автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Компенсация реактивной мощности в промышленных системах электроснабжения с несимметричными нагрузками



академия наук украины институт эрктродинамики

На правах рукописи

лысенко Анатолий Тимофеевич

компенсация реактивной мощности в промшленных системах электроснабжения

с негамметричндаи нагрузками

Специальность 05.14.02

Электрические станции, (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киез - 1993

Работа выполнена в Институте электродинамики АН Украины

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор,

член-корреспондент АН Украины В.Г.Кузнецов '

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

В.В.Зорин

кандидат технических наук, старший

научный сотрудник

Г.Г.Панченко

Ведущая организация - ПГТКИ "Киевпромэлектропроект"

корпорации Укрмонтажспецстрой

Защита диссертации, состоится " 9 " июня 1993 года в 1100 час. на заседании специализированного совета Д 016.30.04 при Институте электродинамики АН Украины по адресу:

252680,'г.Киев-57, просп. Победы, 56, тел. 446-91-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институту электродинамики АН .Украины,

Автореферат разослан ' ная 1993 г-

Учейый секретарь специализированного совета, доктор технических наук

Г.М.Федорешсо

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность темы. Снижение потерь и повышение качестза электроэнергии (КЭ) продолжают оставаться актуальными проблемами на всех иерархических уровнях современных электроэнергетических систем. Это связано как с дефицитом топливно-энергетических ресурсов, так и с непрерывным увеличением удельного веса и единичных моичюстей различных иcкa!;¡aюE^'v потребителей, в частности, электротехнолсгических несимметричных нагрузо?; (КН).

Известно, что' наиболее эффективным способом снижения потерь мощности и электроэнергии является оптимальная компенсация реактивной мощности (КРМ), а наиболее целесообразным способом повышения КЭ в системах электроснабжения (СЭС) с НН является применение статических еимметрируюших устройств. При этом и комлексирукше, и симметрирующие устройства могут быть реат/зсяаны с помощью одинаковых силовых реактивных элементов - реакторов и конденсаторных батарей.

Однако экономическая задача компенсации реактивной мощности (РМ) и техническая задача снижения нескмкотрии напряжений даже в сетях одного уровня рассматривались, как правило, раздельно. Так, большинство директивных материалов и научных разработок в области КРМ ограничиваются решениями задачи для режима прямей последовательности основной частоты; применение этих сунествутих рекомендаций для СЭС с !!Н может не только не улучшить, но и ухудяить показатели КЭ. При рассмотрении я.е задачи симметрирования ретама условия • по РМ используются ли!1гь в кзчестве дополните явного ограничения, что не является оптимальным, а в отдельных случаях ъчх-бпр не учитываются.

Проведенные исследования и реальная ситуация в системах о.г-Ж'рсгпибякР'/я стран бьпагого СССР не дают основания считать реигатыка как задачу КРМ, так и задачу повышения КЭ. Это обу.ия но только недостаточной оснащенностью кокг чсируицими и симметрирующим устройствами и недостаточным контролем за показателя™ КЭ, но и отсутствием увязки результатов решения задач КРМ и симметрирования рэ;кима, то есть их относительной независимостью при исходной постановке.

Анализ литературных источников показывает, что соБкэстчоуу комплексному рассмотрению задач КРМ и симметрирования режимов, в частности, для промышленных СЭС, уделено недостаточное внимание, что приводит к снижению экономического эффекта "от использования компенсируй:.:их и симметрирующих устройств.

Исследования по диссертационной работе выполнялись в соответствии с координационным планом НИР Научного Совета АН УССР ' по комплексной программе "Научные основы электроэнергетики" (1985-1631 г.г.); плзнами НИР УССР по Постановлениям Президиума АН УССР: 0.01.11 "Коррекция", Я ГР 81097994 ; 0.017113.Ц(О.Ц.ООЗ) "Коютенс&ция", ); ГР 31097993; "Совместимость", « ГР 01.84.0 047288; "Норма"* И ГР 01.86.0 083872; программой 5.1.5 "Управление режима;® систем 'электроснабжения как г Активный способ решения- проблемы энергосбережения и ресурсосбережения", утвержденной ГКНТ Украины {Постановление Н 12 от 04.05.1992 г.) по проекту "Разработка методов и средств компенсации реактивной мощности и повышения качества электрической энергии з промышленных системах электроснабжения".

Цель работы и задачи исследования. Целью диссертационной работа является разработка методов и средств оптимальной компенсации реа...'изной мощности в промысленных системах электроснабжения с несимметричными нагрузками. Исходя из поставленной цели, в работе были рассмотрены и решены следухшё задачи:

1. Формирование обшей математической модели оптимальной КРМ в промышленной СЭС с НН и ее модификаций в зависимости от постановки задачи и накладываемых ограничений на ее решение.

