автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Выбор типа из акона регулирования статического источника реактивной мощности для узлов нагрузки с несинусоидальным напряжением

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. АНАЛИЗ МЕТОДОВ РАСЧЕТА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В

СЕТИ С НЕЛИНЕЙНОЙ И НЕСИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКОЙ

1.1. Реактивная мощность в сети с несинусоидальным напряжением и током

1.2. Многофазные несимметричные системы

1.3. Выводы.

ГЛАВА 2. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В НЕРАЗВЕТВ-ЛЕННОЙ ЦЕПИ, СОДЕРЖАЩЕЙ СТАТИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ (ИРМ)

2.1. Энергетические характеристики регулируемого тиристорами ИРМ при синусоидальном напряжении сети

2.1.1. Оценка реактивной мощности по действующим значениям параметров режима

2.1.2. Оценка реактивной мощности на основной и высшей гармониках параметров режима . £

2.2. Мощность в однофазной нелинейной цепи, содержащей активное сопротивление (резистор)

2.3. Распределение напряжений на элементах ИРМ при несинусоидальном напряжении сети.#{

2.4. Мощность статического ИРМ с регулируемой тиристорами конденсаторной батареей

2.5. Мощность статического ИРМ с регулируемым тиристорами реактором. 9,

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В УЗЛЕ

НАГРУЗКИ, СОДЕРЖАЩЕМ СТАТИЧЕСКИЙ ИРМ.ЮО

3.1. Определение параметров режима системы в процессе регулирования

3.2. Баланс реактивной мощности без учета высших гармоник

3.3. Баланс реактивной мощности с учетом высших гармоник.

3.4. Анализ баланса реактивной мощности в узле нагрузки

3.5. Диапазон регулирования мощности ИРМ.

3.6. Учет фильтров в балансе реактивной мощности.

3.7. Выводы. 454t

ГЛАВА 4. БАЛАНС РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В УЗЛЕ НЕЛИНЕЙНОЙ

НАГРУЗКИ, УСТАНОВЛЕННОЙ В КОМБИНАТЕ ЭЛЬ-ХАДЖАРА (АНДР)

4.1. Характеристики и параметры нагрузки.46*

4.2. Баланс реактивной мощности в узле нагрузки при установке ИРМ с плавным регулированием.

4.3. Выбор мощности КБ ИРМ.

4.4. Выводы.

Актуалность.Развитие современных электроэнергетических систем ЭЭС характеризуется ростом их мощности »созданием обыдененных энергосистем , развитием системообразующих и распределительных сетей , охватывающих большие районы, увеличением потоков передаваемой электроэнергии, следовательно, при отсутствии определенных мер сопровождается ростом потери мощности в сетях . Режимы эффективной и экономической работы систем опреде -ляют условия транспорта электроэнергии, часто на значительные расстояния от узлов генерации до точек потребления . При этом известно, что передача реактивной мощности в линиях и транфор-маторах приводит к увеличению сечения проводов, следовательно и к дополнительному расходу металла. Кроме этого,существенными могут быть и потери самой реактивной мощности , компенсация которой требует увеличения мощности компенсирующих устройств.

Устанавливающиеся как следствие , потери напряжения в элементах сети приводят к неполному использованию электрического оборудования , трансформаторов , первичных двигателей и генераторов электростанции. Ухудшаются технико-экономические показатели работы сети и приемников электроэнергии и , как результат, снижается производительность механизмов,увеличивается расход топлива, снижается пропускная способность элементов сети и т.п.

Вызываемые таким образом отрицательные последствия , как известно /3,8,12,16/ можно устранить путем компенсации реактивной мощности. Однако в сетях, к которым подключаются нелинейные нагрузки »компенсация встречает некоторые затруднения »связанные с проблемой реактивной мощности »понятие и методы расчета которой, в таких условиях являются объектами исследования многих авторов /2,3,20-31,36,38,41-50,54,58,60/.

Действительно,, в линейных синусоидальных цепях расчеты реактивной мощности не представляют никаких трудностей, и полученные в этом случае результаты расчетов однозначные.

