WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Хасан Альван Хуссаин РАЗРАБОТКА РЕГУЛИРУЕМОГО ИСТОЧНИКА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ИРАКА Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иваново – 2009

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ивановский государственный энергетический университет имении В. И. Ленина» (ИГЭУ).

Научный руководитель – кандидат технических наук, профессор Бушуева Ольга Александровна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Курнышев Борис Сергеевич кандидат технических наук, профессор Белов Владимир Павлович Ведущая организация ГОУВПО «Московский энергетический институт» (технический университет)

Защита диссертации состоится «11» декабря 2009 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 212.064.02 при ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина» по адресу:

150003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, 34, корпус «Б», ауд.237.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 150003, г. Иваново, ул. Рабфаковская, д. 34, Ученый совет ИГЭУ. Тел.: (4932) 38-57-12, факс (4932) 38-57-01.

E-mail: uch_sovet@ispu.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГЭУ, с авторефератом можно ознакомиться на сайте ИГЭУ www.ispu.ru

Автореферат разослан «10 » ноября 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета В. В. Тютиков 2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одними из основных вопросов, решаемых при проектировании и эксплуатации систем электроснабжения промышленных предприятий, являются вопросы компенсации реактивной мощности: выбор типа, мощности, места установки и режима работы компенсирующего устройства (КУ).

Компенсация реактивной мощности позволяет:

1. Обеспечивать баланс реактивной мощности в электрической сети предприятия.

2. Снижать потери мощности и электроэнергии в системе электроснабжения.

3. Улучшать показатели качества электроэнергии в системе электроснабжения промышленного предприятия.

Вопросы компенсации реактивной мощности актуальны для электрических сетей всех напряжений, как в России, так и в других странах. Эти вопросы актуальны и для систем электроснабжения промышленных предприятий Ирака, где в связи с окончанием военных действий идет интенсивное восстановление и строительство новых промышленных предприятий с использованием современных эффективных технологий и нового электрооборудования. Системы электроснабжения таких промышленных предприятий должны соответствовать требованиям к качеству электрической энергии.

В настоящее время в системах электроснабжения напряжением 380/220 В на промышленных предприятиях республики Ирак применяются только КУ на основе нерегулируемых конденсаторных батарей (КБ). Эти КУ не позволяют получить максимальный эффект от компенсации реактивной мощности при наличии потребителей электроэнергии с переменной нагрузкой, поэтому необходимо применять быстродействующие регулируемые источники реактивной мощности (ИРМ).

Таким образом, весьма актуальной представляется задача разработки регулируемого источника реактивной мощности (РИРМ), создания его математической и компьютерной моделей, позволяющих проводить исследования режимов работа источника реактивной мощности при различных режимах нагрузки промышленного предприятия.

Целью диссертационной работы является разработка регулируемого источника реактивной мощности для систем электроснабжения промышленных предприятий напряжением до 1 кВ и исследование режимов его работы.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

• проведен анализ существующих способов и средств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий.

• проведена сравнительная оценка источников реактивной мощности с различными системами управления, применяемых в системах электроснабжения промышленных предприятий.

• выбрана схема источника реактивной мощности с тиристорами и регулируемыми реакторами для систем электроснабжения промышленных предприятий напряжением ниже 1 кВ.

• разработаны математическая и компьютерная модели регулируемого источника реактивной мощности с использованием средств Matlab, Simulink, sim power Sуstems для исследования его режимов работы в системах электроснабжения с изменяющейся нагрузкой.

• разработана цифровая система управления (ЦСУ) источника реактивной мощности с использованием программного комплекса NI Multisim 10, позволяющей обеспечивать плавное регулирование реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий с переменной нагрузкой.

• проведены исследования режимов работы источника реактивной мощности.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы, принятые в теории электрических цепей, электротехники, применялись теоретическое и математическое имитационное моделирование с использованием функций Мatlab, систем Simulink и NI Multisim 10.

