WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ Евгений Игоревич

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКОГО ВКЛАДА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ И СИСТЕМЫ В НЕСИНУСОИДАЛЬНОСТЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ АКТИВНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

Специальность 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва – 2008

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском энергетическом институте (техническом университете) на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий».

Научный руководитель: – доктор технических наук, профессор

Гамазин Станислав Иванович

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор

Егоров Андрей Валентинович, кандидат технических наук, доцент

Суднова Валентина Викторовна

Ведущее предприятие: – ОАО «Гипротрубопровод», г. Москва.

Защита состоится 16 мая 2008 года в аудитории № М 611 в 12 часов на заседании диссертационного совета Д.212.157.02 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 13.

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: Россия, 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., д. 14, Учёный совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

Автореферат разослан ____ апреля 2008 г.

Учёный секретарь диссертационного

совета Д.212.157.02,

кандидат технических наук, доцент Цырук С.А.

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

До настоящего времени проблема снижения искажения синусоидальности кривой напряжения остаются нерешенной, и является одной из серьезнейших научных и требующих своего решения проблем в области обеспечения потребителей электрической энергией надлежащего качества. В настоящее время происходит процесс увеличения доли чувствительной к качеству электроэнергии потребителей в общей нагрузке систем электроснабжения (СЭС) и поэтому в практике определение ЭП – виновника в искажении синусоидальности позволяет своевременно предпринять необходимые меры по снижению уровня высших гармонических составляющих в энергосистеме. Актуальность и важность темы диссертационной работа обусловлена не только научной ценностью и практической значимостью работы, но и экономической целесообразностью, предполагающей максимально заинтересовать нелинейного потребителя в проведении различных мероприятий по снижению уровня высших гармонических составляющих. Степень научной разработанности проблемы показывает, что методы исследования качества электроэнергии и расчета ФВП в несинусоидальность напряжения достаточно полно освещены в работах ряда отечественных и зарубежных ученых – Бушуевой О.А., Гамазина С.И., Жежеленко. И.В., Железко Ю.С. Иванова В.С., Карташова И.И., Кужекова С.Л., Соколова В.И., Черепанова В.В., Шевченко В.В., Шидловского А.К., Арланга Дж., Бредли Д.,Yang Hong-Geng, Huddart K.W., Brewer G.L., Aly A., Dugan R.S., M. Mc. Granadham и других. Однако, используемые в этих работах способы представления ФВП носят достаточно общий характер и лишь частично отражают многообразие вклада нелинейных электроприемников. В частности, в недостаточной мере специфических условий процесса электролиза цинковых растворов.

Актуальность работы подтверждается постановлением Правительства РФ № 1019 от 13.08.97 г «О временном порядке сертификации электроэнергии по ее качеству» и совместной с кафедрой ЭПП СКГМИ(ГТУ) работой по гранту президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых ученых МК-1324, 2007.8.

Целью диссертационной работы является разработка методики определения фактических вкладов нелинейных потребителей и системы в несинусоидальность напряжения в точке их общего присоединения (ТОП) на основе активных экспериментов.

Поставленная в диссертационной работе цель достигается последовательным решением ряда задач включающих:

  1. анализ существующих методов определения фактических вкладов нелинейных потребителей в несинусоидальность напряжения;
  2. составление эквивалентной схемы замещения электрической системы и нелинейных потребителей;
  3. разработка математической модели определения ФВП и ФВС в несинусоидальность напряжения;
  4. разработка методики экспериментальных исследований ВГ в электрических системах промышленных предприятий на основе современных измерительных комплексов;
  5. определение ФВП и ФВС в несинусоидальность напряжения на основе активных экспериментов (оперативных переключений в электрических сетях промышленных предприятий).

Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Результаты анализа существующих методик определения фактических вкладов нелинейных потребителей в несинусоидальность напряжения;
  2. Методика и результаты исследования коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения при электролизе цинковых растворов;
  3. Эквивалентная схема замещения электрической системы и нелинейных потребителей;
  4. Математическая модель определения ФВП и ФВС в несинусоидальность напряжения;
  5. Методика инструментального экспериментального определения и оценка погрешности ФВП и ФВС в несинусоидальность напряжения при электролизе цинковых растворов на основе активных экспериментов, включающих:

а) включение-отключение батарей статических конденсаторов (БСК);

б) переключение ступеней регулирования напряжения силовых трансформаторов с РПН;

в) включение-отключение силовых трансформаторов на параллельную работу.

Объектом исследования являются нелинейные потребители – вентильные преобразователи, используемые при электролизном процессе получения цинка и вносящие существенный вклад в несинусоидальность напряжения.

Основные методы научных исследований. Для решения поставленных задач использованы теоретические основы электротехники, теория электрических цепей, математическая статистика, натурные эксперименты на действующих объектах с использованием современных измерительных комплексов типа ПКК-57 и AR-5.

Достоверность и обоснованность научных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается:

    1. корректным использованием методов преобразования электрических цепей и математической статистики;
    2. использованием измерительных комплексов с классом точности 1;
    3. хорошим совпадением результатов активных экспериментов и аналитических расчетов ФВП и ФВС в несинусоидальность напряжения. Относительная погрешность измерений для сложных СЭС промышленных предприятий не превышает 7%.

Научная новизна и ценность работы определяются следующими результатами работы:

  1. Проведено обобщение и анализ существующих методов расчета ФВП и ФВС в несинусоидальность напряжения;
  2. Предложена уточненная схема замещения вида: «Электрическая система –ТОП – нелинейный потребитель»;
  3. Разработана адекватная математическая модель расчета результирующего сопротивления ZРЕЗ, ФВП и ФВС для ВГ в несинусоидальном напряжении;
  4. Разработана методика определения ФВП и ФВС в несинусоидальность напряжения на основе активных экспериментов в СЭС;
  5. Выполнена оценка относительной погрешности определения ФВП и ФВС на основе экспериментальных данных и аналитических расчетов.

