Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
НАЗИРОВ ХУРШЕД БОБОХОДЖАЕВИЧ
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ
Специальность 05.14.02 - УЭлектрические станции и электроэнергетические системыФ
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2012
Работа выполнена на кафедре Электроэнергетические системы Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Национальный исследовательский университет МЭИ г. Москва.
Научный руководитель: Кандидат технических наук, доцент
Тульский Владимир Николаевич.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Воротницкий Валерий Эдуардович
Заместитель директора по научной работе
Филиал ОАО НТЦ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ-ВНИИЭ
Кандидат технических наук, доцент
Цырук Сергей Александрович. Заведующий кафедрой Электроснабжения промышленных предприятий НИУ МЭИ
Ведущая организация: ОАО ФСК ЕЭС г. Москва
Защита состоится л21 декабря 2012 года в 13 час. 30 мин. в ауд. ГЦ200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Национальный исследовательский университет МЭИ по адресу г. Москва, ул. Красноказарменная, д.17, 2 этаж, корпус Г.
Отзывы и замечания на автореферат (в двух экземплярах), заверенные печатью учреждения, просим присылать по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет НИУ МЭИ.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИУ МЭИ.
Автореферат разослан л 20 ноября 2012 г.
Председатель
диссертационного совета Д 212.157.03
Жуков В.В.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Введение
Актуальность задачи исследования: Управление качеством электроэнергии в электрических сетях способствует эффективному функционированию энергосистемы, созданию благоприятной электромагнитной обстановки для функционирования электротехнических средств как со стороны потребителей, так и со стороны энергоснабжающих организаций. Обеспечение качества электроэнергии является необходимым условием безопасности жизни и здоровья населения, а также одной из основ укрепления национальной безопасности государства. Ежегодно в целях усовершенствования и разработки комплексной программы управления качеством электрической энергии в электроэнергетических системах разных странах мира расходуются сотни миллиардов долларов, что подтверждает актуальность проблемы управления качеством электроэнергии в электроэнергетических системах. Несмотря на усилия, которые направлены на обеспечение качества электрической энергии в мировой практике, все еще регистрируются случаи низкого качества электроэнергии, ущербы от которого исчисляются миллиардами долларов.
Электроэнергетическая система Республики Таджикистан в настоящее время интенсивно развивается. Необходимость разработки системы управления качеством электроэнергий в данной энергосистеме обусловлена следующими факторами:
- к электроэнергетической системе Таджикистана подключены все виды потребителей, вызывающие искажения формы кривой напряжения (преобразователи, сварочные установки, дуговые сталеплавильные печи, телевизоры, кондиционеры, компьютеры и т.д.)
- наличием электроприемников, которые восприимчивы к искажению синусоидальности форм кривой тока и напряжения (асинхронные двигатели 6-10кВ насосных станций), которые орошают сельскохозяйственных культур находящиеся на высоте до 200м от источника воды;
- энергетическая система страны развивается и присоединяется к энергосистемам соседних стран, у которых более жесткие требования к КЭ;
- отсутствие систематического контроля качества электроэнергии согласно требованиям нормативных документов, которые действуют в стране (ГОСТ 13109-97);
- способствованию развития электроэнергетической отрасли страны и укрепление ее безопасности.
Актуальность поставленной задачи подтверждается результатами проведенных измерений в 20 точках напряжением 0,4-500кВ электрической системы Республики с помощью специализированных средств измерения показателей качества электроэнергии.
Исследования в области обеспечения КЭ широко освещены и представлены на международных конференциях CIGRE, CIGRED, PSCC, IEEЕ, в работе которых в разные годы участвовали и внесли свой вклад российские ученые Добрусин Л.А., Железко Ю.С., Жежеленко И.В., Зыкин Ф.А., Иванов В.С., Курбацкий В.Г., Кучумов Л.А., Смирнов С.С., Бердин А.С., Салтыков В.М., Карташев И.И. и др.