2. Исследование режимов, описание и анализ энергетических процессов в трехфазных сетях с несимметричными нагрузками.

3. Разработка математических моделей симметрокомпенсируюших устройств (СКУ), являющихся основой формирования экономической модели КРМ в СЭС с НН, и имеющих самостоятельное значение при решении задач анализа и синтеза схем СКУ.

- 4. Разработка структурно-функциональных схем автоматического управления режимами СКУ для изменяющихся НН.

5.' Разработка методов, методик и алгоритмов решения задачи оптимального выбора мест установки и ■ параметров -устройств КРМ, обеспечивающих требуемую компенсацию РМ и допустимый уровень несимметрии напряжений в промышленных СЭС с НН.

Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач ■ использовались классические методы анализа и оптимизации режимов многофазных электрических систем, метода симметричных составлявших и пульсирующих мощностей, методы анализа и синтеза фазопреобразо-вательных цепей.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

- установлены все возможные варианты математических соотношений для пульсирующей мощности трехфазной сиоте?ш и ее составляющих;

- получены общие выражения для параметров СКУ з зависимости от составляющих пульсирующей мощности трехфазной системы, как для случая исходной симметрии, так й несиммётрии питавших напряжений;

- определены аналитические зависимости для установленной мощности СКУ, являющиеся основой при моделирс_,ании оптимизационных задач КРМ в СЭС с несимметричными нагрузками;

- сформирована и исследована целевая функция приведенных затрат на КРМ и симметрирование режима и ее модификации в зависимости от постановки задачи и накладывав?™ ограничений на ее решение;

- рассмотрена и решена задача выбора СКУ по критериям минимума приведенных затрат и минимума установленной мощности;

- предложена методика и алгоритм оптимального выбора и управления режимом конденсаторных батарей (БК> в СЭС с НН;

- разработаны новые эффективные структурные функциональные схемы автоматического управления симметрскомпэнсирукшчи устройствами .

Автор защищает:

1. Результаты анализа энергетических процессов в трехфазных трехпроводных СЭС с несимметричными нагрузками.

2. Математические модели СКУ, обеспечивавших требуемую компенсацию РМ и симметрирование режима сети о Ж.

3. Графоаналитический метод анализа и синтеза схем СКУ.

4. Методику и алгоритм выбора СКУ по критериям минимума приведенных затрат и установленной мощности.

5. Структурно-функциональные схемы автоматического управлений индуктивно-емкостными и емкостными СКУ.

6. Инженерную методику расчета емкостных дискретно регулируемых СКУ и алгоритм управления их элементами.

Практическая ценность.работы определяется созданием инженерных методов выбора мест установки, параметров, алгоритмов и схем управления устройств КРМ , обеспечивающих оптимизацию режима СЭС с несимметричными электротехнологическими нагрузками. Полученные автором результаты позволяют:

-• автоматизировать выбор схем и параметров устройств КРМ в промышленных СЭС с НН с использованием как критерия минимума установленной мощности, так и критерия минимума приведенных затрат;

- определять значения входной РМ в узлах городских и промынданных СЭС с несимметричными потребителями;

- разработать и создать алгоритмы и блохи автоматического управления устройствами КРХ, обеспечивавшие оптимизацию режима СЗО.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы использованы в директивных документах бывшего СССР (Икстру^ ктизных материалах Главгосэкергонадзсра) по компенсации реак-тизной модности в электрических сетях промышленных предприятий; яри разработке и внедрении рекомендации по компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения Коломенского завода тяжелого станкостроения и Киевского опытного завода "Веста", а также при разработке, создании и внедрении симмегрококпенсируксих устройств для rpyinibi индукционных печей на Рустазском заводе "АвтоЕлЗагрегат" и для группы установок электраялакового переплава ча Мариупольском металлургическое комбинате "Азовсталь".

Годсвой -экономический эффект от внедрения результатов исследований и _азработок состзвил 179,1 тыс.руб., ожидаемый годовой экономический эффект 185,0 тыс.руб. На долю автора приходится соответственно 2G.7 тыс.руб. и 41,2 тыс.руб. ( в масатабе цен 1989 г.).