Практическая значимость работы.

  1. Предложена методика экспериментальных исследований ВГ в СЭС промышленных предприятий с использованием приборов комплексного контроля ПКЭ типа ПКК-57 и AR-5;
  2. Проведен количественный и спектральный анализ фактического вклада 6-и и 12-и фазных вентильных преобразователей при электролизе цинковых растворов на одном из крупнейших предприятий цветной металлургии РФ;
  3. Определены коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения кнс в различных ТОП СЭС, источники ВГ, для которых КU > 5% и разработаны рекомендации по их снижению до значений регламентируемых ГОСТ-13109-97;
  4. Разработана инженерная методика проведения активных экспериментов для определения ФВП и ФВС в несинусоидальность напряжения;
  5. Определены, как граничные условия, минимально-допустимые значения отклонения параметров СЭС при проведении активных экспериментов, обеспечивающих относительную ошибку расчета ФВП и ФВС в пределах 7%;
  6. Предложен алгоритм аналитического расчета ВГ напряжения по адекватной схеме замещения СЭС, используемого при оценке погрешности результатов активного эксперимента;

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены на заводах «Электроцинк», «Победит», в учебный процесс для студентов энергетических специальностей по курсу «Качество электроэнергии» и «Электроснабжение».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и ее отдельных частей докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях «Качество электроэнергии» (г. Владикавказ, 2007), на 10-й и 11-й международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов МЭИ (ТУ) «Радиоэлектроника, электротехника, энергетика» (г. Москва, 2004, 2005 гг.), на международной научной конференции «Теория операторов. Комплексный анализ и математическое моделирование» (г. Волгодонск, 2007).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, содержит 168 страниц основного текста, списка использованной литературы из 100 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и основные задачи исследований. Показаны научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту, сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе приведены основные теоретические положения возникновения высших гармонических (ВГ) в различных режимах работы электрических цепей. Периодические несинусоидальные напряжения возникают в электрических цепях, когда источник ЭДС (источник тока) дает несинусоидальную ЭДС (ток) или когда имеются нелинейные элементы.

Нелинейные нагрузки большой мощности у промышленно- производственных потребителей – это, прежде всего неуправляемые и управляемые выпрямители различного применения.

Во второй главе разработана методика экспериментального исследования, анализа и расчёта несинусоидальности напряжения.

Объект исследования : ОАО «Электроцинк» г. Владикавказ - предприятие с большим удельным весом нелинейных нагрузок (около 70%). Главной причиной искажений напряжения на ОАО «Электроцинк» являются мощные вентильные преобразователи, обеспечивающие электролиз цинковых растворов.

Однолинейная схема электроснабжения вентильных преобразователей, питаемых от ГПП «Э-2» приведена на рисунке 1. Экспериментальные исследования несинусоидальности напряжения проводились на базе электролитного цеха завода «Электроцинк».

Питание электролизных ванн осуществляется от группы вентильных кремниевых преобразователей с 6-ю и 12-ю фазными схемами выпрямления, подключенных к разным секциям шин ГПП 6 кВ через собственные трансформаторы 6/0,85 кВ.

Исследование ВГ и показателей качества электроэнергии проводилось с использованием приборов комплексного контроля ПКК-57 и АR-5, подключаемых к вторичным цепям токов и напряжений фидеров 6 кВ, отходящих в электролитный цех от ГПП 110/6 кВ.

Математическая обработка результатов исследования по представительным выборкам (M >30) коэффициентов n-ой гармонической составляющей напряжений {kU(n)} и токов {kI(n)} проводилась с использованием программы MathCAD 11 «Статистическая обработка экспериментальных данных».

Расчет коэффициентов n-ой гармонической составляющей межфазных напряжений проводился по формуле:

(1)

где – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения;

– действующее значение напряжения основной частоты.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой межфазных напряжений определялся по выражению:

(2)

где n – порядок гармонической составляющей напряжения;

N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжений.

С помощью прибора ПКК-57 проведены измерения электрических параметров и коэффициентов искажения синусоидальности кривых токов и напряжений вентильных преобразователей.

В качестве примера ниже приведены результаты экспериментального исследования ВГ, проведенного на вентильном преобразователе ВК-11 типа ВАКВ2-12500/850 (номинальный выпрямленный ток 12500 А, номинальная мощность 10625 кВт, напряжение выпрямленного тока 850 В, =98,2%, cos=0,95) с 12-и фазной схемой выпрямления, подключенного к трансформатору типа ТМПВ-6200/10, мощностью 6200 кВА и 17-и ступенчатой системой регулирования нагрузки от 0 до 364 А. Рабочий диапазон токов 280-300 А.

Осциллограммы междуфазных напряжений и приведены на рисунке 2.

На базе математического аппарата программы MathCAD по представительным выборкам kU(n) получены статистические оценки и доверительные интервалы при уровне значимости =0,05 коэффициентов 11-й и 13-й гармонической составляющей напряжения kU(11) и kU(13), приведенные в таблице 1.

Таблица 1. Численные характеристики выборки {kU(n)} (в % от 1-ой гармоники) ВК

kU(n), %

Ср.зн.

m2

SD

SD2

m3

m4

V

g1

g2

G1

G2

SG1

SG2

Доверительный интервал для оценки

ср. знач.

дисперсии

Pages:     || 2 | 3 |






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