Цель работы: На основе исследования состояния электроэнергетической системы Таджикистана, разработать систему управления, позволяющую обеспечить конечного потребителя качественной электроэнергией.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
- Проведена инструментальная оценка качества электроэнергии и исследовано современное состояние электрической системы Таджикистана, выявлены основные причины ухудшения качества электроэнергии.
- На примере оценки влияния регулирования напряжения на потребление электроэнергии и потерь мощности в электроэнергетической системе Республики, показана важность автоматического регулирования напряжения для повышения эффективности использования электрической энергии.
- Показана важность точности определения амплитудно-частотной характеристики сети на оценку резонансных явлении в задачах проектирования систем электроснабжения потребителей с нелинейной вольтамперной характеристикой.
- Разработана методика оптимизации определения допустимых отклонений напряжения, потерь мощности и затрат на установку конденсаторных батарей в системах электроснабжения.
- Разработаны требования к выбору мест установки средств измерения, позволяющие обеспечить наблюдаемость показателей качества электроэнергии в системе.
- Разработан проект организационной модели центра управления качеством электроэнергии в составе вертикально интегрированной структуры ОАХК Барки Точик (Энергия Таджикистана).
Методы и средства исследования. Методика проведения выполненных исследований основана на теории электрических цепей, математическом и имитационном моделировании, с применением экспериментальных исследований в действующей электроэнергетической системе разного класса напряжений с использованием современных средств измерения.
Для расчетов использованы пакеты программ MathCAD, P.Spice (США), Rastrwin (Россия).
Достоверность полученных результатов базируется на фундаментальных классических положениях общей теории электротехники и математики, корректности выполнения теоретических построений, апробацией полученных результатов на многочисленных примерах. Апробация полученных результатов осуществлялась на имитационных моделях программных комплексов P.Spice, General Algebraic Modeling System (GAMS) (США) и Rastrwin (Россия). Планируется применение полученных результатов в действующей электрической сети Таджикистана.
Научная новизна основных результатов диссертационной работы состоит в следующем:
- Впервые проведен анализ электромагнитной обстановки в электрических сетях Республики Таджикистан.
- Показана возможность регулирования напряжения в узлах энергосистемы для управления потреблением электроэнергии.
- Разработана методика выбора и размещения статических конденсаторных батарей для компенсации реактивной мощности по целевым функциям оптимизации: качеству напряжения, потерям мощности, инвестициям и суммарным затратам на установку средств компенсации реактивной мощности. Выбор приоритета целевых функций оптимизации в зависимости от рассматриваемого региона позволяет улучшить качество электроэнергии и обеспечить требуемые параметры режима.
- Разработана методика классификаций ПКЭ для характерных узлов ЭЭС используя методы Процентной методики (доля нормированных значений ПКЭ) и Среднего и среднеквадратического значения ПКЭ оцениваемого на суточном интервале.
- Впервые разработана система управления КЭ и функциональная модель центра управления КЭ в составе эксплуатирующей компании электрических сетей Республики Таджикистан. Разработан алгоритм мероприятий по обеспечению КЭ с участием служб и отделов ОАХК Барки Точик.
Практическое значение диссертаций. Практическая значимость диссертаций заключается в следующем: Разработанный комплекс организационных, технических и методических мероприятий может служить основой для создания системы управления качеством электроэнергии в ОАХК Барки Точик, которая позволит обеспечивать нормативные требования к КЭ у конечного потребителя при оптимальных издержках на эксплуатацию и потери электроэнергии.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на восемнадцатой международной научно - технической конференции студентов и аспирантов РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА в НИУ МЭИ (Москва) (март 2012), пятой международной научно-практической конференции Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ (Душанбе) (сентябрь октябрь2011), шестой международной научно-практической конференции Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ (Душанбе) (октябрь ноябрь 2012) на заседании кафедры Электроэнергетические системы НИУ МЭИ.
Публикации. Основные результаты и положения, полученные в диссертации, изложены в пяти публикациях, три из которых опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, трех приложений и списка литературы из 92 наименований. Основной текст изложен на 159 страницах машинописного текста, включая 59 рисунков и 40 таблиц. Приложения изложены на 41 страницах машинописного теста.
