close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Оценка определяющего влияния источников высших гармоник на качество электрической энергии в электротехнических комплексах промышленных предприятий

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Бунтеев Юрий Евгеньевич
ОЦЕНКА ОПРЕДЕЛЯЮЩЕГО ВЛИЯНИЯ ИСТОЧНИКОВ
ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА КАЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ
ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и
системы
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Санкт-Петербург - 2016
Работа выполнена в федеральном государственном
бюджетном
образовательном
учреждении
высшего
профессионального образования «Национальный минеральносырьевой университет «Горный».
Научный руководитель:
доктор технических наук, доцент
Шклярский Ярослав Элиевич
Официальные оппоненты:
Зеленохат Николай Иосифович – доктор технических наук,
профессор, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский
университет «МЭИ» (Московский энергетический институт),
кафедра электроэнергетических систем, профессор
Шевчук Антон Павлович – кандидат технических наук,
ООО «Научно производственная компания «Катарсис»,
инженер-конструктор 1 категории
Ведущая организация – ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский
политехнический университет Петра Великого»
Защита состоится 22 июня 2016 г. в 17 часов 00 мин.
на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при
Национальном минерально-сырьевом университете «Горный»
по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, д.2, ауд. 1171А.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке
Национального минерально-сырьевого университета «Горный»
и на сайте www.spmi.ru
Автореферат разослан 22 апреля 2016 г.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ
диссертационного совета
Габов
Виктор Васильевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы
В современных условиях доля нелинейных нагрузок имеет
значительную составляющую среди общего числа потребителей
электроэнергии. В перспективе развития электротехнических
комплексов
предусмотрено
внедрение
энергосберегающих
технологий и повышение автоматизации процесса производства. В
этой связи увеличивается количество преобразователей частоты,
силовых выпрямителей, а также иных нагрузок, ухудшающих
качество электроэнергии.
Известно, что высшие гармоники в электрических сетях
приводят к большому количеству отрицательных явлений. Среди
них
можно
выделить
уменьшение
срока
эксплуатации
электрооборудования, ложные срабатывания систем автоматики,
сложности при расчетах за реактивную энергию, ухудшение
качества выпускаемой продукции, выход из строя устройств
компенсации реактивной мощности, отгорание нулевых проводов
вследствие действия токов гармоник нулевых последовательностей
и др.
На данный момент стандартами в области качества
электроэнергии установлены максимальные значения суммарного
коэффициента гармонических составляющих напряжения, однако
нет определенных методов по определению источника искажений, к
которым могут быть причастны как нелинейная нагрузка со стороны
потребителя, так и искажения, поступающие со стороны питающей
сети. Также отсутствуют устоявшиеся методы по определению
количественного вклада в рассматриваемый показатель качества
нагрузки и искажающей сети.
Разработка алгоритма определения источника искажений в
первую очередь необходима для рационального выбора параметров
и мест установки компенсирующих устройств. Кроме того, на
основе разработанного алгоритма необходимо выявлять источник и
оценивать его вклад в общие искажения, с возможностью
применения мер к потребителям, электроустановки которых в
наибольшей степени снижают качество электроэнергии в
электрической сети.
Таким образом, важным вопросом является определение
источника нелинейных искажений, а также вносимого им вклада в
3
общие искажения при возможной совокупности ухудшения
параметров качества как нелинейной нагрузкой потребителя, так и
наличием искажений, вызванных со стороны питающей сети.
Степень разработанности
Проблема высших гармоник известна со времен внедрения
преобразователей
частоты,
выпрямительных
устройств,
используемых при регулировании двигателей постоянного тока и
частотном управлении двигателями переменного тока. Такими
авторами, как Железко Ю.С., Саенко Ю.Л., Жежеленко И.В.,
Арриллага Дж. и др. изучена и раскрыта проблема высших гармоник
с точки зрения процесса их возникновения при работе выпрямителей
различных структур. Проанализированы влияние высших гармоник
на сеть и оборудование. Предложены средства их компенсации.