Применяемые в расчетах таких режимов методики являются частными, справедливыми для синусоидальных режимов и не равкры-вают все стороны режима системы , содержащей нелинейные элементы. К числу таких установок , с нелинейными вольт-апперными характеристиками относятся , как известно , дуговые печи, привода прокатных станов , сварочные трансформаторы и другие потребители. ИХ работа характеризуется электромагнитными процессами существенно снижающими энергетические показатели, и качество электроэнергии в сети /9,12/. Этим вопросам посвящены исследования, проводимые на кафедре "Электрические системы" /3,4,17/ Московского энергетического института /МЭИ/, а также проводимые другими организациями Советского Союза, как ВЭИ имени В.И.Ленина, Ленинградским, Львовским, Челябинским, Горьковским, Томским, Киевским политехническими институтами, Институтом электродинамики АН УССР, ШИН имени Г.М.Кржижановского, ВГП и НйИ знергосетьпроект.

В целом эти работы носят комплексный характер и направлены на решение проблем, связанных с созданием и применением статических источников реактивной мощности /ИРМ/. Этой же проблеме посвящены исследования, проводимые рядом ведущих научно-исследовательских организаций в Советском Союзе и за рубежом. Эта проблема представляется чрезвычайно актуальной и для развивающихся сетей Алжирской народно-демократической республики. Здесь за последнее время существенно развилас и продолжает развиваться металлургическая промышленность. К числу ее объектов можно отнести и металлургический комбинат в Эль-Хаджаре, построенный при техническом содействии Советского Союза.

Характерным для этого предприятия является разновидность мощных установленных потребителей, среди которых многие представляют собой нелинейные нагрузки (дуговая печь, прокатные станы и т.п.). Режимы работы этих нагрузок при отсутствии средств компенсации сопровождаются воздействиями на другие потребители и питающую систему

В таких условиях работа этих потребителей, у которых мощность может быть соизмерима с мощностью системы, может привести к нарушению неустойчивости работы системы /12/. Поэтому одновременно с установкой таких потребителей электроэнергии предусматривается совместно с 50Ы£^ОА2. средства компенсации реактивной мощности с целью обеспечения качества электроэнергии и снижения потерь электроэнергии /56, 57/.

Нель работы. Настоящая работа поставлена как с целью решения теоретических задач, связанных с расчетами реактивной мощности; так и задач практических, решение которых позволяет правильно подойти к вопросам выбора параметров статических ИРМ. Таким образом целью настоящей работы является:

1. Сопоставление и оценка существующих методов, расчета реактивной мощности, применительно к нелинейным цепям.

2. Разработка методики расчета реактивной мощности, генерируемой регулируемыми статическими ИРМ с тиристорным управлением в цепи с несинусоидальным напряжением.

3. Расчет баланса реактивной мощности в узле нагрузки в том числе и нелинейной, содержащей статические ИРМ.

4. Выбор параметров статического ИРМ, подключенно с целью компенсации реактивной мощности к узлу нагрузки с несинусоидальным напряжением.

Методика исследования. Основным в данном исследовании является сопоставление результатов расчетов реактивной мощности, проведенных по различным методикам с результатами, удовлетворяющими условию баланса реактивной мощности в целом. При этом прежде всего рассматриваются идеальные схемы, содержащие статические ИРМ с плавным регулированием. Для описания происходящего в них энергетического процесса использован гармонический анализ в сочетании с аналитическими методами расчета. Оценка баланса реактивной мощности в узле нагрузки с несинусоидальными токами и напряжениями осуществлена графо-аналитическим способом по статическим характеристикам ИРМ и нагрузки.

Научная новизна

1. Проведен анализ существующих методов расчета реактивной мощности в несинусоидальных цепях. Показано, что реактивная мощность конденсаторной батареи или реакторов, регулируемых тиристорами определяется при любой форме напряжения сети всем спектром гармоник на этих элементах с учетом их порядка.

2. Показано, что в балансе реактивной мощности в узле нагрузки, содержащем плавнорегулируемый ИРМ, существенная доля приходится на высшие гармоники, что не может не учитываться при оценке напряжения в данном узле.

3. Определены рабочие диапазоны регулирования рассматриваемых ИРМ, при которых реактивная мощность, вносимая в баланс высшими гармониками еще позволяет осуществлять плавное регулирование ИРМ, с целью поддержания напряжения.