Во введении кратко обосновывается актуальность работы, формулируется ее цель и основные задачи, характеризуется научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.
В первой главе приводится краткое описание электрических станций, сетей и потребителей электроэнергии Таджикистана и особенности ее режимов работы. Приводятся результаты измерений и анализа показателей качества электроэнергии (КЭ) по каждому нормируемому показателю в рассматриваемой энергосистеме с объяснением возможных причин и последствий нарушения этих показателей.
Электроэнергетическая система Республики Таджикистан (РТ), как часть объединённой энергетической системы Центральной Азии, в настоящее время работает в автономном режиме. Основными источниками электроэнергии в стране являются ГЭС, так как на их долю приходится порядка 95% суммарной установленной мощности электрических станций РТ и их режим работы существенно зависит от сезонности и погодных условий в стране. В зимнем периоде в стране ощущается нехватка электроэнергии, в связи с изолированной работой системы и погодными условиями, которые влияют на выработку и потребление электроэнергии. Отсутствие связей с энергосистемами соседних стран и резкое уменьшение внутреннего спроса в летний период вынуждает систему работать с избыточным резервом мощности. В энергосистеме республики выделены три района: север, юг и центр. При этом основная выработка электроэнергии сосредоточенна в южной части республики, а крупные потребители расположены в центре и северной части страны. В энергосистеме эксплуатируются линии электропередачи номинальными напряжениями 0,38-500 кВ. Протяжённость воздушных линий 10-0,4кВ-80,5%, 500кВ-1%, 220кВ-2%, 110кВ-7%, 35кВ-4,7% и кабельных линий 10-0,4кВ-4,7%. Потребление электроэнергии по видам потребителей в РТ выглядит следующим образом: промышленные предприятия-54%, города-30% и сельское хозяйство-16%. Среди промышленных предприятий выделяется алюминиевый завод (ТАЛКО)-47%, среди сельскохозяйственных потребителей - машинное орошение-12% от общего потребления электроэнергии. Крупными городами являются Душанбе (1112 тыс. чел), Худжанд (610 тыс. чел), Курган-Тюбе (150 тыс. чел).
Результаты измерений позволили оценить качество электрической энергии в характерных узлах ЭЭС Таджикистана. В (таблице 1.) представлены результаты оценки на соответствие требованиям ГОСТ 13109-97. При этом, если в точке контроля хотя бы за одни сутки было зарегистрировано превышение нормативных требований, выдается заключение о нарушении.
Таблица 1.
Результаты измерения качества электрической энергии
Номинальное напряжение, кВ | Показатели качества электрической энергии | |||||||
f | , | К2U | К0U | КU | КU(n) | Uпр | КперU | |
500 кВ | + | + | - | - | + | + | + | + |
220 кВ | + | + | - | - | + | + | + | + |
110 кВ | + | + | - | - | + | + | - | - |
10 кВ | + | + | - | - | - | + | + | + |
15,75 кВ | + | + | - | - | - | + | + | - |
380 В | + | + | + | + | - | + | + | + |
220 В | + | + | - | - | - | + | - | + |
+/ - Соответствует и не соответствует нормам ГОСТ-13109-97.
Анализ результатов контроля показал, что на сегодняшний день ухудшения КЭ наблюдается по следующим показателям: отклонение частоты, отклонение напряжения, коэффициент несинусоидальности и коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения. Причиной нарушений по отклонению частоты f являются грубые настройки устройств автоматического регулирования частоты на генераторах электрических станций.
Повсеместно отсутствует автоматическое регулирование напряжения с помощью устройств регулирования под нагрузкой, что приводит к существенному выходу установившегося отклонения напряжения на выводах электроприемников за нормально и предельно допустимый уровень. В работе показано, что увеличение напряжения, приводит к нерациональному электропотреблению, что недопустимо в условиях дефицита активной мощности.