Проблемой выявления источников высших гармоник в нашей
стране занимались Смирнов С.С., Майер В.Я., Гамазин С.И.,
Петрович В.А. Широко освещен способ выявления высших
гармоник, основанный на методе активных двухполюсников.
Однако данный способ также имеет свою критику и в процессе его
использования изначально отсутствуют параметры эквивалентных
сопротивлений, которые вычисляются в процессе измерения, и на
основе которых определяется источник искажения.
Широкое распространение получил метод потока активных
мощностей на высших гармониках, предложенный R. Sasdelli, A.
Menchetti и G.C. Montanary для однофазной сети. Позже такими
авторами как A.Ferrero, G. Superti-Furga, M. Depenbrock, L.S.
Charnecki данный способ был применен к многофазным системам.
Все способы базировались на теориях мощности в многофазных
системах, предложенных H. Akagi и S. Fryze.
Метод потока активных мощностей основан на измерении
активных мощностей, передаваемых на высших гармониках от
источника искажений в сеть. Метод имеет практическое
применение, однако не всегда дает корректный результат.
Применение метода подразумевает определение углов фаз
напряжения и тока, что вызывает определенные трудности при
соизмеримо малом содержании высших гармоник в напряжении
либо токе. Также, данные измерения подразумевают использование
прецизионных систем с очень высокими классами точности.
4
В дополнение к вышеизложенному методу авторами P.V.
Barbaro, A. Cataliotti, V. Cosentino, S. Nuccio предлагается метод,
основанный на неактивной мощности, где сравниваются неактивные
составляющие мощности, рассчитанные согласно различным
теориям. Данный способ, как указывают авторы, не является
абсолютно достоверным, но использование его совместно с методом
потока активных мощностей дает более точный результат.
Однако ни один из вышеперечисленных способов не
позволяет оценить вклад в общие искажения при наличии
источников высших гармоник как со стороны нагрузки, так и со
стороны питающей сети, что подчеркивает актуальность
исследований в направлении качества электроэнергии и определяет
цель диссертационной работы.
Цель работы
Разработка алгоритма определения источника и его долевого
вклада в гармонические составляющие искажений тока и
напряжения в электрической сети предприятия, применение
которого позволит повысить уровень обоснования выбора
параметров
системы
компенсации
высших
гармоник
в
электротехническом комплексе предприятия.
Задачи исследования
1.
Анализ научно-технических проблем компенсации
высших гармоник в электрической сети, обзор и сравнение
предлагаемых в настоящее время способов определения источника
высших гармоник в сети предприятия;
2.
Разработка математической модели электрической
сети, содержащей нелинейные нагрузки;
3.
Разработка технического решения по выявлению
источника высших гармоник;
4.
Разработка алгоритма выявления источников высших
гармоник и оценки их долевого вклада;
5.
Практические исследования электрической сети,
содержащей источники высших гармоник с целью апробации
алгоритма их выявления;
6.
Разработка рекомендаций для компенсации влияния
высших гармоник на электрооборудование, основанных на
предлагаемом алгоритме оценки долевого вклада высших гармоник
от источников и приемников электроэнергии.
5
Идея работы
Алгоритм определения источника искажений основывается на
разработанных технических решениях, в первом случае с
использованием фильтрокомпенсирующих устройств и во втором
случае с использованием изменения числа обмоток трансформатора.
Научная новизна
1.
Выявлены зависимости изменения гармонических
составляющих
тока
системы
от
параметров
фильтрокомпенсирующего
устройства,
указывающие
на
определяющий источник искажений.
2.
Разработан метод определения источника искажений
в системе электроснабжения предприятия на основе использования
фильтрокомпенсирующего устройства.
3.
Выявлены
зависимости
изменения
значения
суммарного
коэффициента
гармонических
составляющих
напряжения во вторичной обмотке питающего трансформатора от
изменения величины коэффициента трансформации при наличии
искажений как со стороны питающей сети так и со стороны
нагрузки.
4.