4. Определены соотношения мощностей сети, нагрузки и ИРМ, при которых регулирование напряжения в узле нагрузки может быть в обеспечено только по плавно-ступенчатому закону регулирования ИРМ.

Практическая значимость. Полученные в диссертации результаты позволяют повысить эффективность применения для компенсации реактивных нагрузок регулируемых статических ИРМ, характеризующихся высшими гармониками. В этом смысле полученные результаты имеют практическое значение при проектировании компенсирующих установок при определении их структуры и параметров, с целью регулирования напряжения в требуемом диапазоне при рациональном использовании основного оборудования.

Апробация работы.Диссертация и отдельные ее разделы докладывались на научном семинаре лаборатории "Качества электроэнергии и надежности электрических сетей" МЭИ / май 1982 г., май 1984 г./, а также на заседании кафедры " Электрические системы" МЭЙ / июнь 1984 г./.

Публикации. По результатам выполненных работ опубликована одна печатная работа / 31 /.

Объем работы. Диссертационная работа содержит 138 стр. машинописного текста, 33 рисунка, 23 таблиц и состоит из введения, четырех глав, заключение, библиографического списка из 61 наименований.

1.3. Выводы

Мощности реактивная, искажения и несимметрии - есть параметры, позволяющие определить, в каких условиях происходит процесс передачи и потребления электроэнергии в системах.

При таком положении /выделении мощностей определение реактивной мощности следует связывать с создаваемыми в цепи электромагнитным и электростатическим полями. В часности, реактивную мощность следует рассматривать как величину, характеризующую скорость изменения обменяемой энергии между источником и нагрузкой. Следовательно, необходимый и достаточным для присутсвия реактивной мощности является наличие в цепи накопительного элемента. При этом можно заметить, что условие присутствия реактивной мощности О ,как это предложено в работах /22,50/, является необходимым, но недостаточным.

Кроме этого, при расчете реактивной мощности в несинусоидальных режимах, значение реактивной мощности на вьющих гармониках целесообразно рассчитывать согласно " теореме приведения, "»изложен в /22/, т.е. реактивную мощность п -ой гармоники сле;пует увеличивать в п раз.

1. Баев А.В., Волков Ю.К., Долинин В.П., Корнев В.Я. Вентильные преобразователи о конденсаторами в силовыг цепях. М.; Энергия, 1969.

2. Бычков Л.В. Использование мгновенной мощности для анализа энергетичеокит процессов в электричеокиу цепят. - Изв. ВУЗов. Электромеханика, 1973, J& 12, с. 12-15.

3. Веников В.А., Жуков Л.А., Карташев И.И., Рыжов Ю.П. Статические источники реактивной мощности в электричеокит сетяг,-М.: Энергия, 1975.

4. Веников В.А., Карташев И.И,, Федченко В.Г., Макарова Т.П., Ейемский СИ., Полевая В.П., Четов В.Н. Современное состояние и перспективы развития статические компенсаторов реактивной мощности. - Электричество, 1983, В 2, о. 64-67.

5. Галовкин И.П. Улучшение коэффициента мощности преобразовательной подстанции повышенной частоты. М.: Эяергоатомиздат, 1983.

6. Глинтерник С Р . Электромагнитные процессы и режимы мощныт статических преобразователей. Издтво Наука, Л., 1970.

7. Данцис Я.Б., Жшюв Г.М. Емкостная компенсация реактивны^ нагрузок мощных токоприемников промышленные предприятий. -Л.: Энергия, 1980.

8. Данцис Я.Б. Методы электротехнических расчетов мощных электропечей. - Л . : Энергоиздат, 1982.

9. Дедченко В.Г. Метод определения коэффициента несинусоидаль- ности и способ его ограничения в электрическит сиотемат. Диос. на соиок. учен, степени к.т.н., МЭИ, 1976.

10. Дрехолер Р. Коэффициент мощности и потери в сети при несимметричном и нелинейном потребителе. - Электричество, 1982, Ш 2, с. 12-16.

11. Жежеленко И.В. Показатели качества электроэнергии на про- мыпшенныт предприятиям. - М.: Энергия, 1977.

12. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системат энергоснабжения промпредприятий,

13. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложные электрическит системат, - М.: Энергия, I98I.

14. Иванов B.C. Методы расчета несинусоидальности напряжения и исследование резонансныт явлений на высшит гармоникат в сети внутризаводского электроснабжения при работе вентильныт преобразователей. Диос. на соиск. учен, степени к.т.н., МЭИ, 1976.

15. Карпов Ф.Ф. Компенсация реактивной мощности в распределительным сетят. - М.: Энергия, 1975, 182 с.

16. Карташев И.И. Исследование условий регулирования статического источника реактивной мощности о управляемой тиристорами конденсаторной батареей. Дисс, на соиск. учен, степени к.т.н., МЭИ, 1967.

17. Кузнецов В.Г. Компенсация реактивной мощности в электрическит сетят о нелинейными нагрузками. - Электричество, 1983, № 2, с. 64-67.

18. Кузнецов В.Г. Повышение качества электрической энергии. - К.: 1978, с. 24-31. 18 &

19. Лурье Л.С. Кажущаяся мощность третфазной системы. - Электричество, I95I, № 1 , о. 47-51.

20. Маевский О.А., Гончаров Ю.П. Приведенная реактивная мощность электрических цепей с нелинейными элементами. - Электричество, 1967, № 3, с. 22-27.

21. Маевский О.А. Энергетические показатели вентидьныт преобразователей. - М,: Энергия, 1978.

22. Мельников Н.А. Реактивная мощность в электрическиг сетя^. - М.: Энергия, 1976.

23. Минин Г.П. Реактивная мощность. - Энергия, 1978.

24. Неделку В.Н. К вопросу об определении асимметричной мощности. - Электротехника, 1963, V .II, № 5.

25. Неделку В.Н. К вопросу об определении калящейся мощности трехфазных несимметричных систем. - Электротехника, 1963, V . II. № 8.

26. Неделку В.Н. К вопросу о физическом смысле реактивной мощности. - Электротехника, 1967, V . 15, № 1 1 .

27. Неделку В.Н. Полная мгновенная кажущаяся мощность синусоидальных систем. - Электротехника, 1963, V . II, № 4.

28. Нейман Л.Р,, Глинтерник СР., Емельянов А.В., Новицкий В,Г. Электропередача постоянного тока как элемент электрических систем. Изв. АН GCCP, М.-Л., 1962.

29. О составлящих мгновенных мощности в электрических цепях с периодическими несинусоидальными токами и напряжениями. -Изв. АН эсер, Физика, Математика, 1975, т. 24, №J4.

30. Публикуется в ж - ле„ Промышленная энергетика," Ш , 1984.

31. Пекин В.З. Синхронные компенсаторы. - М.: Энергия, 1980,

32. Поссе А.В. Схемы и режимы электропередач постоянного тока. - Л.: Энергия, 1973.

33. Цутов Г.Е. Теория мощности системы периодическиг многофазных токов, - Электричество, 1953, № 2, с. 56-61.

34. Роемая Н. Уравнения МЕН1И-Р(Ж для мгновенной активной мощности. -1973, V . 19, ^ ^3-4.

35. Рукавишников С Б . К определению комплексной мощности цепи переменного тока. - Изв. ВУЗов, Энергетика, 1979, № 5, о. II0-II2.

36. СавиноБСКИЙ Ю.А. К интегральному понятию "реактивная мощность". - Изв. ВУЗов, Энергетика, I98I, № 7.

37. Сидовский A.M. О мгновенной комплексной мощности систем переменного тока. - Электричество, 1979, № II, с. 12-16.

38. Солодууо Л.Ю. Соотояние и перспективы внедрения в электро- привод статическит компенсаторов реактивной мощности. Обзорная информация. Серия ТС-8 Электропривод. Ияформэлектро, М., I98I.

39. Тимофеев Д.В. Режимы в электрическит cHCTeMav с тяговыми нагрузками. - М.: Энергия, 1972.

40. Фихтенгольц Г.Н. Курс дифференциального и интегрального исчисления. Т. III, М., Наука, 1969, 656 с.

41. Шидловский А.К., Мостовяк И.В., Кузнецов В.Г. Анализ и синтез фазопреобразовательныу цепей. -К., Наукова Думка, 1979, 252 с.