Достоверность результатов работы подтверждается:

- корректностью выполненных расчетов на основе фундаментальных положений теоретических основ электротехники;

- использованием средств Matlab, Simulink, sim power Sуstems для моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана модель источника реактивной мощности с применением средств Мatlab, Simulink, sim power Sуstems, позволяющая исследовать различные режимы источника реактивной мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий.

2. Разработаны структурная схема и модель цифровой системы управления источника реактивной мощности с использованием программного комплекса NI Multisim 10, обеспечивающие быстродействующую компенсацию реактивной мощности нагрузки и улучшение показателей качества электроэнергии в системах электроснабжения промышленных предприятий.

Практическая значимость работы.

1. Получены регулировочные характеристики ИРМ, позволяющие анализировать спектральный состав токов и напряжений и намечать мероприятия по исключению резонансных явлений в системе электроснабжения промышленного предприятия.

2. Даны рекомендации по настройке цифровой системы управления ИРМ, обеспечивающей быстродействие и изменение его реактивной мощности при различных режимах нагрузки промышленного предприятия.

Область применения результатов работы.

Разработанные модели РИРМ с ЦСУ для систем электроснабжения промышленных предприятий могут быть использованы в организациях, занимающихся разработкой РИРМ с целью выбора их состава и параметров.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• международная научно – техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии», ХIII Бенардосовские чтения, Иваново: ИГЭУ, 2006 г.

• международная научно – техническая конференция студентов и аспирантов, (Радиоэлектроника электротехника и энергетика), Москва: МЭИ (ТУ), 2007г.

• международная научно-техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии», XIV Бенардосовские чтения, Иваново: ИГЭУ, 2007 г.

• II–я молодежная международная научная конференция «Тинчуриские чтения», Казань: КГЭУ, 2007 г.

• международная научно – техническая конференция «Состояние и перспективы развития электротехнологии», XV Бенардосовские чтения, Иваново: ИГЭУ, 2009 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе три – в издании, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, глав, заключения, библиографического списка использованной литературы из наименований и трех приложений. Работа изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 74 рисунка и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана важность задачи компенсации реактивной мощности в цеховых сетях промышленных предприятий республики Ирак. Обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы цели, задачи исследований и дана общая характеристика работы.

Первая глава посвящена подробному анализу современного социально – экономического состояния Ирака, а также состоянию и перспективам развития электроэнергетики страны.

Проведен анализ существующих и перспективных способов и средств регулирования напряжения в сетях промышленных предприятий и предложена их классификация.

Рассмотрены основные показатели качества электрической энергии с учетом различных факторов, обусловленных режимами работы, как системы электроснабжения, так и нагрузки.

Проведена оценка эффективности работы различных компенсирующих устройств. Показано, что наиболее целесообразно регулирование напряжения осуществлять за счет изменения потоков реактивной мощности КУ.

Проведен анализ схем ИРМ (рис. 1–6), используемых в системах электроснабжения промышленных предприятий. Рассмотрены достоинства и недостатки каждой из них.

Показано, что схемы с конденсаторными батареями имеют существенные преимущества, поэтому эти схемы используются в качестве основных ИРМ как в сетях с напряжением 380/220 В, так и в сетях с напряжением 6 – 10 кВ.

Проведена оценка эффективности регулирования напряжения с использованием КБ, которые снижают потери мощности и энергии в сети за счет изменения потоков реактивной мощности. Потери мощности в сети промышленного предприятия определяются по выражению:

PЭ 2 QЭ, P = +.RЭ = Ра + РР U U где Pa – потери активной мощности, обусловленные активной нагрузкой, Pp – потери активной мощности, обусловленные реактивной нагрузкой, RЭ эквивалентное активное сопротивление сети, PЭ,QЭ,U - параметры режима (эквивалентные электрические нагрузки и напряжение сети ).

Расчетами установлено, что потери электрической энергии от перетоков реактивной нагрузки соизмеримы с потерями от чисто активной нагрузки.

Применение на промышленных предприятиях для компенсации реактивной мощности схем с КБ уменьшит составляющую РР за счет изменения QЭ на (QЭ - QКУ ), где QKУ – мощность КБ.

В работе рассмотрены особенности схем КУ на основе КБ.

Базовой для всех схем является нерегулируемая КУ (рис. 1), в которой конденсаторы соединены по схеме треугольника (реже в звезду) и постоянно подключены на шины РП или ТП. Это КУ является самым простым, потери мощности в нем минимальны, поскольку определяются только потерями в P = 2. f. CКБU tg конденсаторах:, где tg – тангенс угла потерь в НОМ конденсаторах, равный относительной величине удельных потерь в конденсаторе, Вт/квар. Однако потери мощности P в электрической сети промышленного предприятия при такой схеме КУ – максимальны.

Особенностью схемы рис. 2 является изменение мощности КБ за счет переключения конденсаторов с «треугольника» на «звезду». Схема при соединении конденсаторов в треугольник позволяет получить мощность QКУ.MAX, а при соединением конденсаторов в звезду – QKY.min (в три раза меньше QКУ.MAX ). Эта схема проста, но имеет большое качество коммутационной аппаратуры (контакторы или тиристорные ключи), и процесс коммутации сложен.

При больших мощностях нагрузок и их неравномерном графике используют КУ с регулированием реактивной мощности за счет переключения конденсаторов ступенями (рис. 3). Чем больше число ступеней регулирования у такого компенсирующего устройства, тем выше его эффективность, но усложняется система управления. На практике у таких КУ число ступеней не превышает трех.

Схема рис. 4 представляет схему одного из вариантов статического тиристорного компенсатора (СТК) с регулируемой индуктивностью (реактором).

За счет использования тиристоров, включенных последовательно с реактором, реактивная мощность QL плавно изменяется, а генерируемая мощность (емкостная) не регулируется. Недостатком этой схемы также является генерация в сеть промышленного предприятия токов высших гармоник от тиристоров.

Анализ схемы рис. 5 показал, что схема позволяет осуществлять достаточно плавное регулирование реактивной мощности при относительно малой мощности QKY реактора QL и, следовательно, потери энергии в нем небольшие ( QL =, где N– 2N число ступеней регулирования). В этой схеме возможны два принципиально разных режима работы КУ. В первом режиме регулирование КБ осуществляется ступенями, а мощность реактора L равна половине мощности ступени конденсаторов. Во втором режиме мощность реакторов L равна мощности одной ступени конденсаторов и изменяется с помощью тиристорного регулятора VS. В этой схеме обеспечивается плавное регулирование реактивной мощности, необходимое быстродействие, а так же мощность реакторов в N раз меньше значения высших гармоник тока генерируемых тиристорами.

Проведенные исследования показали, что схема рис. 6. имеет три ступени регулирования C1=C2=C3, в каждой из которых конденсаторы соединены в треугольник и подключаются к трехфазной сети через токоограничивающие реакторы Lo и тиристорные ключи VS1. Тиристорные ключи VS1 располагаются только в двух фазах, что позволяет уменьшить потери мощности в устройстве коммутации КБ на одну треть. В этом заключается первое отличие схемы (РИРИ) от других схем.

Вторая особенность схемы РИРМ заключается в том, что реакторы L с последовательно включенными тиристорными регуляторами VS2 соединены по схеме треугольника и служат для уменьшения токов высших гармоник.

Мощность реакторов L в этой схеме равна мощность одной ступени БК, принятой 25 квар. Третья особенность заключается в законе регулирования реактивной мощности. Регулирование производится небольшими ступенями, переключение которых осуществляет цифровая система управления. За счет изменения угла открытия тиристорного регулятора VS2 можно получить 4 ступени реактивной мощности, потребляемой реакторами, 25, 50, 75, 100 %. Поэтому для моделирования источника реактивной мощности выбрана эта схема, которая имеет название «регулируемый источник реактивной мощности» (РИРМ).

В работе проведено сравнение всех схем источников реактивной мощности, имеющих в своем составе КБ, по ряду параметров, в том числе и по коэффициенту эффективности. Лучшие показатели имеет схема рис. 6.

Pages:     || 2 | 3 |






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