Разработан метод по выявлению долевого участия
вносимых искажений со стороны питающей сети и нагрузки в
суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения
в сети предприятия.
Теоретическая и практическая значимость
1.
Разработана методика определения источника
высших гармоник в электрической сети предприятий на основе
использования фильтрокомпенсирующих устройств.
2.
Разработана методика определения долевого вклада
вносимых искажений со стороны питающей сети и нагрузки в
несинусоидальность напряжения на основе анализа режимов сети
при изменении параметров трансформаторов.
Методология и методы исследования
В работе использовались методы теории электрических цепей,
теории систем электроснабжения, математическое и компьютерное
моделирование.
Степень достоверности научных положений, выводов и
рекомендаций, изложенных в диссертации основывается на
апробированных методах исследования, положений теории
6
электрических цепей и систем электроснабжения, на результатах
теоретических и промышленных исследований.
Апробация
Основные положения и научные результаты диссертационной
работы докладывались и обсуждались на выступлениях на
международных конференциях «Проблемы недропользования» на
базе
Национального
Минерально-сырьевого
университета
«Горный», Краковской горно-металлургической академии (AGH),
г. Краков, Польша, 2012г., международной конференции в
Фрайбергской горной академии (TU Bergakademie Freiberg),
г. Фрайберг, Германия, 2013г., на международном научнопрактический семинаре «Современные разработки в области
электроснабжения и электропривода» (Горный университет) 2015г. с
последующими публикациями в сборниках докладов по результатам
научных конференций.
Личный вклад автора
- проведен анализ научно-технических проблем, связанных с
наличием
высших
гармоник
в
электрических
сетях,
проанализирован ряд предлагаемых различными авторами методов
определения источников высших гармоник;
- разработаны методики определения вклада источников
высших
гармоник
в
электрической
сети
предприятия,
основывающиеся на применении фильтрокомпенсирующего
устройства и на основе анализа режимов сети при изменении
параметров трансформаторов;
- проведены
экспериментальные
исследования
на
энергообъекте ОАО «Сясьский ЦБК», результаты которых
подтверждают теоретические исследования;
- сформирован
обобщенный
алгоритм
определения
источников высших гармоник в электрической сети предприятия,
основывающийся на разработанных методиках.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 9 работ, из них 4 – в
изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 патента РФ.
Структура и объем работы
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и
заключения, изложенных на 139 страницах, содержит 78 рисунков, 9
таблиц, список литературы из 84 наименований и 3 приложения.
7
Во введении дана общая характеристика работы, обоснована
ее актуальность, сформулированы цель, задачи и идея исследований,
приведены научные положения, выносимые на защиту.
В первой главе рассмотрены научно-технические проблемы,
связанные с наличием высших гармоник в электрических сетях,
проведен обзор существующих методов определения источников
высших гармоник.
Во второй главе предложен метод определения источника
высших
гармоник
в
системе
с
использованием
фильтрокомпенсирующих устройств, получены зависимости тока
системы при варьировании параметров фильтра, обоснованно
применение фильтрокомпенсирующего устройства в качестве
средства для определения источника искажения.
В третьей главе представлен анализ аналитических
зависимостей
показателей
качества
электроэнергии
при
варьировании
параметров
питающего
трансформатора
с
использованием системы регулирования под нагрузкой, на основе
которого разработан метод определения источников высших
гармоник.
В четвертой главе представлены результаты имитационного
моделирования и промышленного эксперимента, на основе которых
было получено подтверждение аналитических исследований.
Произведено обобщение результатов исследований, позволяющее
обосновать метод определения источников высших гармоник.
В заключении приводятся обобщающие выводы и
рекомендации по использованию результатов исследований.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Выявленные зависимости изменения тока высших
гармоник системы от параметров фильтрокомпенсирующего
устройства, подключенного в электрическую сеть предприятия,
однозначно указывают на наличие высших гармоник либо со
стороны нелинейной нагрузки, либо со стороны системы и
позволяют определить местоположение источника высших
гармоник
относительно
точки
измерения,
вносящего
наибольшие искажения в напряжение питания предприятия.