Апробация работы. Основные положения и материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях,• совещаниях и семинарах: IV Республиканской научно-технической конференции "Современные проблемы энергетики", г.Киев, 1885 г.; научно-технической конференции "Управление развитием и функционированием систем электро ¡абжения", г.Киев,. 1986 г.; Республиканском научно-техническом семинаре "Повышение качества и эффективности использования электрической энергии", г.Киев,-1987 г.; У-й научно-технической конференции "Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий", г. Миасс, 1989 г,; XI--й сессии Всесоюзного научного семинара АН УССР "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промышленных предприятий", г.Абакан, 1989 г.; Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности й качества электроснабжения", г.Мариуполь, 1990 г.; научно-технической конференции "Актуальные проблемы электроэнергетики", г.Севастополь, 1991 г.; международной научной конференции "Качество электрической энергии", Польша, г.Спала, 1991 г.; научно-техническом семинаре "Энергосбережение к автоматизация проектирования электрохозяйства промышленных предприятии" г.Моста, 1991 г.; Второй

научно-технической конференции "Электромагнитная совместимость технических средств", г.Санкт-Петербург; 1992 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы, в том числе 4 отчета ло законченным НИР ("Коррекция", "Компенсация", "Совместимость", "Норма"),.16 статей и 2 авторских свидетельства СССР на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, списка- исполосованной литературы, приложения и содержит 154 страниц основного"Машинописного текста, 46 рисунков на 25 страницах, 11 таблиц на 7 страницах,, список литературных источников из 175 наименований на 20 страницах и 17 страниц приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вс^ введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель, отражены научная новизна и практическая ценность диссертационной работы, изложены основные - положения,- выносимые - на' защиту, приведены сведения об апробации и публикации основных результатов исследований и дано краткое описание работы.

В первой главе ' дана характеристика современного состояния исследований в области компенсации РМ и симметрирования режимов электрических сетей и систем. Проанализированы известные способы и средства КРМ, методы решения задач в области КРМ. Описаны отрицательные последствия при ухудшении показателей КЭ, дана краткая классификация и. обзор методов и средств коррекции несимметричных режимов сетей. Рассмотрены особенности КРМ в промышленных СЭС с НН, и поставлены задачи исследований.

Проведенный анализ литературных источников показал, что в настоящее время отсутствуют, с одной стороны, эффективные методы расчета оптимальной КРМ в сетях с НН, а, с другой, - корректные способы учета условий и ограничений по РМ при решении задач симметрирования. ■ .

Наиболее целесообразным является совместное (комплексное) решение задач КРМ и симметрирования режимов в промышленных СЭС с НН, обеспечивающее минимум приведенных. затрат. Пр»1 постановке задачи исходными являются следующие данные: схема и параметры сети 6-10 кВ (включая цеховые трансформаторы), а также 'нагрузки, расчетные для максимального режима (при проектировании) ■ либо фактические (при эксплуатации) с учетом оптимально' выбранных компенсирующих устройств (К.У) для симметричных нагрузок. При этом

принимаются во внимание : а) ограничения энергосистемы по входной FM на границе раздела балансовой принадлежности; б) требований ГОСТ 13109-87 на КЭ ; в) ограничения пропускной способности передающих элементов СЭС. В результате должны быть определены' Места установки, мощности и параметры статических устройств КРМ ■ (КУ или СКУ), соответствующие оптимальному потокораспределенив РМ в. СЭС, тс есть обеспечению вышеуказанных ограничений при минимальных приведенных затратах.

Общая математическая модель данной оптимизационной задачи формируется принципиально так же, как и для случая симметричной КРМ, в виде минимизируемой целевой функции (ЦФ) приведенных затрат

3 = Зу + Зп -* min , (1)

где Зу , Зл - затраты соответственно на устройства КРМ и на возмещение потерь активной мощности в СЭС. Однако затраты на устройства в этом случае состоят из следующих трех слагаемых:

Зу = Зу„ + Зуа + *кэ • <2>

Здесь ■ ЗуН . ЗуВ - приведенные затраты на • устройства КРМ (состоящие з общем случае из емкостных и индуктивных элементов) напряжением дс 1 кВ и свьке 1 кЕ; Укз - ежегодный экономический ущерб от снижения КЭ. Затраты на низковольтные и высоковольтные устройства определяются по выражениям:

V = 3*Awr + aufiuiZ • 3yß = 3KBQKB + 3LB°LB • <3>

!

где Qkhe , - суммарные установленные мощности соответственно емкостных и индуктивных элементов всех низковольтных устройств КРМ; зкн , blh - удельные приведенные затраты на низковольтные емкостные и индуктивные элементы устройств; QKB , QLß ,зкв , sLB -то же для элементов высоковольтного устройства.