В сетях высокого напряжения несинусоидальность возникает из-за режимов работы крупного алюминиевого завода, на долю выпрямительных установок которого приходится около 30% электропотребления по всей стране. В сетях низкого напряжения причинами возникновения гармонических составляющих напряжения кратных третьей являются активно внедряемые электронные устройства (в том числе энергосберегающие лампы, компьютеры, оборудование с частотно-регулируемым приводом и т.д.).
Основной причиной возникновения провалов и перенапряжений являются частые коммутации в сети, вызванные изменением нормальной схемы электроснабжения из-за ограничений в электропотреблении.
Во второй главе на математической модели исследуется качество электроэнергии по установившемуся отклонению напряжения, искажению формы кривой тока и напряжения, а также выполнены проверки разработанных моделей на достоверность.
Для оценки установившегося отклонения напряжения разрабатывается однолинейная электрическая схема части энергосистемы, где проводились измерения показателей КЭ. Одновременно с измерениями по всем точкам контроля собиралась дополнительная информация по режимам работы сети.
Расчет установившихся режимов (НБ и НМ нагрузки) производился с использованием программного комплекса Rastrwin, в основе которого применяется итерационный метод Ньютона. Коэффициенты трансформации трансформаторов были рассчитаны с учетом реального положения РПН и ПБВ регуляторов трансформаторов.
После определения параметров режима осуществляется расчет отклонения напряжения для точек контроля, где были установлены приборы для оценки показателей КЭ. Сравниваются результаты моделирования с результатами измерений по значениям активной и реактивной мощности в линиях, а также напряжению в контрольных точках, и если их разность находится в допустимых пределах, то расчет прекращается, иначе процесс повторяется до исправления всех возможных ошибок.
Результаты оценки погрешности моделирования представлены на рис 1. Как видно из графиков сравнения значений погрешность не превышает 6%, что подтверждает адекватность модели и позволяет применять её в дальнейших исследованиях параметров режима для основной частоты.
Рис. 1. Погрешность активной, реактивной мощности и напряжений а) - в режиме наименьшей нагрузки, б) - в режиме наибольшей нагрузки.
Для решения задачи обеспечения качества электроэнергии на заданном участке сети следует провести ряд мероприятий. В первую очередь необходимо провести оценку режимов высших гармоник (ВГ). Моделирование для оценки ВГ тока и напряжения в электрических сетях производится на основе линейных схем замещения, справедливых для каждой гармоники в отдельности. Для моделирования сети используется метод узловых потенциалов. Сеть задается узлами, связями между узлами и шунтами. В качестве связей выступают ЛЭП, трансформаторы, конденсаторы, реакторы, выключатели, в качестве шунтов - нагрузка, конденсаторы, реакторы, генераторы, двигатели. Нагрузками узлов сетей 110 и 220 кВ являются: нагрузки распределительных сетей населенных пунктов, городов, промышленных предприятий, тяговые подстанции электрифицированного транспорта, алюминиевых заводов. Трансформаторные связи моделируются управляемыми источниками тока и напряжения, ЛЭП СВН моделируется П-образной схемой с учетом ее волновых свойств.
Моделирование сети для оценки режимов на высших гармонических составляющих производится с использованием программы B2 Spice. Этапы моделирования приводятся на рис 2. Результаты моделирования для оценки погрешности параметров расчета высших гармоник для основной частоты приводятся на рис 4. Оценка погрешности результатов моделирования с показанием приборов для гармоник 5, 7, 11, 23 приводится на рис 5.
Рис. 2. Алгоритм моделирования ЭССТ для оценки качества электроэнергии по искажению синусоидальности.
Рис. 4. Погрешность тока, активной мощности и напряжения гармоник порядков 5, 7, 11, 23.
Разработанная модель части энергосистемы может использоваться для оценки качества электроэнергии на этапе оценки возможности присоединения новых потребителей, прогнозирования резонансных явлений.
Третья глава посвящена исследованию влияния качества электроэнергии на режим работы электроприемников и влиянию режима работы электроприемников на качество электроэнергии. Исследуются режимы потребления электроэнергии в зависимости от уровня КЭ по напряжению в узлах электрической системы РТ, оптимизации выбора и расстановки КУ.