8
Принцип работы пассивных фильтров основан на явлениях
последовательного резонанса на определенной частоте, что
позволяет фильтрам создавать минимальное сопротивление
протекающему через них току на частоте близкой к резонансу,
создавая при этом значительное сопротивление на остальных
частотах. Рассматриваемые фильтры, как правило, имеют
многоступенчатую структуру, состоящую из параллельно
включенных резонансных контуров для выбранных частот,
выбираемых на основе спектрального анализа напряжений и токов.
Для
выявления
влияния
параметров
фильтрокомпенсирующего устройства (ФКУ) на ток системы была принята
стандартная схема замещения для такого рода исследований,
представленная на рис.1, где RS, XS – параметры системы, RH, XH –
параметры линейной нагрузки, XL, XC, RФ – параметры фильтра,
искажения со стороны питающей сети задаются источниками
напряжения Un, искажения со стороны нелинейной нагрузки заданы
источниками тока In на исследуемых частотах. Значения параметров
схемы были приняты средними по отношению к диапазону их
изменения.
Рисунок 1 – Схема включения фильтро-компенсирующего
устройства
Получены зависимости тока системы при варьировании
активного
сопротивления
(RФ)
фильтро-компенсирующего
устройства (ФКУ), представленные на рисунке 2. При этом
определялось изменение тока системы при различном соотношении
влияния источника искажении со стороны питающей сети и со
стороны нелинейной нагрузки.
Соотношение параметров источника искажений со стороны
питающей сети и со стороны нагрузки выбиралось из условия
равенства тока системы на исследуемой гармонике при отсутствии
9
фильтрокомпенсирующего устройства, обозначенного пунктирной
линией на рисунке 2. Для случая 1 – искажения вызваны
исключительно источником со стороны питающей сети, случай 11
представляет источник искажения исключительно со стороны
нелинейной нагрузки.
Рисунок 2 – Зависимости тока системы IS от сопротивления фильтра
RФ при различном сочетании источников высших гармоник на
примере 5-й гармоники
Анализ полученных зависимостей (рисунок 2) показывает, что
только на некоторых из них имеется экстремум. Уравнение для тока
системы определяющую его зависимость от активного
сопротивления ФКУ имеет вид:
IS 
U  Z H  RФ   I  Z Н  RФ .
Z S   Z H  RФ   Z Н  RФ
(1)
Сопротивление ФКУ считаем чисто-активным, поскольку
фильтр настроен на исследуемую гармонику. Также принимаем в
расчет условия, согласно которым углы сдвига фаз источника тока
(нелинейной нагрузки предприятия) и источника напряжения
(питающей сети) принимаются равными нулю ( U  U ; I  I ).
10
Зависимость
модуля
тока
системы
сопротивления фильтра в аналитическом виде:
I S ( RФ ) 
от
активного
a  RФ2  b  RФ  c ,
d  RФ2  e  RФ  g
(2)
где коэффициенты соответственно равны:
2
2
a  U  RН    I  RН  X Н  U  X Н  ;
b  2  U  RН  X Н    I  RН  X Н  U  X Н  ;
2
c  U  RН  X Н  ;
2
2
d   RS  RH  X S  X H    RH  X H  RS  X H  RH  X S  ;
e  2  RS  RH  X S  X H   X S  X H  RH   RS  X H  RH  RH  X H  RS  X H  RH  X S  ;
f  ( X S  X Н  RН ) 2  ( RS  X Н  RН ) 2 ,
ее производная имеет вид:
I S ( RФ ) 
(2  a  RФ  b)(d  RФ2  e  RФ  g )  (2  d  RФ  e)(a  RФ2  b  RФ  c)
a  RФ2  b  RФ  c
2
 (d  RФ2  e  RФ  g )2
d  RФ2  e  RФ  g
.
