Томск, 2012.– С.44-47.
24. Добуш, В.С. Исследование зависимости мощности искажения от гармонического состава тока и напряжения / В.С. Добуш, Я.Э. Шклярский, А.А. Брагин // Сборник «Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения». Том 2, Воркутинский горный институт, 2010. - С. 399-404.
25. Добуш, В.С. Компенсация высших гармоник с учетом фазовых соотношений в электротехническом комплексе промышленных предприятий.
дис. на соискание ученой степ. канд. техн. наук: 05.09.03. – СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2013.
26. Дьяконов, А.Г. Среда для вычислений и визуализации МATLAB / А.Г. Дьяконов. - Москва, 2010. - 84 с.
27. Дьяконов, В.П. MATLAB 7.*/R2006/R2007. Самоучитель / А.Г.
Дьяконов. - М.: ДМК Пресс, 2008. - 768 с.
технической электродинамики, вып. 31. Киев, «Наукова думка», 1971. - С.6Жежеленко, И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 168 с.
30. Жежеленко, И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – 4-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 2000. с.
контроль на промышленных предприятиях. 3-е изд., перераб. и доп. / И.В. Жежеленко, Ю.Л. Саенко // М.: Энергоатомиздат, 2000. – 252 с.
32. Железко, Ю.С. Потери электроэнергии. Реактивная мощность.
Качество электроэнергии: Руководство для практических расчетов. - М.: НЦ ЭНАС, 2009. – 538 с.
электроэнергии в электрических сетях / Ю.С. Железко, А.В. Артемьев, О.Д.
Савченко // М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2003. - 278 с.
34. Зевеке, Г.В. Основы теории цепей. – 4-е изд., перераб. – М.:
Энергия, 1975. – 752 с.
35. Зевеке, Г.В. Основы теории цепей. – 4-е изд. пераб. Учебник для Энергоатомиздат, 1975. – 752 с.
36. Золотых, Н.Ю. Использование пакета Matlab в научной и учебной работе. - Н.Новгород. - 2006. - 165 с.
37. Иванов, B.C. Режимы потребления и качество электроэнергии систем электроснабжения промышленных предприятий / Иванов B.C., Соколов В.И. - М.: Энергоатомиздат, 1987. – 234 с.
38. Иванов-Смоленский, А.В. Электрические машины. М.: Энергия, 1980. – 245 с.
предприятий. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 152 с.
конденсаторных установок / Ильяшов В.П., Большам Я.М., Васильев А.А. Л: Изд-во «Энергия», 1966. – 138 с.
распределительных сетях. - Л.; «Энергия», 1975. – 120 с.
промышленных предприятий. - М., «Энергия», 1970. – 223 с.
43. Кетков, Ю.Л. MATLAB 7: Программирование, численные методы / Кетков Ю.Л., Кетков А.Ю., Шульц М.М. – Издательство: БХВ-Петербург, 2005. – 742 с.
44. Князевский, Б.А. Электроснабжение промышленных предприятий.
– М.: Высш. шк., 1986. – 400 с.
45. Коваленко, В.П. Эквивалентное преобразование сложных систем / В.П. Коваленко // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1964. - №2. – С.23-26.
46. Конюхова, Е.А. Электроснабжение объектов. – М.: Академия, 2004.
– 320 с.
Константинов Б.А. Зайцев Г.3. - Л., «Энергия», 1976. - 104 с.
48. Курбацкий, В.Г. Распределение коэффициента несинусоидальности по отдельным нелинейным потребителям энергосистем / Курбацкий В.Г., Яременко В.Н. // Промышленная энергетика. - 1989. - №6. – С.15-19.
49. Коровченко, П.В. Схема замещения асинхронного двигателя при наличии высших гармоник // Материалы международной научнопрактической конференции «Институты и механизмы инновационного развития в экономике, проектном менеджменте, образовании, юриспруденции, экологии биологии, политологии, психологии, медицине, философии, филологии, социологии, химии, математике, технике, физике». – СПб, 27-28 декабря 2013 г. – С. 73-74.
преобразователя на определение тока конденсаторной батареи / Коровченко П.В., Добуш В.С. // Журнал «Альтернативная энергетика и экология», № 11, 2013 – С. 99-101.
51. Коровченко, П.В., Скамьин А.Н. Эквивалентирование нагрузки в зависимости от спектра высших гармоник / Коровченко П.В., Скамьин А.Н. // Журнал «Альтернативная энергетика и экология», № 1, 2014 – С. 61-63.
52. Коровченко, П.В. Электромагнитная совместимость работы частотно-регулируемого электропривода с установками компенсации реактивной мощности / Коровченко, П.В., Цинкович О.И. // Материалы трудов XIX Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика:
эффективность, надежность, безопасность» / Томский политехнический университет, 4-6 декабря 2013 г. – С. 89-92.
53. Кудрин, Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. – М: Интермет Инжиниринг, 2006. – 669 с.
Кучинский, Г.С., Назаров Н.И. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 320 с.
Г.С. Кучинский, Н.И. Назаров, Г.Т. Назарова, И.Ф. Переселенцев // М.:
Энергия, 1975. – 248 с.
56. Кучумов, Л.А. Потери мощности в электрических сетях и их взаимосвязь с качеством электроэнергии / Кучумов, Л.А., Спиридонова Л.В.
– Л.: Изд-во ЛПИ, 1985. – 92 с.
57. Кучумов, Л.А. Потери мощности в электрических сетях и их взаимосвязь с качеством электроэнергии / Л.А. Кучумов, Л.В. Спиридонова // Л.: Изд-во ЛПИ, 1985. – 92 с.
58. Лурье, М.С. Применение программы MATLAB при изучении курса электротехники. / Лурье, М.С., Лурье О.М. – Красноярск: СибГТУ, 2006. – 208 с.
59. Лыкин, А.В. Электрические системы и сети Учебное пособие. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. - 248 с.
60. Маркович, И.М. Режимы энергетических систем. - Изд. 4-е, перераб. и доп., М.: Энергия; 1969. - 352 с.
61. Минин, Г.П. Реактивная мощность / Г.П. Минин – М.: Книга по Требованию, 2012. – 68 с.
62. Михневич, Г.В. Об электромеханическом эквивалентировании в автоматически регулируемой энергосистеме, Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1964. - №2. – С.65-67.
63. Морозовский, В.Т. К вопросу об эквивалентировании генераторов автономных электрических систем при расчетах статической устойчивости, Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. – 1964. - №2. – С.67-69.
64. Мукосеев, Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. – М: Энергия, 1973. – 584 с.
энергопотреблением в металлургическом производстве / Г.В. Никифоров, В.К. Олейников, Б.И. Заславец // М.: Энергоатомиздат, 2003. - 479 с.
66. Новицкий, П.В. Оценка погрешностей и результатов измерений. / Новицкий, П.В., Зограф И.А. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 284 с.
67. Новодворец, Л.А. Испытание силовых конденсаторных - Л.:
«Энергия», 1971. – 175 с.
проектирование электроснабжения промышленных предприятий. – М:
Тяжпромэлектропроект имени Ф.Б.Якубовского, 1994.
69. Ополева, Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения. – М:
Форум-Инфра-М, 2006. – 480 с.
70. Орурк, И.А. Эквивалентное замещение групп станций сложных энергосистем в колебательных режимах. Изв. АН СССР, Энергетика и транспорт. – 1964. - №2. – С.15-17.
27 декабря 2004 г. N 861 «Об утверждении Правил недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг, Правил недискриминационного доступа к услугам пооперативнодиспетчерскому управлению в электроэнергетике и оказания этих услуг, Правил недискриминационного доступа к услугам администратора торговой системы оптового рынка и оказания этих услуг и Правил технологического присоединения энергопринимающих устройств (энергетических установок) юридических и физическихлиц к электрическим сетям», 2004.
72. Приказ Министерства промышленности и энергетики РФ от 22 февраля 2007 г. N 49 «О порядке расчета значений соотношения энергопринимающих устройств (групп энергопринимающих устройств) потребителей электрической энергии, применяемых для определения обязательств сторон в договорах об оказании услуг по передаче электрической энергии (договорах энергоснабжения)», 2007.
73. Сапунов, М.В. Вопросы качества электрической энергии. // Новости электротехники. – 2007. - № 2. – С.54-56.
74. Сибикин, Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. / Сибикин, Ю.Д., Сибикин М.Ю., Яшков В.А. – М.: Высшая школа, 2001. – 167 с.
75. Скамьин, А.Н. Обоснование структуры и параметров системы компенсации реактивной мощности при наличии высших гармоник в напряжении и токе: дис. на соискание ученой степени канд. техн. наук:
05.09.03-Спб: изд-во СПГГИ, 2011. – 128 с.
76. Скамьин, А.Н. Способы уменьшения влияния высших гармоник на работу электрооборудования / Я.Э.Шклярский, А.Н.Скамьин // Записки Горного института. РИЦ СПГГИ (ТУ). СПб. - 2011. - Том 189. – С.121-124.
77. Скамьин, А.Н. Уменьшение влияния высших гармоник на работу электротехнического комплекса горного предприятия / Я.Э.Шклярский, Д.А.Ситников, А.Н.Скамьин // Записки Горного Института. РИЦ СПГГИ (ТУ). СПб. - 2008. - Т. 178. - С.162-165.
78. Трофимов, Г.Г. Качество электроэнергии и его влияние на работу промышленных предприятий. - Алма-Ата: Изд-во КазНИИНТИ, 1986. – 78 с.
79. Хачатурян, В.А. Управление электроснабжением нефтеперерабатывающих предприятий в условиях массового применения регулируемого электропривода. – Спб, 2002. – 64 с.
80. Хныков, А.В. Теория и расчет трансформаторов / А.В. Хныков. М.: Изд-во Москва, 2004. - 125 с.
81. Черепанов, В.В. Методика анализа несинусоидальных режимов систем электроснабжения промышленных предприятий // Электротехника. – 1989. - № 17.- С.7-12.
82. Черных, И.В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems, Simulink. – СПб.: Изд-во ДМК Пресс, 2008. – 290 с.
83. Шклярский, Я.Э. Методы и средства повышения эффективности управления потоками реактивной мощности электротехнических комплексов горнодобывающих предприятий: дис. на соискание ученой степ. докт. техн.
наук: 05.09.03-Спб: изд-во СПБГТУ, 2004. – 378 с.
84. Шклярский, Я.Э. Управление потоками реактивной мощности на горных предприятиях / Я.Э. Шклярский. - СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. - 94 с.
85. Шклярский, Я.Э. Анализ влияния разности фаз на нелинейной нагрузке на расчет параметров работы электрической сети / Шклярский Я.Э., Коровченко П.В., Добуш В.С. // Журнал «естественные и технические науки». – 2013. - № 6. – С. 275-280.
86. Anderson, E. Modeling and analysis of electric power systems / EEH 2003 – p.150.
87. Apollonskiy, S.M. About the comprehensive approach to development of energy saving technology / Apollonskiy S.M., Korovchenko P.V. // Das RECHLIHE ASPECTE DER LEBENSVERSORGUNG», 2012, pp. 19-20.
88. Aydogan, O. Post-outage reactive power flow calculations by Genetic Algorithms: constrained optimization approach / Aydogan O., Yun L., Singh C. // IEEE Transactions on Power Systems, vol.20, no. 3, august 2005. p-105-111.
89. Rios, S. Modeling of electrical systems in the presence of harmonics / Rios S., Naranjo A., Escobar A. // IEEE Transactions on Power Systems, vol.IX, №.22, 2003. p-987-993.
90. Szabados, B. Field measurement of power system impedance at harmonic frequences. - In: Intern. Electrical, Electronics Conf. and Expos., 1979. S.1.
«