Для оценки режимов потребления необходимо определить статические характеристики узлов нагрузки, которые зависят от состава и долевого, участия того или иного приемника электроэнергии. Статические характеристики узлов нагрузки задаются двумя способами:
а)
,
б)
,
где ; .- номинальная активная и реактивная мощность i-го узла нагрузки (приемника) при условии, что в узле номинальное напряжение,
, , ., , .-коэффициенты полинома СХН по активной и реактивной мощности, которые зависят от состава и структуры приемников электроэнергии, в сумме подключённых к узлу,
, экспоненты по активной и реактивной мощности, зависящие от долевого участия приемников и потребителей в узле,
, - фактическое и номинальное напряжения i-го узла.
Статические характеристики и регулирующие эффекты взаимных узлов нагрузки определяются по следующим формулам:
Где , - активная и реактивная мощность узла; значение регулирующего эффекта го узла, , активные и реактивные потери в ветвях, которые связаны с j-ым узлом.
Статические характеристики нагрузки влияют на потери в пассивных элементах электрической сети. Фрагмент оценки потерь активной и реактивной мощности на примере ЛЭП 500кВ представлен ниже.
где - относительное напряжение в начале линии (в узле 21модели);
степень компенсаций реактивной мощности, протекающей по ЛЭП.
реактивная мощность узла нагрузки и - реактивная мощность, протекающая по ЛЭП.
Относительные потери определяются следующим образом:
(1а)
(2б)
, суммарное потребление активной и реактивной мощности системы с учётом статической характеристики.
Кривая изменения относительных потерь системы в режимах набольшей и наименьшей нагрузки приводится на рис 6 (а, б), 7 (а, б).
Рис. 5. а) изменение потерь активной б) реактивной мощности системы РТ.
Рис. 6. а) изменение относительных потерь активной б) реактивной мощности системы РТ.
Из графиков рис. (5, 6) видно, что при увеличении напряжения на 5% относительные активные потери возрастают на 0,3-0,45% от потребляемой мощности, а реактивные потери уменьшаются до 5-7%. При уменьшении напряжения на 5% активные потери, соответственно, уменьшаются на 0,2-0,3%, а реактивные потери увеличиваются на 5%. Потребляемые активная и реактивная мощность при уменьшении напряжения на 5% уменьшаются на 7% и 20% соответственно, а при увеличении напряжения на 5% на 5-7% увеличиваются активная мощность и на 22-27% реактивная мощность.
Для анализа потребления электрической энергии с учетом статической характеристики нагрузки рассматриваем расчет режимов наибольшей и наименьшей нагрузки при отсутствии встречного регулирования напряжения с учетом СХН и то же самое с соблюдением условий встречного регулирования напряжения.
Результаты расчета режимов электропотребления в двух случаях приводятся в таблице 2.
Таблица 2.
Сравнение результатов расчета регулирования напряжения
Встречного регулирования напряжения нет, расчет с учётом статической характеристики нагрузки. | |||||||||
Режим | Pн, МВт | Qн, Мвар | Sн, МВА | P, МВт | Q, МВт | S, МВт | Отн Потери системы | ||
НБ | 873,5 | 791,9 | 1179 | 26,4 | 79,1 | 83,4 | P%max | 3,022 | |
НМ | 714,7 | 739,7 | 1028 | 21,44 | 73,9 | 76,9 | P% min | 3,5 | |
Встречное регулирование напряжения есть (1,05хUнб, 1,02хUнм), расчет с учётом статической характеристики нагрузки. | |||||||||
Режим | Pн, МВт | Qн, МВар | Sн, МВА | P, МВт | Q, МВт | S, МВт | Отн Потери системы | ||
НБ | 902,51 | 855,5 | 1244 | 27,06 | 85,5 | 89,7 | P%max | 3,6 | |
НМ | 675,14 | 610,3 | 910,1 | 20,25 | 61,03 | 64,3 | P%min | 2,99 | |
Как видно из результатов расчета, при регулировании напряжения в режиме максимума нагрузки потребляемая активная мощность увеличивается на 3,2%, а реактивная мощность на 7-8%. В режиме наименьшей нагрузки потребление активной мощности уменьшается на 5,5%, а реактивная мощность на 15-17%. Потери, соответственно, увеличиваются приблизительно на 0,5%-0,6%.