(3)
Экстремум функции определяется из уравнения:
x  RФ2  y  RФ  z  0 ,
(4)
где:
x  ae  db ;
y  2  af  dc  ;
z  bf  ec .
Функция модуля тока системы от активного сопротивления
фильтра имеет два экстремума, которые определяются величинами
сопротивлений:
R1Ф 
R 2Ф 
y
y 2  4x  z
;
2x
 y  y 2  4x  z
2x
11
.
(5)
(6)
На рисунке 3 представлены зависимости RФ, при которых ток
системы IS достигает экстремума при увеличении вклада со стороны
нагрузки и при условии постоянства тока в отсутствии ФКУ.
Рисунок 3 – Зависимости экстремума функции при различном
сочетании источников искажения
Так как конденсаторные батареи (КБ) являются наиболее
уязвимыми звеньями относительно высших гармоник, то в
дальнейших исследованиях было изучено их влияние на работу КБ.
Получена связь наличия экстремумов с током, протекающим в
КБ на исследуемой гармонике.
Связь определена на основе влияния высших гармоник при
различном их сочетании, как со стороны нелинейной нагрузки, так и
со стороны питающей сети на подключенную параллельно нагрузке
батарею конденсаторов. При этом ФКУ отсутствует, а ток системы
IS без КБ всегда равен 1.
Зависимости тока, потребляемого конденсаторной батареей,
при различном сочетании источников искажений представлены в
нижнем ряду на рисунке 4. Сопоставление их с точкой экстремума
функций при использовании ФКУ (представленных в верхнем ряду
на рисунке 4) Расчет системы с различными параметрами линейной
нагрузки и сопротивлений системы позволил установить
следующую закономерность: точка «с1» на графике (минимум
нагрузки на конденсаторы) совпадает с точкой «с», где RФ имеет
вертикальную асимптоту.
Абсцисса точек «с» и «с1» зависит только от параметров
системы и от параметров линейной нагрузки самого предприятия
(RS, XS, RH, XH) и сдвигается в сторону увеличения тока
12
(доли нелинейной нагрузки предприятия) при увеличении активной
составляющей в нагрузке, либо сдвигается в сторону максимума
напряжения (питающей сети), если в линейной нагрузке
предприятия начинает преобладать индуктивная составляющая, при
прочих неизменных условиях.
Рисунок 4 – Зависимости для 5-й гармоники
На основе полученных результатов был сделан следующий
вывод:
При определении зависимости модуля тока в системе (при
отключенной емкостной нагрузке) от активного сопротивления
фильтра, включенного параллельно с нагрузкой и настроенного на
исследуемую гармонику, необходимо в первую очередь обратить
внимание на характер поведения зависимости:
- если функция имеет вогнутый вид, либо выпуклый с
наличием экстремума, то наибольшее влияние на установки
конденсаторных батарей будут иметь искажения в напряжении,
вызванных питающей сетью;
- если функция имеет выпуклый характер, без наличия
экстремумов, то наибольшее влияние оказывает искажение тока,
вызванного нелинейной нагрузкой самого предприятия;
- при увеличении влияния со стороны питающей сети
экстремум функции (при его наличии) сдвигается в сторону
13
уменьшения
сопротивления,
«пик»
становится
наиболее
выраженным и наоборот.
Указанные выше положения составляют суть метода
определения источника высших гармоник в сети, реализуемого в
процессе непрерывного электроснабжения предприятия. Метод
защищен патентом РФ.
2. В электрической сети промышленного предприятия
выявление определяющего источника высших гармоник
основывается
на
зависимостях
величины
суммарного
коэффициента гармонических составляющих напряжения во
вторичной обмотке питающего трансформатора от значения
его коэффициента трансформации, а доля вносимых искажений
либо со стороны питания, либо со стороны нагрузки
определяется значением производной указанной зависимости по
коэффициенту трансформации.
Как было доказано во множестве работ, посвященных
компенсации высших гармоник, незначительное изменение
сопротивления системы приводит к существенному изменению
коэффициента искажения напряжения в сети. Отсюда следует
предположение, что вариация коэффициента трансформации с
помощью устройства регулирования под нагрузкой (РПН) должно
также приводить к изменению коэффициента искажения.