Затраты на возмещение потерь активной ■мощности в СЭС лР, определяемые как ■ 3/7 = содР ( со - удельная стоимость потерь мощности) для несимметричного режима зависят от токов как прямой, так и обратной последовательностей и в общем случае могут представляться через некоторую квадратичную функцию потерь, зависящую от РМ каждого из устройств КРМ Qt ( i - номер нагрузочного узла). При этом для СЭС напряжением Ut в i-й ветви сопротивлением Rit по которой протекает ток, симметричные составляющие которого равны i' и i", потери .активной мощности представляется зависимостью;

тпг.

дрг 3( it- + i,>V -^r.in^O '

w

В промышленных CX, как известно, реально возможен учет только электромагнитной составляющей ущерба от снижения КС. При этом ущерб от несимметрии напряжений не- зависит от потребляемой нагрузками РМ и в связи с этим при расчетах КРМ меже г не учитываться. Вместе с тем, оптимальное потокорэеггределение РМ в СЭС с НН зависит от допустимых значений показателей КЭ и межет отличаться от симметричного нагрузочного режима ввиду наличия в минимизируемой ЦФ дополнительных составляющих затрат на устройства и потери мощности. Тем самым ущерб от несимметрии, обусловленной нагрузкой, будет учитываться косвенно.

Во второй главе исследованы режимы и•описаны энергетические процессы в промышленных СЭС при наличии НН, рассмотрены вопросы анализа и синтеза схем СКУ, а также построения алгоритмов и схем автоматического управления ими.

На основе анализа обобщенных уравнений несимметричных нагрузок и устройств в трехфазных сетях получены следующие зависимости для пульсирующей мощности:

N - N eJT - 3Pf- + S^ + qSCj4) - 2лСВ-, - § -

= 2&л - S = 2§„ - - §с . = §3 - 5с> •

где § , §c(DC) - сопряженные комплексы соответственно полной мощности и мощности эквивалентной трехфазной нагрузки (при выделении эквивалентной однофазной нагрузки, подключенной на напряжение Чвс ) ; SBC, ÎCA, SA. За, Sc - сопряженные

комплексы соответствующих линейных и фазных мощностей: а - р - фазовый оператор. Действительная и мнимая составляющие пульсирующей мощности трехфазной системы определяются через активные и реактивные мощности однофазных (межфазкых) нагрузок согласно выражениям

«i= "Р*С * g< ?ЛВ + РСН> + ЯР* *ЛВ - °СА>'

Pf= Q*C - Я<В - + 2Т< ?АЗ " РСХ>.

или через фазные мощности:

»1= 2Р< " ра - рс = " Ч:>; |

Pf- + " 2Q< = ра " i

<в>

(7)

Общие выражения' для параметров . СКУ в зависимости от. .действительной и мнимой составляющих пульсирующей мощности трехфазной системы имеют вид :

а, 1-к ,__

+-3~( Р/"

й, 1-к

а, 1-к + •

(8)

ИЛИ -

V • О)

Здесь 0. = 0 - £ - РМ, обусловленная устройством, определяемая

исходя из'заданного баланса 0о в рассматриваемом узле сети (т = АВ,ВС.СА - индекс фазы); к - коэффициент частичного симметрирования, представляющий собой отношение- допустимой пульсирующей мощности НЭогг , соответствующей допустимой ( по ГОСТ 13109-8? ) несимметрии напряжений в рассматриваемом узле трехфазной сети, к пульсирующей мощности нагрузки, то есть к «= ; N - иаоп

пульсирующая мощность,' компенсируемая устройством до допустимого ее уровня; к^,,-, - коэффициент, зависящий от аргумента пульсирующей мощности устройства ту (или нагрузки хн ; х ж.хн ± я ) и определяемый выражениями

Ччв>-га1п( Чвс}"2в1п<я-/Су>: "ту)-00)

Другие формы записи выражений для параметров СКУ, получаемые при. подстановке в (8) вьфажений (6) и (7) могут быть обусловлены постановкой, задачи (при расчетах), удобством измерения тех или иных фазных или линейных мощностей (в условиях эксплуатации), а также наличием соответствующих датчиков мощностей (при разработке алгоритмов и схем .управления). :

На основе системы уравнений (8) .предложен графоаналический метод определения областей функционирования схем СКУ в трехмерном пространстве, осями которого являются обусловленные устройством РМ и составляющие пульсирующей мощности Оу, «у, (рис.1). Получены аналитические соотношения параметров и сформулирован алгоритм определения границ областей функционирования соответствующих схем СКУ.

Система уравнений (8) при ее представлении через реактивные проводимости легла в основу структурной функциональной схемы автоматического управления СКУ. Отличительными особенностями последней

являются универсальность (так как алгоритм управления строится исходя из составляющих пульсирующей мощности) и возможность изменения заданной степени симметрирования. Это позволяет варьировать как требуемыми допустимыми значениями результирующего коэффициента обратной последовательности напряжений, так и значениями минимально необходимой установленной мощности СКУ. На предложенное техническое решение получено авторское свидетельство 1497681 СССР, МКИ3 Н 02 3 3/26.

Получены условия реализации емкостных устройств для симметрирования режима сети. При этом определены: а) максимальная пульсирующая мощность нагрузки, которая может быть скомпенсирована до величины, соответствующей допустимой несимметрии напряжений, с помощью БК иззестной мощности; б) минимально необходимая РМ БК, достаточная для симметрирования с заданной степенью нагрузки с известными (постоянными или изменяющимися) параметрами.

Третья глава посвящена постановке, исследованию и решению задачи оптимальной КРМ в промышленных СЭС с НН. Сформулирована Ц<£ приведенных затрат на КРМ и симметрирование режима и накладываемые ограничения на решение задачи с учетом ее модификаций. Рассмотрены основные составляющие ЦФ - затраты на устройства КРМ (К.У и СКУ) и на возмещение потерь активной мощности в СЭС с НН.

Основой для анализа установленной мощности СКУ, и соответственно, затрат на устройства КРМ, является представление в трехмерном пространстве областей функционирования схем СКУ (рис.1). При фиксированной величине генерируемой устройством РМ уу = - Оу эти области изображаются в виде проекции на комплексной плоскости (рис.2).

Исследованы зависимости' установленной мощности СКУ от "всех' влияющих на нее составляющих и получены аналитические выражения, обеспечивающие формирование ЦФ при оптимизационных расчетах КРМ в СЭС с НН с' использованием как критерия минимума установленой мощности, так и критерия минимума приведенных затрат. ■

Установленная мощность СКУ, определяемая как 5УСТ= £ | 0^,1.

т. *

в случае НН с неизменными параметрами представляется зависимостью:

Зуст - Т 1 ^О~ *у! + + 4/3 . (11)

а мощности индуктивных и емкостных элементов СКУ соответственно равны :

/ к.

РасЛ

Q"ir "yi + + V3

-Q* = T- N^ro- Vy \ +T- /"кто/3 + 4/3

где - среднее, находящееся в интервале от -1. до +1, из трех значений к^у., рассчитываемых согласно (10).

Аналогичные выражения получены и .для случая произвольного изменения параметров НН Лк и (иЛи) тн . Полученные зависимости позволяют определить: а) генерируемую (потребляемую) устройством РМ, соответствующую минимуму его установленной мощности; б) мощности емкостных и индуктивных элементов СКУ (то есть оптимальный состав устройства и его установленную мощность) без предварительного выбора схемы и параметров СКУ.

Предложенный подход позволил разработать алгоритм и функциональную схему автоматического управления СКУ с известной установленной мощностью его реактивных элементов ( 0дуст и (-ок) ), обеспечивающие во всех нагрузочных режимах при любых требованиях по РМ максимально возможную степень симметрирования (то есть минимально возможный уровень несимметрии токов и напряжений). Алгоритм управления СКУ реализует выражения (8), однако со скорректированным, минимально возможным коэффициентом частичного симметрирования, величина которого будет находиться согласно условию:

^п = ^ { п , * } . (13)

при этом максимальная величина пульсирующей мощности, которая может'быть скомпенсирована данным СКУ,-для произвольного режима определится как

^ = ^ | , (14)

( 3±1) V/3 + 2 О,

у - ; (15)

-К^/3 + 4/з ' ± к^/3

(-341) vy/3 + 2<-Qk)

У =-ÎLm- • <16)

У-к^/з + 4/3 ± к^/3

Проведений анализ потерь мощности в промышленных СЭС с НН показал, что несимметрия нагрузок ou зывает незначительное влияние на потери мощности, обусловленные реактивными нагрузками. Таким образом, оптимальное потокораспределениэ РМ в СЭС с НН может

отличаться от рассчитываемого для симметричного нагрузочного режима только за счет наличия дополнительных -реактивных элементов СКУ. При отсутствии необходимости в последних целевые функции приведенных затрат, а - значит, и оптимальные решения для симметричного и несимметричного режимов СЭС будут совладать.

Рассмотрена экономическая задача компенсации РМ несимметричных нагрузок симметричными БК. Показана возможность ее аналитического решения, при этом определена оптимальная РМ симметричной БК, подключаемой в узел сети с НН. Полученные зависимости могут быть использованы при расчетах входной РМ для СЭС с НН при отсутствии ;кестких требований по симметрированию режима.

Предложены подход, методика и алгоритм оптимального выбора и управления .-режимом БК в разветвленной СЭС предприятия с НН. В условиях эксплуатации предложенный алгоритм может быть реализован при разработке схемы и блока автоматического (централизованного) управления имеющимися БК, обеспечивающего, минимизацию потерь мощности и ущерба от несимметрии и напряжений.

Рассмотрена задача выбора СКУ- по критерию минимума приведенных затрат.'При этом минимизируемая ЦФ записывается в виде:

3 - зу [ уу\\ (з^лОу + " V* . (1?)

где РМ дополнительных элементов устройства определяется выражением:

I . 1 N.. /—-р--

д0у = + ^ | Уу| /-К^/З + 4/3 . (18)

При. положительных значениях . ' в ЦФ подставляется ау= зк и лОу= , а при отрицательных - . Зу*> зс и ¿0^,= - . При решении задачи определяются три величины:

"уори.г.зЧ-8/.^— • <19>

где значения удельных приведенных затрат соответственно.равны

з*. + 3. . 2(3*. + 3, )

. 8, " в* ; .а* = ~ к 3 и эк - . (20)

Как видно из (20), оптимальное значение РМ, генерируемой СКУ, зависит непосредственно - от РМ нагрузки, стоимостных показателей и параметров сети, и косвенно (неявно) - от несимметрии нагрузки. При этом показатели уровня последней определяют интервалы для областей изменения каждого из трех значений гуор1 • Соотновение ууори ^ УуОР12 - 'СуоР1з показывает, что с увеличением несимметрии нагрузки оптимальное значение РМ СКУ возрастает, и в тем большей

степени, чем больше соотношение стоимостных показателей реактивных элементов з1/з< .

На основе анализа ЦФ предложен алгоритм выбора оптимальных значений РМ СКУ в зависимости от. соотношения ограничений по РМ, границ интервалов областей определения ЦФ N^, N^K^^ (при v й .0 ), Nxknirt (при Vy 5 О ) и рассчитанных значений величин

'Syopll ' fyoptS' ''yoplS •

Предложенный метод может быть использован для определения оптимальных значений входной РМ (соответствующих минимуму приведенных затрат) для несимметричных городских или промышленных потребителей.

В четвертой главе рассмотрены вопросы анализа и построения емкостных дискретно регулируемых устройств КРМ для несимметричных электротехнологичес:етх нагрузок.

Выбор параметров, режимов работы и алгоритмов управления емкостных устройств производится таким образом, чтобы соблюдалось условие совместности требований симметрирования режима и компенсации РМ, соответствующее соотношению уу> N^/H^ . Здесь Кц представляет собой коэффициент использования емкостных элементов для частичного симметрирована. Значения Кц находятся в интервале от 0,5 до 1 и зависят от аргумента пульсирующей мощности. При изменяющихся параметрах НН ( г = о2« ) для наиболее неблагоприятного случая принимается Ки = 0,5.

Рассмотрены схемы и режимы работы одно-, двух- и трехступенчатых регулируемых емкостных СКУ, получены расчетные выражения и сформулирована инженерная методика их выбора.

Предложены алгоритм и схема управления емкостными СКУ, позволяющая обеспечить требуемые условия симметрирования и. компенсации РМ в СЭС с произвольными изменяющимися НН. На предложенное техническое решение получено авторское свидетельство 1330700 СССР, МКИ3 H 02 j 3/26.

Предложен способ построения схемы и алгоритма управления .емкостными дискретно регулируемыми СКУ при подключении групп электротехкологичеосих НН одинакового характера. Показано, что задание схемы подключения групповых НН одинакового характера при известном режиме работы последних позволяет осуществлять компенсацию РМ и частичное симметрирование по уровню суммарной реактивной нагрузки узла СЭС с НН.

В приложении содержатся документы о внедрении и использовании в народном хозяйстве разработанных рекомендаций и устройств.

заключение

В настоящей работе решена актуальная задача разработки теоретических и практических методов оптимальной компенсации реактивной мощности в промышленных системах электроснабжения с несимметричными нагрузками. Основные результаты и выводы по работе можно сформулировать следующим образом:

1. Описаны энергетические процессы в промышленных трехпро-водных сетях при наличии несимметричных нагрузок. При этом получены все возможные варианты математических соотношений для пульсирующей мощности трехфазной системы и ее составляющих.

2. Разработаны математические модели симметрокомпенсирующих устройств как для случая симметрии, так и-, для общего. случая несимметрии питающих напряжений. На их основе сформулирован алгоритм и предложена принципиальная структурная схема автоматического управления СКУ, отличительными особенностями которой, по сравнению с существующими, являются универсальность (алгоритм управления базируется на определении составляющих пульсирующей мощности трехфазной системы) и возможность коррекции степени симметрирования режима сети. На предложенное техническое решение получено авторское свидетельство.

3. Предложен графоаналитический метод анализа и синтеза схем симметрокомпенсирующих устройств, который позволяет и графически, и аналитически описывать области функционирования схем СКУ, а также определять типы схем с требуемыми характеристиками.

4. Получены математические модели оптимальной КРМ в промышленной ^СЭС с несимметричными . нагрузками, и предложены подходы, методы, методики и алгоритмы выбора мест установки и параметров симметрокомпенсирующих устройств на основе критериев:

а) минимума приведенных затрат; б) минимума установленной мощности;

б) минимума потерь мощности в сети.

5. Предложены метод оптимального выбора СКУ по критерию минимума установленной мощности, алгоритм и функциональная схема

•автоматического управления СКУ. Их использование позволяет во всех нагрузочных режимах осуществлять максимально возможную компенсацию тока обратной последовательности в сети при оптимальной КРМ. На предложенное техническое решение подана заявка на изобретение.

6. Показано, что в • промышленных СЭС несимметрия режима практически не оказывает влияние на потери мощности, обусловленные реактивным характером нагрузок. При этом оптимальное потокораспре-

деление реактивной мощности в СЭС с несимметричными нагрузками, соответствующее минимуму приведенных затрат, будет отличаться от рассчитываемого для симметричного нагрузочного режима только за счет наличия в составе СКУ дополнительных реактивных элементов.

7, Определены условия реализации, рассмотрены схемы и режимы работы и сформулирована инженерная методика выбора дискретно регулируемых одно-, двух- и трехступенчатых емкостных устройств для частичного симметрирования 'изменяющихся групповых НН. Предложенные алгоритм и схема управления емкостными' СКУ легли в Основу технического решения, на которое получено авторское свидетельство.

• Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. Кузнецов В.Г., Григорьев A.C., Лысенко А.Т. Частичное симметрирование групповых изменяющихся нагрузок / Ред.журнала "Техн. электродинамика". - Киев, 1984. - 32 е.: 16 ил,- Библ.: 9 назв.

- Депон. в Информэнерго 24.09.84, fS 1606эн-Д84.

2. Кузнецов В.Г., Григорьев A.C., Лысенко А.Т., Кашакашвили В.Г., Штейнберг Э.А. Симметрирование и компенсация реактивной мощности в промышленных системах электроснабжения с групповыми несимметричными нагрузками // Промышленная энергетика.- 1986. - Н 7.

- С.43-45.

3. Кузнецов В.Г., Лысенко А.Т. Математическая модель компенсации реактивной мощности в промышленных системах электроснабжения с несимметричными электротехнологическими нагрузками // Техн. электродинамика. - 1987. -.44. - С.72-78.

4. A.c. 1»30700 СССР, кл. Н02 d 3/28. .Симметрирующее устройство для произвольной трехфазной несимметричной нагрузки / А.К.Шидловский, В.Г.Кузнецов, A.C. Григорьев , Г.А. Москаленко, А.Т.Лысенко // Опубл. 15.08.87, Бюл. Н 30.

5. Кузнецов В.Г., Лысенко А.Т. Параметры симметрокомпенсирующих устройств для изменяющихся несимметричных электротехнологических нагрузок // Техн. электродинамика.- 1988. - № 2. - С.81-86.

6. A.c. 1497681 СССР, кл. Н02 ;) 3/26. Симметрокомпенсирующее устройство для произвольной изменяющейся ' несимметричной нагрузки / А.К.Шидловский, В.Г.Кузнецов, Григорьев A.C., А.Т.Лысенко, Э.А.Штейнберг // Опубл. 30.07.89, Бюл. № 28.

7. Лысенко А.Т. Экономическая задача компенсации реактивной мощности в промышленных системах электроснабжения с несимметричными нагрузками // Кибернетика электрических систем. Электроснабжение промышленных предприятий: Тез. докл. XI сессии Зсесо-

юз. науч. сем., г.Абакан, сент. 1989 г.- Абакан, 1989.- с.87-89.

8. Лысенко А.Т., Григорьев A.C. Компенсация реактивной мощности и симметрирование групповых электротехнологических нагрузок в разветвленных промышленных сетях // Оптимизация систем питания и электрооборудования электротехнологических установок. - Киев: Ин-т электродинамики АН УССР, 1989. - С.76-83.

9. Кузнецов В.Г., Григорьев A.C., Лысенко А.Т. Математические модели симметрокомпенсирующих устройств в промышленных трехфазных электрических сетях. - Киев, 1939. - <10 с. (Препр. / АН УССР. Ин-т электродинамики; W 609).

Ю.Григорьев A.C., Лысенко А.Т. Эксплуатационная задача компенсации реактивной мощности в промышленных системах электроснабжения // Преобразование и стабилизация параметров электроэнергии.

- Киев: Наук, думка, 1989. - С. 10-18. * '

П.Кузнецов В.Г., Григорьев A.C., Лысенко А.Т. Анализ и построение дискретно регулируемых емкостных симметрокомпенсирующих устройств для групповых изменяющихся несимметричных нагрузок. -Киев, 1990.- 25 с. (Препр./АН УССР. Ин-т электродинамики; ti 648).

12.Кузнецов В.Г., Лысенко А.Т., .Григорьев A.C. Экономическая задача компенсации-реактивной мощности несимметричных электротехнологических нагрузок промышленных сетей. - Киев, 1990. - 30 с. -(Препр./ АН УССР. Ин-т электродинамики; Я 649).

13.Лысенко А.Т. Графоаналитический метод определения областей функционирования и параметров схем симметрокомпенсирующих устройств // Изв.вузов. Электромеханика. - 1991. - W 4, - 0.92-58.

14. Григорьев A.C., Лысенко А.Т. Емкостные симметроко.чпен сиру юане устройства для изменяющихся несим!,стричных электротехнологических нагрузок // Качество электрической энергии: Науч. тр. междунар. науч. конф., Польша, г. Спала, 25-27 сент. 1991 г.

- Спала, 1991. - Т.2. - С 53-59.

15.Лысенко А.Т., Григорьев A.C. Анализ и управление несимметричным режимом трехфазной сети на основе составляющих пульсирующей

..мощности // Стабилизация параметров электрической энергии.

- Киев: Ин-т электродинамики АН УССР. - 1991. - С.91-97.

16.Григорьев A.C.,'Лысенко А.Т. Устройство для поддержания допустимой несимметрии напряжений и требуемой компенсации реактивной мощности // Стабилизация параметров электрической энергии.

- Киев: Ин-т электродинамики АН УССР. - 1991. - С.98-104.

17.Лысенко А.Т. Анализ и минимизация установленной мощности симметрокомпенсирующих устройств // Техн. электродинамика. -1992. - » 1. - С.44-51.

18.Лысенко А.Т., Григорьев A.C. Оптимизация выбора и управления режимом симметроксмпенсирующих устройств // Электромагнитная совместимость технических средств: .Тез докл. Второй науч.-техн. конф., г.Санкт-Петербург, 8-10 сент. 1992 г. - Санкт-Петербург: Судостроение, 1992 . - С.4.5-46.

19.Кузнецов В.Г., Григорьев A.C., Лысенко А.Т. Оимметрсяомпенеирую-шие устройства для изменяющихся несимметричных электротехнологических нагрузок//Прсмышленная энергетика.- 1992.- ts 7.- С.37-41.

Личный вклад'автора■ Основные результаты, полученые 'ззторсм в диссертации, опубликованы в трех' работах, написанных автором самостоятельно и в иестнадцати трудах, изданных в соавторстве. В работах, написанных в соавторстве, личный вклад соискателя заключается в разработке математической модели оптимальной КРМ в СЭС с. несимметричными нагрузка™ [ 3, 12 ]; развитии положз...;Л теории пульсирующих мощностей и вопросов анализа и синтеза схем СКУ [ 5, 9, 15, 16, 18 ];. формулировке 'условий реализации и разработке принципов построения емкостных устройств, используемых для симметрирования режима сета [1, 2, 8, 10, 11, 14, 19 ]. Все другие результаты/ .которые отражены в работах, кагмсзннътх з соавторстве, получены при участии соискателя. В [ 4,6 ] идеи изобретений принадлежат соавторам в'равной мере.

Автор считает своим долгом вырззить благодарность научному руководители и сотрудникам отдела оптимизации систем электроснабжения Института электродинамики АН Украины, а также кандидату технических наук А.С.Григорьеву за консультации и практическую помошь, оказанные при выполнении данной работы.

подписано к печати 02,.о^,199Вг. Формат €0x64/16 Бумага офсетная Уся.-печ.лист.',й Уч.-изд.лист \,о, Тираи НО, Заказ ^¿7, Бесплатно

Полиграф, уч-к -Института электродинамики АН Украину 252057, Кивв-57, проспект Победа, 56.