Главными задачами проектирования и эксплуатации современных систем электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий является правильное определение электрических нагрузок, рациональные передача и распределение электрической энергии, обеспечение необходимой степени надежности электроснабжения, обеспечение необходимого качества электрической энергии на зажимах электроприемников, обеспечение электромагнитной совместимости приемников электроэнергии с питающей сетью, экономия электроэнергии и других материальных ресурсов /1,2,3/.
Выполнение этих задач осуществляется входящими в состав электрических сетей воздушными и кабельными линиями электропередачи, различными токопроводами, трансформаторными подстанциями, распределительными устройствами и коммутационными пунктами, электроустановками, генерирующими реактивную мощность, средствами регулирования напряжения и устройствами для поддержания качества электрической энергии.
Совершенствование существующей и внедрение новой передовой технологии связано с широким использованием мощных полупроводниковых преобразователей, электродуговых печей, сварочных установок и других устройств, которые при всей технологической эффективности оказывают отрицательное влияние на качество электроэнергии в электрических сетях /4/.
Уменьшить это влияние можно путем создания и промышленного освоения быстродействующих многофункциональных средств компенсации реактивной мощности, улучшающих качество электроэнергии сразу по нескольким параметрам и одновременно способствующих снижению потерь электроэнергии в элементах электрических сетей. 5.
Ввод источников реактивной мощности приводит к снижению потерь в максимуме нагрузки примерно на 0,1 кВт на каждый 1 квар вводимой реактивной мощности 151.
Регулирование реактивной мощности компенсирующих устройств, устанавливаемых в электрических сетях, позволяет поддерживать напряжение в узлах электрической сети и на зажимах приемников электроэнергии в пределах, допускаемых стандартами на качество электрической энергии.
Необходимость ограничения допустимых пределов отклонений напряжения на приемниках электроэнергии, при которых обеспечивается эффективное их использование и удовлетворяются требования надежности работы (достаточный срок службы приемников), требует регулирования напряжения.
Таким образом, необходимость увеличения ввода в эксплуатацию компенсирующих устройств и средств регулирования режимом по напряжению и реактивной мощности обусловлена требованиями улучшения качества электроэнергии и оптимизации режимов электрических сетей (т.е. снижением потерь мощности и электроэнергии).
Поэтому разработка перспективных регулируемых устройств компенсации реактивной мощности с высоким быстродействием и улучшенными технико-экономическими характеристиками является актуальной задачей.
Целью диссертационной работы является разработка и создание комбинированного источника реактивной мощности для цеховых сетей промышленных предприятий.
Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи: проведена классификация средств регулирования напряжения в электрических сетях- 6 проведены анализ и сравнительная оценка компенсирующих устройств различных типов для цеховых сетейпредложена схема комбинированного компенсирующего источника (ККИ) реактивной мощностиразработан алгоритм регулирования мощности реактора и переключения ступеней конденсаторной батареипроведено физическое моделирование элементов предлагаемого ККИсоздан макетный образец предлагаемого ККИпроведены экспериментальные исследования источника в установившемся режиме и при переходных процессах.
Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы, принятые в теории электрических цепей, электротехнике, полупроводниковой электронике, а также положения основ электроснабжения, применялось теоретическое и физическое моделирование.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов. Справедливость теоретических положений подтверждена результатами экспериментальных исследований на специально созданном макетном образце и совпадением теоретических и опытных данных. Научная новизна работы заключается в следующем: предложена классификация способов и средств регулирования напряжения в цеховых сетях трехфазного токапредложен критерий сравнения источников реактивной мощностиразработана схема комбинированного компенсирующего источника (ККИ) реактивной мощности, работающего по специальному алгоритмупредложена система управления с позиционным регулированием, обеспечивающая получение астатических характеристик регулирования реактивной мощностипредложены критерии для определения быстродействия датчиков уровня напряжения и скорости переключения позиций комбинированного компенсирующего источника- 7 полученный предел регулирования напряжения в цеховой сети в пределах ±1%, позволяет минимизировать потери электрической энергии в распределительной сети предприятия от передачи реактивной мощности;
Основные практические результаты.
1. Предложен принцип многоступенчатого регулирования генерируемой ККИ реактивной мощности при минимальном числе конденсаторных батарей.
2. Выработаны рекомендации по конструктивному выполнению элементов ККИ, обеспечивающие меньшие массу и габариты, а также потери мощности в элементах устройства.
3. Создан макет ККИ мощностью 75 кВА на напряжение 380 В.
4. Разработаны принципиальная и функциональная схемы системы управления ККИ.
5. Получены экспериментальные данные, подтверждающие эффективность разработанного ККИ: пределы изменения напряжения сети при работе ККИ ±1%, практически плавное регулирование реактивной мощности (16-ти позиционное), высокое быстродействие при переключении — 40 квар/с, относительные потери в ККИ-7кВт/квар, массогабаритный показатель -12 кг/квар.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались на 18-ой научно-технической конференции «Актуальные проблемы электроэнергетики» (г. Нижний Новгород, 1998 г.) — на Всероссийской научно-технической конференции.
Электропотребление, энергоснабжение, электрооборудование" (г. Оренбург, 1999 г.) — на научно-технических семинарах кафедры Электроснабжения промышленных предприятий МЭИ. 8.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. Материалы диссертации использовались в 2-х отчетах по научно-исследовательским работам.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.
Список литературы
насчитывает 69 наименований. Общий объем 145 страниц, из них 84 страниц машинного текста, 46 рисунков на 45 страницах, 8 таблиц на 7 страницах, список литературы на 7 страницах.
Выводы по главе 1.
1. На основании проведенного анализа литературы предложена классификация способов и средств регулирования напряжения в электрических сетях.
2. Рассмотрены факторы, влияющие на уровень напряжения в электрической сети, и показано, что для распределительных и цеховых сетей основными являются режим работы нагрузки, конфигурация схемы СЭС, потери реактивной мощности.
3. Проведенные исследования показали, что в цеховых сетях наиболее целесообразно регулирование напряжения осуществлять за счет изменения потерь напряжения в элементах сети путем регулирования потоков реактивной мощности компенсирующими устройствами.
4. Построены регулировочные кривые реактивной мощности компенсирующего устройства для разных коэффициентов мощности нагрузки, на основании которых можно построить принцип управления КУ.
Ткл I 1.