Далее рассматривается вопрос оптимизации выбора и размещения компенсирующих устройств с использованием следующих целевых функций;
целевая функция для определения общего объема затрат, - компенсация в i-ой системе шин в (Мвар), -максимальное количество средств, доступных для инвестиций, и - максимальное значение компенсации реактивной мощности, размещённой в узле i. n-это число узлов в исследуемой системе.
Вторая целевая функция - представляет собой среднее отклонение напряжения. Где - фактическое значение напряжения в i-ом узле, - требуемое значение напряжения в i-ом узле.
Третья целевая функция - это минимизация потерь активной мощности. Где -проводимость ветви i-j, и напряжения участка, и - углы конца j и начала i ветви.
Четвертая целевая функция это суммарные затраты на установку и эксплуатацию КУ. Где ng- это сумма генерируемых единиц, - стоимость электроэнергии в узле, -выработанная мощность в узле.
(7)
где главная целевая функция, оптимизирующая вышеперечисленные функций, , , и приоритетные упорядоченные множители, которые можно ставить в приоритетном порядке целевых функций и потом их оптимизировать. Сумма этих множителей должна составить 100%. , , , -это оптимальное значение целевых функций.
Расчет режима и оптимизация осуществляется в программном комплексе Rastrwin, оптимизация по затратам рассчитывается в среде Excel и GAMS [64]. Расчет производится в режиме максимума и средней суточной нагрузки в трех вариантах в зависимости от приоритета оптимизируемой функции, которая задается коэффициентами , , и рис. 7 а).
Рис. 7. а)-Множители приоритетности целевых функций оптимизаций б)-Необходимые мощности КУ узлов по вариантам расчета.
Оптимальная мощность КУ по узлам приводится на рис. 7 б).
Результаты расчета оптимизации выбора и размещения компенсирующих устройств представлены в таблице 3.
Таблица 3
Экономические показатели расчета выбора и размещения компенсирующих устройств.
Целевые функции | Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 |
Общий объём капиталовложений, $ | 9260 | 11641,3 | 12293,48 |
Среднее отклонение напряжения, % | 5,582 | 2,202 | 2,1 |
Суммарные активные потери системы, МВт | 41,6 | 38,8 | 37,7 |
Суммарные затраты системы, $ | 1615203 | 1607815 | 1595366 |
Главная целевая функция, о.е. | 0,00012 | 0,0003 | 0,00071 |
Результаты расчета показывают, что размещение КУ в электроэнергетической системе Таджикистана очень эффективно. Эффективность заключается в уменьшении потерь мощности при разгрузке системы от неэффективного реактивного потока мощности. Без установки КУ суммарные потери составляли 51,8 МВт (7,4%), а после компенсации реактивной мощности суммарные потери составляли 37,7 МВт (5,3%). Потери мощности сократились на 2,1% в денежных единицах. Экономия средств составляет 1,78. Млн. долл. в год. При этом улучшилось качество напряжения в контрольных узлах электроэнергетической системы республики.
Другой задачей управления качеством электроэнергии для проектирования или развития существующей электрической сети является контроль спектра гармоник тока и напряжения, которые распространяясь в сети, ухудшают КЭ.
Для определения ожидаемого вклада в точке общего присоединения большое значение имеет место, где подключается новая искажающая нагрузка, конфигурация электрической системы до рассматриваемой подстанции. Традиционно внешняя система электроснабжения не рассматривается, а заменяется ее условным индуктивным сопротивлением системы.
Такой подход не позволяет точно учитывать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) ТОП генерируемых гармоник вновь подключаемого нелинейного потребителя.
Для более точного исследования АЧХ в точке присоединения необходимо рассматривать систему в развернутом виде, что усложняет процесс расчета уравнения узлового напряжения в зависимости от порядка
гармоники. Решая данную задачу, можно предотвратить резонансные явлений в ТОП, корректно выбрать средства компенсации токов высших гармоник, создаваемых электроустановками потребителей.
На рис 8 приводятся результаты вариантов расчета АЧХ в точке присоединения новой искажающей нагрузки ПС Новая на базе разработанной математической модели расчета ВГ.
Рис 8. Входное а) - активное, б) - реактивное сопротивление узла 30 (Шины 110 кВ ПС Новая линия Л-НС-2).
На рис 8 а, б) изображены кривые , АЧХ реактивного и активного входного сопротивления по первому случаю, в котором сопротивление системы рассматривается условно. Для второго , случая не производится сворачивание сопротивления системы относительно точки общего присоединения и рассматривается в развернутом виде как математическая модель для расчета токов и напряжения ВГ, а также анализа АЧХ.
В первом случае с ростом частоты гармоник резонансные явления не проявляются. Кривые , более точно отражают реальную картину АЧХ в точке подключения потребителя с нелинейной нагрузки. Конфигурация схемы рассматриваемой подстанции на частотах 350-450Гц с учетом генерируемого спектра токов и напряжения подключаемого потребителя в ТОП создает резонанс напряжения, что приводит к увеличению значения напряжения в данном узле практический в два раза
В четвертой главе рассматриваются проблемы управления КЭ в ЭЭСТ и во всем мире, производится технический обзор современных средств измерения показателей КЭ для системы мониторинга. Определяются места установки СИ для непрерывного контроля КЭ и методика обработки измеренных результатов для ее классификации. Разрабатываются алгоритмы комплексных мероприятий по управлению КЭ в структуре ОАХК Барки Точик.
Анализ более 150 единиц современных приборов для измерения показателей КЭ производителей Россий, США, Германии, Израиля, Франции Словении, Польши и Испании по основным признакам представлен на рис 9. Стационарные средства измерения на сегодняшний день составляют 36% от всего рыка коммерческих производителей. По передаче результатов измерения 40% приборов имеют возможность подключаться через модем и 25% могут подключиться к интернету, поэтому очень важно учитывать эту техническую возможность СИ при создании архитектуры системы мониторинга КЭ по расстановке этих приборов и передачи измеренных результатов.
Рис. 9. Ресурсы современных СИ показателей качество электроэнергии.
В данной части работы, решается вопрос выбора точки контроля для создания системы мониторинга качества электроэнергии с учётом оценки электромагнитной обстановки электрической системы и анализом показателей КЭ.
Согласно рис. 10 а) рассматриваются два подхода для решения данной проблемы: 1-ый с учетом анализа электромагнитной обстановки электрической системы и 2-ой с учетом наблюдений за показателями качества электроэнергии.
Согласно рис 10. б) для классификации ПКЭ разрабатываются два метода с использованием законов математической статистики: 1-ый это процентный метод, 2-ой - метод средних значений и среднеквадратического отклонения. Алгоритм расчета этих методов представлен на рис 10. б. С помощью разработанного метода обрабатываются результаты измерений, полученные на ПС Новая, и производится классификация (рис 11).
Рис. 10. а) - Этапы выбора места установки СИ для мониторинга КЭ, б) - Алгоритм методов обработки измеренных результатов для оценки степени УКЭ.
Рис. 11. Классификация результатов измерения показателей КЭ ПС Новая.
Для задачи управления КЭ в ЭЭСТ разрабатывается модель центра управления КЭ в составе вертикально интеграционной структуры ОАХК Барки Точик, которая представлена на рис. 12.
Рис. 12. Задачи, решаемые центром управления качеством электрической энергии.
Определяются внешние и внутренние связи этого ЦУКЭ. Разрабатывается следующие организационно-технические мероприятия для ЦУКЭ:
А) Организационно-технические мероприятия по регулированию частоты с участием служб и отделов ОАХК Барки Точик (рис 12):
Б) Организационно-технические мероприятия по регулированию напряжения с участием служб и отделов ОАХК Барки Точик (рис 12):
В) Организационно-технические мероприятия по нормализации уровней токов и напряжений ВГ с участием служб и отделов ОАХК Барки Точик (рис 12):
Г) Организационно-технические мероприятия по нормализации несимметрии с участием служб и отделов ОАХК Барки Точик (рис 12):
Д) Организационно-технические мероприятия по налаживанию системы наблюдения и сбора статистических данных о провалах, перенапряжениях и импульсах напряжений с участием служб и отделов ОАХК Барки Точик (рис 12):
Заключение
- Приведен анализ структуры и характеристика параметров электроэнергетической системы Республики Таджикистан. Выполнен инструментальный контроль показателей КЭ, установлены причины его ухудшения, а также рассчитан нанесенный ущерб.
- Предложены методы выбора точек непрерывного контроля с учетом электромагнитной обстановки в системе.
- Показана необходимость регулирования напряжения в электрических сетях республики, которая позволяет, особенно в режимах ограниченной работы системы, рационально распределять мощности потребителей.
- Разработана схема расчетной модели объекта исследования для оценки отклонений напряжения и коэффициентов несинусоидальности по току и напряжению ВГ. Представлены результаты оценки погрешности моделей в сравнении с результатами измерений.
- Предложены варианты практических рекомендаций при выборе параметров и размещении КУ с применением функций оптимизации по их приоритетности с учетом СХН по напряжению, что позволяет сократить потери мощности по системе в целом на 2,1%.
- Разработана модель центра управления КЭ в составе вертикально интегрированной структуры ОАХК Барки Точик, предложены организационно-технические мероприятия, проводимые центром управления КЭ.
Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях:
1. Ю.В. Шаров, В.Н. Тульский, И.И. Карташев, Х.Б. Назиров, Дж. Ш. Тошев. Современное состояние электрических сетей Республики Таджикистан по качеству электрической энергии // Вестник Таджикского Технического университета - 2012 - №4 (16). - С. 39 - 49.
2 В.Н. Тульский, Х.Б. Назиров, НИУ МЭИ, Дж. Ш. Тошев, М.М. Вохидов М.М. ТТУ им. акад. М.С. Осими. Управление качеством электрической энергии в Электроэнергетической системе Республики Таджикистан. // Пятая международная научно-практическая конференция Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ (част 1) Душанбе, 2011г.- С. 103-106.
3. Х.Б. Назиров. В.Н. Тульский. Оценка электромагнитной совместимости в электрических сетях 0,38-500 кВ Республики Таджикистан. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Восемнадцатая международная научно - техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов, том 4. М.: Издательский дом МЭИ, 2012 г., с. 371.
4. В. Н. Тульский, И. И Карташев, Н. М. Кузнецов, М. Г. Симуткин, Х. Б. Назииров. Управление качеством электроэнергии в электрических сетях // Горный журнал - № 12 - 2012г. - (Находится в печати)
5. В.Н. Тульский, Х.Б. Назиров. Исследование влияние регулирования напряжение на потребление и потери электроэнергии в распределительных сетях 10-0,4 кв// Вестник Таджикского Технического университета - 2012 - №2 (18). - С. (Находится в печати)
6. Тульский В.Н., Назиров Х.Б., Додхудоев М. Д., Вохидов М. М. Моделирования электрической системы для исследования токов высших гармоник // Шестая международная научно-практическая конференция Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ Душанбе, 2012г. (Находится в печати).
7. Тульский В.Н., Назиров Х.Б., Додхудоев М. Д., Вохидов М. М. Сопоставимость уровней высших гармоник полученных на математической модели с результатами инструментального контроля в электрической системе Республики Таджикистан // Шестая международная научно-практическая конференция Перспективы применения инновационных технологий и усовершенствования технического образования в высших учебных заведениях стран СНГ Душанбе, 2012г. (Находится в печати).
Подписано в печать Заказ Тир. Печ.л.
Полиграфический центр МЭИ(ТУ)
Красноказарменная ул., д.13.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям