WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     |
|

На правах рукописи

Михеев Павел Александрович

ПРОДОЛЬНОЕ И ПОПЕРЕЧНОЕ ТОКООГРАНИЧЕНИЕ

В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ С ПОМОЩЬЮ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ

Специальность 05.14.02 Электростанции

и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Новосибирск - 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении

высшего профессионального образования

«Новосибирский государственный технический университет»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Манусов Вадим Зиновьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Целебровский Юрий Викторович

кандидат технических наук, доцент

Емельянов Николай Иванович

Ведущая организация:

Институт систем энергетики

им. Л.А. Мелентьева СО РАН г. Иркутск.

Защита состоится: «27» ноября 2008 г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.173.01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, Новосибирск-92, пр. Карла Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан « » октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Тимофеев И.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Уровень развития энергетической отрасли в большей степени отражает ситуацию в любой развитой стране. В свете поставленных руководством страны задач по удвоению валового внутреннего продукта к 2010 году вопрос о развитии энергетической отрасли занимает одно из ведущих мест в стратегии Российской Федерации. Для достижения энергетической отраслью качественных и количественных показателей, соответствующих возложенным на неё требованиям, необходимо постоянно совершенствовать техническую и теоретическую базы, применять новые технологии.

Проблема координации токов короткого замыкания (КЗ) является чрезвычайно важной в любой электроэнергетической системе (ЭЭС), так как уровень КЗ определяет требование при выборе оборудования, а, следовательно, определяет экономичность и надёжность ЭЭС. Координация токов КЗ осуществляется как путём применения различных токоограничивающих устройств (ТОУ) в фазах электрических сетей – продольное токоограничение, так и изменением связи нейтральной точки электрической сети с заземляющим устройством (режима нейтрали электрической сети) – поперечное токоограничение. Имеется необходимость использования в ЭЭС современных устройств, выполняющих не только возложенную на них функцию, но и органично сочетающиеся с другими элементами ЭЭС, а также позволяющими при их использовании получать положительный эффект, не связанный с основным назначением устройства. В настоящей работе рассматриваются возможности применения устройств, способных быстро изменять своё сопротивление, – сверхпроводниковых ограничителей токов (СОТ) в процессах продольного и поперечного токоограничения в ЭЭС.

Основной целью настоящего исследования является анализ последствий применения СОТ в различных областях ЭЭС с технической и экономической точек зрения.

Для достижения основной цели исследования поставлены и решены следующие задачи:

  • разработка математической модели электромагнитного переходного процесса при наличии в сети СОТ;
  • определение влияния СОТ на электромеханические переходные процессы в ЭЭС;
  • выявление мест и областей целесообразного применения СОТ в фазах и нейтралях ЭЭС;
  • формирование требований к параметрам СОТ с учётом различных факторов;
  • оценка экономической эффективности и целесообразности применения СОТ в ЭЭС.

Объектом исследования являются сверхпроводниковые ограничители токов различных типов и их параметры (быстродействие, сопротивления в различных режимах работы).

Предметом исследования являются стационарные режимы, а также электромагнитные и электромеханические переходные процессы в ЭЭС при использовании в них СОТ.

Методика исследований предусматривает комплексный анализ существующей практики применения различных мер токоограничения в ЭЭС, а также режимов нейтрали электрических сетей различных классов напряжения.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  • построена математическая модель, позволяющая описывать электромагнитные процессы при токоограничении с помощью СОТ в произвольный момент времени при учёте инерционности устройства;
  • оценено влияние применения СОТ на электромеханические переходные процессы в ЭЭС, показывающее воздействие установленного СОТ на статическую и динамическую устойчивость электрической системы;
  • предложен комплексный критерий к параметрам СОТ, отражающий влияние устройства на различные аспекты процесса электроснабжения;
  • показаны эффекты, получаемые при применении СОТ в нейтралях электрических систем среднего напряжения;
  • оценены экономически эффективная и экономически целесообразная стоимости СОТ заданных параметров в ценах 2007 года.

Практическая значимость результатов работы. Проведённый комплексный анализ позволил:

  • выявить влияние СОТ на электромагнитные и электромеханические переходные процессы;
  • сформировать комплексное требование к параметрам СОТ с выделением исключительных случаев использования данных устройств;
  • рассмотреть применение СОТ в электрических сетях различного назначения, таких как собственные нужды (СН) электрических станций (ЭС), генераторные распределительные устройства (ГРУ) электрических станций, мощные узловые подстанции, системы электроснабжения (СЭС) промышленных предприятий;
  • оценить возможность применения СОТ в нейтралях электрических сетей различных классов напряжения;
  • провести технико-экономическое обоснование применения СОТ в ЭЭС.

Достоверность результатов работы основывается на:

  • достаточно полном анализе отечественной и зарубежной практики разработки СОТ различных типов и параметров;
  • математически корректном решении дифференциальных уравнений электромагнитного переходного процесса при удалённых и неудалённых КЗ в условиях предложенной модели СОТ;
  • сопоставлении результатов вычислительных экспериментов, полученных при применении предложенной модели СОТ мгновенных значений токов, а также теплового действия тока при токоограничении с осциллограммами, полученными с использованием полупромышленных образцов СОТ;
  • подробном рассмотрении применяемых в настоящее время методов токоограничения в ЭЭС, а также режимов нейтрали электрических сетей различных классов напряжения;
  • применении существующих нормативных документов, устанавливающих порядок покупки потерь электроэнергии и мощности генерирующими, энергосбытовыми и сетевыми компаниями на оптовом рынке электроэнергии и мощности переходного периода (ОРЭМ);
  • фактических ценах на электрическую энергию, мощность и электрическое оборудование по состоянию на 2007 год.

Апробация результатов работы. Отдельные результаты исследования обсуждались на: всероссийской научной конференции молодых учёных “Наука. Технологии. Инновации” в г. Новосибирске (НГТУ) 2 – 5 декабря 2004 года; международной научной конференции “Fizika-2005” в г. Баку 7 – 9 июня 2005 года; международной корейско-российской научной конференции “Korus-2005” в г. Новосибирске (НГТУ) 26 июня – 2 июля 2005 года; всероссийской научной конференции молодых учёных “Наука. Технологии. Инновации” в г. Новосибирске (НГТУ) 8 – 11 декабря 2005 года; международной научной конференции “TPE-2006” в г. Анкара 29 – 31 мая 2006 года; всероссийской научно-технической конференции “Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования” в г. Томске (ТПУ) 17 – 19 мая 2006 года; всероссийской научной конференции молодых учёных “Наука. Технологии. Инновации” в г. Новосибирске (НГТУ) 7 – 10 декабря 2006 года; всероссийской научно-технической конференции “Энергетика: экология, надёжность, безопасность” в г. Томске (ТПУ) 6 – 8 декабря 2006 года; межрегиональной научно-технической конференции студентов и аспирантов “Информационные технологии, энергетика и экономика” в г. Смоленске 12 – 13 апреля 2007 года; всероссийской научной конференции молодых учёных “Наука. Технологии. Инновации” в г. Новосибирске (НГТУ) 6 – 9 декабря 2007 года; всероссийской научно-технической конференции “Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования” в г. Томске (ТПУ) 12 – 14 мая 2008 года; третьем международном научном форуме по стратегическим технологиям “IFOST-2008” в г. Новосибирске (НГТУ) и г. Томске (ТПУ) 23 – 29 июня 2008 года.

Диссертационная работа представлялась на 80-м заседании международного научного семинара им. Ю.Н. Руденко “Методические вопросы исследования надёжности больших систем энергетики” в г. Иркутске (ИСЭМ СО РАН) 6 – 11 июля 2008 года.

Публикации. Всего опубликованных по теме диссертации 15 работ, из них 4 научных статьи, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК РФ; 11 публикаций в материалах международных и всероссийских конференций.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит формализация поставленных задач, разработка математических моделей и методов, реализация алгоритмов в программно-вычислительных комплексах, обобщение и анализ результатов.

Основные положения, выносимые на защиту:

  • математическая модель СОТ, позволяющая моделировать инерционность изменения сопротивления устройства при электромагнитном переходном процессе;
  • анализ влияния использования СОТ на электромеханические переходные процессы при различных параметрах устройств и структуре сети;
  • комплексный критерий к параметрам СОТ и местам их установки в целях одновременного удовлетворения условиям успешного токоограничения, устойчивости питаемой нагрузки и уровня потерь напряжения в нормальном режиме работы;
  • изменение схем нормального режима сетей СН ЭС и ЭС с ГРУ, подстанций и промышленных предприятий в результате применения СОТ;
  • анализ нормальных и аварийных режимов работы при различных схемах включения СОТ в нейтраль электрической сети;
  • обоснование экономически эффективной и экономически целесообразной стоимости СОТ в актуальных ценах.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка использованных источников, включающего 118 наименований и приложения. Объём работы составляет 198 страниц основного текста, включая 94 рисунка и 11 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена общая характеристика диссертационной работы, показана ее актуальность, сформулированы цели и задачи исследования, отражена научная новизна, практическая ценность и теоретическая значимость работы, связанная с необходимостью использования в электрических системах устройств ограничения токов КЗ и устройств компенсации емкостного тока замыкания на землю, также представлена структура работы.

В первой главе приведены основные этапы развития исследований в области сверхпроводимости (с описанием важности перехода к высокотемпературной стадии данного явления), а также применения данного явления в различных областях электроэнергетики. Сделано описание современных российских и зарубежных разработок устройств с использованием сверхпроводимости: кабелей, двигателей, генераторов, индуктивных накопителей электрической энергии с указанием технических параметров и достигаемых эффектов. Приводится детальный обзор существующих в настоящее время типов СОТ: резистивного, трансформаторного, выпрямительного и индуктивного, также приводится перечень их основных параметров.

Применению в ЭЭС устройств с использованием явления сверхпроводимости (в том числе и СОТ) посвящены работы И.В. Якимца, К.В. Илюшина, Л.К. Ковелёва, А.Н. Киселёва, В.З. Манусова, А.В. Лоскутова.

Далее сделан обзор основных применяемых в настоящее время методов продольного токоограничения, таких как различные схемные решения, автоматическое и стационарное деления сети, использования трансформаторов и автотрансформаторов с расщеплёнными обмотками низкого напряжения, а также применения различных типов токоограничивающих устройств. Существенный вклад в решение проблем продольного токоограничения, а также сопутствующих этому процессов внесли Б.Н. Неклепаев, В.А. Веников, П.С. Жданов, С.А. Ульянов, В.А. Шунтов.

Pages:     |
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.