Указанное
предположение
было
проверено
путем
аналитического расчета схемы замещения электрической сети с
учетом изменения параметров трансформатора.
При моделировании несинусоидальных режимов была
использована классическая Т-схема замещения, причем были
приняты допущения, не влияющие на общий характер изменения
выбранных в работе показателей.
Линейная нагрузка представлена в виде активного и
индуктивного сопротивления, приведенного к напряжению
первичной обмотки. Для представления нелинейных искажений со
стороны питающей сети используются источники напряжения,
подключенные последовательно с источником основной частоты.
Для представления источников нелинейных искажений со стороны
нагрузки приняты источники тока, включенные параллельно с
14
линейной нагрузкой. Параметры нагрузки и электрической сети
варьировались в пределах, характерных для промышленных
предприятий.
На основе разработанной математической модели получены
зависимости показателей качества напряжения на первичной и
вторичной обмотках трансформатора при наличии источников
искажений, как со стороны питающей сети, так и со стороны
нагрузки. Выявлены зависимости изменений параметров качества
как для первичной обмотки (KU1 и KI1), так и для вторичной обмотки
трансформатора (KU2 и KI2).
Установлено, что при наличии источника исключительно со
стороны нагрузки, либо со стороны питающей сети полученные
зависимости параметров качества электроэнергии от коэффициента
трансформации являются линейными и однозначно указывают на
наличие источника искажений либо со стороны питающей сети,
либо со стороны нагрузки. Источник искажений со стороны
питающей сети приводит к незначительным отклонениям KU2 (не
более 3,1% для исследуемой системы), в то время как источник
искажений со стороны нагрузки может привести к значительному
изменению KU2 в пределах 25%. при изменении коэффициента
трансформации в пределах (0,9÷1,1)kТ НОМ, где kТ НОМ – номинальный
коэффициент трансформации. Аналогичные зависимости были
получены при совместном влиянии источников искажения. Выбор
параметров источников искажений со стороны нагрузки и системы
произведен из условий равенства коэффициентов искажения по
напряжению во вторичной обмотке.
Зависимости
KU2 от
коэффициента
трансформации,
полученные при варьировании источника искажений со стороны
системы при постоянстве источника со стороны нагрузки в
относительных единицах представлены на рисунке 5. Аналогичные
зависимости при постоянстве искажений со стороны питающей сети
и варьирования источника со стороны нагрузки представлены на
рисунке 6.
15
Рисунок 5 – Изменение KU2 при
Рисунок 6 – Изменение KU2 при
изменении искажений со
изменении искажений со
стороны системы
стороны нагрузки
Для
выявления
источника
высших
гармоник
проанализировано изменение производной KU2 при различных
вариациях источников высших гармоник. Полученные зависимости
при варьировании источника со стороны системы и нелинейной
нагрузки представлены на рисунках 7 и 8 соответственно, где d –
коэффициент, пропорционально которому, увеличивается вклад со
стороны системы (нагрузки) при постоянстве искажений, вызванных
нелинейной нагрузкой (системой).
Рисунок 7 – Изменение
производной KU2 при
увеличении искажений со
стороны системы.
Рисунок 8 – Изменение
производной KU2 при
увеличении искажений со
стороны нагрузки.
16
Анализ зависимостей показал, что производная KU2 по kТ
увеличивается при увеличении влияния источника со стороны
нагрузки и уменьшается при увеличении влияния источников
искажения со стороны питающей сети. Выявлено, что производная
не изменяется при совместном пропорциональном изменении
искажений, изменяются исключительно количественные показатели
KU2. Иными словами, производная функции KU2 по kТ является
критерием выявления вклада в общие искажения.
На основе полученных результатов был разработан метод по
определению источника нелинейных искажений на объектах с
непрерывным технологическим процессом, метод заключается в
следующем:
- на основании расчета схемы замещения определяется
зависимость изменения угла наклона функции KU2 при совокупном
изменении источников высших гармоник как со стороны нагрузки,
так и со стороны питающей сети;
- в результате активного эксперимента вычисляются
производные изменения KU2 по kТ для каждой из ступеней изменения
коэффициента трансформации;
- на основании полученного экспериментально коэффициента
и функции его изменения при различном соотношении источников,
полученной
расчетным
путем
производится
вычисление
соотношения вклада источника и потребителя в общие искажения.
Суммируя два разработанных метода была сформирована
методика выявления источников искажений, представленная в виде
алгоритма (рисунок 9)
Для подтверждения полученных аналитических результатов
было произведено имитационное моделирование в среде
Matlab/Simulink. Модели реализуют две различные ситуации,
которые имеют место в исследуемой электрической сети по
отношению к источнику высших гармоник (рисунки 10 и 11). В
модели в качестве приемника принят частотный привод с
преобразователем на шестипульсном выпрямителе.
Анализ результатов, полученных на модели полностью
подтвердил характер изменения KU2 при наличии искажений со
стороны системы и со стороны нагрузки.
17
Для подтверждения расчетных данных проведен эксперимент
на базе энергообъекта предприятия целлюлозно-бумажной
промышленности ОАО «Сясьский ЦБК».
В процессе активного эксперимента проводилось ручное
регулирование на одном из двух трансформаторов ПС-176 марки
ТРДН-40000-110/6,3/6,3 с помощью устройства РПН. Данные об
изменениях регистрировались при помощи анализаторов качества
электроэнергии Ресурс UF2M.
В ходе опыта величина напряжения изменялась как в сторону
уменьшения, так и увеличения. Получены зависимости изменения
коэффициента искажений по напряжению по отношению к
изменению коэффициента трансформации. При сопоставлении
полученных значений с расчетными значениями изменения KU2 по
kТ, установлено (рисунок 12), что определяющим является влияние
источника искажений со стороны нелинейной. Искажения вызваны
нелинейной нагрузкой в виде преобразователей частоты,
применяемых на предприятии.
Представленные
выше
методы
защищены
двумя
патентами РФ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе содержится решение задачи
повышения эффективности использования электрической энергии в
электротехническом комплексе предприятия, заключающееся в
разработке методов выявления определяющего источника высших
гармоник при непрерывном технологическом процессе с целью
рационального выбора параметров и места подключения устройств
компенсации в электрических сетях промышленных предприятий.
Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. На основе анализа нормативных документов и
предлагаемых в литературе методов выявлено отсутствие
устоявшейся методики определения долевого вклада, как
потребителя, так и питающей электрической сети в общие
искажения. Установлено, что применяемые методы не обладают
достаточной корректностью, прежде всего из-за необходимости
проведения прецизионных измерений.
2. Предложен метод выявления источников высших гармоник
в электрической сети предприятия, содержащей пассивные
18
фильтрокомпенсирующие устройства, заключающийся в анализе
поведения зависимости тока системы на частотах исследуемых
гармоник при варьировании активного сопротивления фильтра, что
позволяет однозначно судить о месте подключения определяющего
источника искажений. Вогнутый, либо выпуклый характер функции
изменения тока системы, а также наличие её экстремума указывает
на местоположение основного источника искажений.
3. Проведен анализ изменения показателей качества
электрической энергии на трансформаторе с РПН при изменении
коэффициента трансформации, позволивший утверждать, что
зависимость изменения KU2 от kТ указывает на количественное
соотношение вкладов как со стороны нагрузки так и со стороны
питающей сети в общие искажения. Изменение KU2 по kТ может
достигать пределов порядка 25% при источнике нелинейной
нагрузки предприятия и изменяется в пределах, не превышающих 23% при источнике высших гармоник со стороны питающей сети.
4. Разработан метод выявления источников высших гармоник,
основанный на определении производной функции KU2 по kТ. Метод
позволяет при отключенных источниках реактивной мощности
определить местоположение основного источника искажений и на
этой основе выбрать параметры компенсирующих высшие
гармоники устройств и координаты их подключения.
5. Методы и методика, предложенные в работе, позволяют
определить местоположение источника высших гармоник на
энергетических объектах и их вклада в общие искажения в условиях
бесперебойного электроснабжения объектов и с применением
неразрушающих методов контроля. Данный метод подтверждается
результатами, полученными при проведении экспериментов на
действующем предприятии ОАО «Сясьский ЦБК».
6. Получены патенты №2573707 на способ выявления
источника высших гармоник и №2543075 на способ снижения
влияния высших гармоник на электрооборудование.
По теме диссертации опубликованы следующие работы в
изданиях, рекомендованных ВАК РФ:
1. Шклярский, Я.Э. Определение потока активной мощности в цепях
с нелинейной нагрузкой / Я.Э. Шклярский, Ю.Е. Бунтеев,
А.И. Барданов // Естественные и технические науки – 2014. – №1(69)
– с. 147-152.
19
2. Шклярский, Я.Э. Оценка вклада нагрузки и питающей сети в
искажения напряжения / Я.Э. Шклярский, Ю.Е. Бунтеев //
Естественные и технические науки – 2015. – №3(81) – с. 130-133.
3. Шклярский, Я.Э. Влияние высших гармоник при измерении
реактивной энергии в электрических сетях / Я.Э. Шклярский,
Ю.Е. Бунтеев, А.К. Радковский, В.А. Кузнецов // Научнотехнические ведомости СПбГПУ. Наука и образование. – 2011. – №4
– с. 67-70.
4. Бунтеев, Ю.Е. Измерение реактивной энергии в электрических
сетях при наличии высших гармоник / Ю.Е. Бунтеев, В.А. Кузнецов,
А.К. Радковский, // Записки Горного института. – 2012. Т. 196 –
с. 231-235.
В других изданиях:
5. Bunteev, Y.E. Higher Harmonic Sources Identification In Enterprise
Electric Network, Scientific Reports On Resource Issues Vol. 1, Part. 2,
TU Bergakademie Freiberg, Germany. 2013г. – с. 82-88.
6. Шклярский, Я.Э. Анализ методов определения источников
высших гармоник в электрических сетях промышленных
предприятий / Я.Э. Шклярский, Ю.Е. Бунтеев // Научные
публикации аспирантов и докторантов – 2016. – №1(115) –с. 88-91.
7. Шклярский, Я.Э. Выявление источников высших гармоник в
электрической сети предприятия / Я.Э. Шклярский, Ю.Е. Бунтеев,
А.И. Барданов // Современная наука и практика – 2016. – №2(7) –
с. 34-40.
8. Патент РФ №2573707 Способ выявления источника высших
гармоник./ Шклярский Я.Э., Бунтеев Ю.Е., Скамьин А.Н.; заявитель
и патентообладатель федеральное государственное бюджетное
образовательное
учреждение
высшего
профессионального
образования «Национальный минерально-сырьевой университет
«Горный» (RU) - № 2014109521/28; заявл. 12.03.2014; опубл.
27.01.2016, Бюл. № 3 – 6 с.
9. Патент РФ №2543075 Способ снижения влияния высших
гармоник на электрооборудование./ Шклярский Я.Э., Скамьин А.Н.,
Бунтеев Ю.Е.; заявитель и патентообладатель федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования «Национальный минеральносырьевой университет «Горный» (RU) - № 2013113097/07; заявл.
22.03.2013; опубл. 27.02.2015, Бюл. № 6 – 7 с.
20
Рисунок 9 – Алгоритм определения источников высших гармоник в электрической сети
предприятия с непрерывным технологическим процессом
Рисунок 10 – изменения параметров качества при искажениях со
стороны нагрузки
Рисунок 12 – Определение соотношения источников высших гармоник
Рисунок 11 – изменения параметров качества при искажениях со
стороны нагрузки
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа