Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Компенсація реактивної потужності

Скачати 226.35 Kb.

Компенсація реактивної потужності




Скачати 226.35 Kb.
Дата конвертації25.04.2017
Розмір226.35 Kb.

ДЕВІЗ:”КОМПЕНСАЦІЯ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ”


СИСТЕМА УПРАВЛІННЯ КОМПЕНСАТОРОМ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ НА БАЗІ ТРАНЗИСТОРНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА З ПІДВИЩЕНИМИ РЕГУЛЬОВАНИМИ ВЛАСТИВОСТЯМИ КОЕФІЦІЄНТУ ПОТУЖНОСТІ

АНОТАЦІЯ

наукової роботи

з девізом «Компенсація реактивної потужності»
Актуальність роботи.

Коефіціє́нт поту́жності - безрозмірна фізична величина, що характеризує споживача змінного електричного струму з точки зору наявності в навантаженні реактивної складової. Коефіцієнт потужності показує, наскільки зсувається по фазі змінний струм, що протікає через навантаження, щодо прикладеного до нього напруги.

Аналіз систем компенсації реактивної потужності показав, що сучасні комплекси для компенсації реактивної потужності характеризується низькою ефективністю керування струмом компенсації. Існуючі системи включають в себе систему управління, систему вимірювання та систему керування.

Система керування, також Система управління (англ. control system) - систематизований набір засобів впливу на підконтрольний об'єкт для досягнення цим об'єктом певної мети. Об'єктом системи керування можуть бути як технічні об'єкти так і люди.
В сучасних системах з дискретним регулювання еквівалента ємності знижується споживання реактивної потужності, але можуть виникати режими недокомпенсації або перекомпенсації. Тому більшу увагу приділяють системам плавним регулюванням еквівалента ємності конденсаторної батареї.

Для дослідження режимів роботи в трифазній системі електропостачання розробилася модель трифазної системи компенсації, в якій знаходиться система електропостачання, вимірювальна система та система компенсації та споживач електричної енергій. В результаті проведених досліджень побудували графіки споживання активної та реактивної потужностей та струм споживача електричної енергії.

Вимі́рювальна систе́ма - різновид інформаційно-вимірювальної системи у вигляді сукупності вимірювальних каналів, вимірювальних пристроїв та інших технічних засобів, об'єднаних для створення сигналів вимірювальної інформації про декілька вимірюваних фізичних величин.
Електрична ене́ргія, або електроенергія - вид енергії, що існує у вигляді потенціальної енергії електричного й магнітного полів та енергії електричного струму. Завдяки зручній технології виробництва, розподілу й споживання, електрична енергія займає чільне місце серед інших видів енергії, що їх споживає людство.

Техніко-економічні розрахунки показників ефективності системи компенсації показали, що при застосуванні даної системи призводить до зменшення втрат як активної так і реактивної потужності, зменшується струм, що проходить по лініям електропередач.



Мета роботи і задачі дослідження.

Розробка системи управління компенсації реактивної потужності на базі транзисторного перетворювача за допомогою плавного регулювання еквівалента ємності конденсаторної батареї.



Об'єкт дослідження.

Процеси розподілу активної та реактивної енергії між підстанцією та навантаженням підприємства.



Предмет дослідження.

Структури та алгоритми компенсації реактивної потужності, сучасні методи компенсації на основі терристорних перетворювачів, що забезпечують плавне регулювання компенсацією, зменшенню втрат потужності та забезпечують належну якість електроенергії.



Методи досліджень.

У робі використовуються математичні методи аналізу електричних кіл, теорія електричних машин, загальна теорія електричних кіл, загальні методи розрахунку перетворювальної техніки.

Електр́ична маш́ина - електромеханічний пристрій для перетворення механічної енергії на електричну чи електричної на механічну, або електричної енергії одного роду чи з одними параметрами на електричну енергію іншого роду або з іншими параметрами.



Основні наукові та практичні результати, їх значення.

Результати моделювання системи компенсації реактивної потужності показали, що розроблена структура моделі системи компенсації на базі транзисторного перетворювача плавно регулює значенням еквіваленту ємності конденсаторної батареї в системі електропостачання не виникають режими недокомпенсації та перекомпенсації, але в мережі з’являються пульсації струмів та спотворення форми кривої напруги, тому крім установки системи компенсації необхідно встановлювати фільтри налаштовані на резонансну частоту модуляції системи компенсації.



Загальна характеристика наукової роботи:

Наукова ідея полягає у аналізі численного сучасного устаткування промислових і комерційних технологій з метою розробки функціональної схеми системи компенсації на базі транзисторного перетворювача. Впровадження результатів НДР на енергоємних виробництвах призведе до зменшення витрат на енергоспоживання інфраструктурою підприємства. У результаті виконання НДР розроблена структура моделі системи компенсації реактивної потужності на базі транзисторного перетворювача.

КОМПЕНСАЦІЯ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ, РЕАКТОР, КОНДЕНСАТОРНА БАТАРЕЯ, ТЕРРИСТОРНИЙ ПЕРЕТВОРЮВАЧ,

НЕСИМЕТРІЯ НАПРУГ, ЯКІСТЬ ЕНЕРГІЇ, КОЕФІЦІЄНТ ПОТУЖНОСТІ.




ДОВІДКА

Про ступінь самостійності студентської роботи

Робота виконана автором самостійно. З боку керівника здійснювалось загальне керівництво та редагування друкованого матеріалу.


ЗМІСТ


ВСТУП 6

АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД 8

ДОСЛІДНИЦЬКА ЧАСТИНА 10

ВИСНОВКИ 20

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ 22

ВСТУП


Всі індукційні (електромагнітні) машини та пристрої, що працюють у складі систем змінного струму, перетворюють електричну енергію, яка постачається від генераторів енергосистеми, в механічну роботу та тепло.
Змі́нний струм - електричний струм, сила якого періодично змінюється з часом.
Енергія, яка вимірюється лічильниками кіловат-година і називається «активною» перетворюється в корисний вид енергії. Для здійснення такого перетворення необхідне утворення магнітних полів в машинах, і ці поля пов'язані з іншою формою енергії – «реактивною» або «безватною» енергією, яка забезпечується енергосистемою або іншими додатковими джерелами.

У ланцюгах змінного струму відбувається зрушення фаз між напругою і струмом, причиною якого є струм, званий реактивним або намагнічуючим струмом. Намагнічуючий струм, необхідний для утворення змінного магнітного поля в асинхронних машинах, трансформаторах і повітряних лініях. Тому в електричних ланцюгах змінного струму разом з виробництвом, передачею і споживанням активної електричної енергії необхідно розрізняти і виробництво, передачу і споживання реактивної електричної енергії.

Магніт (або Магнет) - тіло, що має власне магнітне поле, магнітний диполь. Можливо, слово походить від дав.-гр. Μαγνῆτις λίθος (Magnētis líthos), «камінь з Магнесії» - від назви регіону Магнісія та давнього міста Магнесія в Малій Азії, де в давнину були відкриті поклади магнетиту.
Еле́ктрика (від грец. ήλεκτρον - бурштин; раніше також громови́на ) - розділ фізики, що вивчає електричні явища: взаємодію між зарядженими тілами, явища поляризації та проходження електричного струму.
Покриття потреби в реактивній енергії здійснюється перш за все за рахунок вироблення її генераторами електростанцій разом з виробленням активної енергії.

Одним з найважливіших заходів щодо економії електричної енергії є підвищення коефіцієнта потужності електричних установок промислових підприємств. Для успішного вирішення необхідне широке впровадження в промисловість конденсаторних установок для підвищення коефіцієнта потужності. Конденсаторні установки забезпечують значне зменшення втрат електроенергії, підвищення напруги і збільшення пропускної спроможності електричних мереж.

Конденса́торна устано́вка - електроустановка, що складаеться з конденсаторів, допоміжного електроустаткування (вимикачів, роз'єднувачів, розрядних резисторів, пристроїв регyлювання, захисту тощо), що належать до них, та ошиновки.
Втрати електроенергії в електромережі - це витрати електричної потужності при проходженні електричного струму через ЛЕП та електрообладнання системи електропостачання споживачів.
Електрична мережа (мережа живлення, електромережа) - взаємозв'язана мережа, призначена для постачання та розподілу електричної енергії від постачальників до кінцевих споживачів. Вона складається з генеруючих станцій, високовольтних ліній електропередач та розподільчих ліній, які доставляють енергію до розподільчих пристроїв підстанцій, ввідних пристроїв, ввідно-розподільчих пристроїв, та головних розподільчих щитів.
Простота конструкції, відсутність рухомих частин і ковзаючих контактів, а отже, і швидкозношуючих деталей, дозволяє експлуатувати конденсаторні установки економічно вельми ефективно.

Реактивна потужність характеризується затримкою (у індуктивних елементах струм по фазі відстає від напруги) між синусоїдами фаз напруги і струму мережі. Показником споживання реактивної потужності є коефіцієнт потужності, чисельно рівний косинусу кута між струмом і напругою. Коефіцієнт потужності навантаження, який може бути енергоспоживаючою одиницею устаткування або сукупністю таких одиниць (наприклад, вся система), задається відношенням активної потужності до повної потужності (P/S) в заданий момент часу.

Момент часу - точка на часовій осі. Про події, що відповідають одному моменту часу, говорять як про одночасні.
Тобто для підвищення коефіцієнту потужності системи чи установки одним із варіантів є зменшення споживання реактивної потужності, а точніше компенсація реактивної потужності. А передача реактивної потужності по всій мережі від електростанції до споживачів призводить до додаткових навантажень на устаткування електричних мереж, ростуть втрати активної потужності та знижується напруга на шинах навантаження.

Для компенсації реактивної потужності використовуються різні пристрої на основі статичних або синхронних елементів. Дія всіх компенсуючих пристроїв заснована на тому, що на ділянці ланцюга з індуктивним або ємнісним навантаженням встановлюється додаткове джерело реактивної потужності, таким чином, відбувається обмін потоками енергії між цим джерелом і пристроєм на невеликій ділянці ланцюга, не проходячи по основних мережах і, отже, не викликаючи в них негативних наслідків.

Таким чином використання конденсаторних установок для компенсації реактивної потужності дозволяє: розвантажити живлячі лінії електропередачі, трансформатори і розподільні пристрої;

Розподільний пристрій - це електричний пристрій для прийому електроенергії (від генераторів електростанції, трансформаторів, перетворювачів і ін.) і її розподілу між окремими споживачами.
Лінія електропередачі (лінія електропересилання, лінія електропередавання, ЛЕП) - один з компонентів електричної мережі призначена для передачі електричної енергії.
понизити витрати на оплату електроенергії; при використанні визначеного типу установок понизити рівень вищих гармонік; подавити мереживі перешкоди, понизити несиметрію фаз; зробити розподільні мережі надійнішими і економічнішими.


АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД


Якість електроенергії разом з надійністю електропостачання і його економічністю є однією з найважливіших вимог, що пред'являються до системи виробництва, передачі і споживання електроенергії. Інтенсифікація виробництва приводить до зростання потужності нелінійних, несиметричних і різко змінних навантажень на промислових підприємствах. Разом з цим росте число і потужність однофазних електроприладів, використовуваних побутовими споживачами. Все це зумовило істотне збільшення рівня електромагнітних перешкод в електричних мережах підприємств і енергосистем, які, розрізняючись за своєю природою, характеру зміни і інтенсивності, надають несприятливу дію на силові електроустановки, системи автоматики і телемеханіки, зв'язку і релейного захисту.
Інтенсифікáція виробн́ицтва (лат. intensio - напруження, посилення і лат. facio - роблю) – такий розвиток (процес) суспільного виробництва, що ґрунтується на найбільш повному та раціональному використанні технічних, матеріальних, природних, фінансових і трудових ресурсів на базі науково-технічного прогресу.
Електромагні́тна зава́да (електромагні́тна перешко́да) - небажане фізичне явище або вплив електричних, магнітних або електромагнітних полів, електричних струмів або напружень зовнішнього або внутрішнього джерела, яке порушує нормальну роботу технічних засобів або викликає погіршення їх технічних характеристик і параметрів.
У ряді випадків це призводить до зниження надійності електропостачання, збільшення втрат електроенергії, погіршення якості продукції, що випускається. Сучасні побутові електроприлади також сприйнятливі до зниження якості електроенергії і часто виходять з ладу при роботі від мережі з «низькоякісною» електроенергією.

Несиметрія напруги є однією з найважливіших характеристик якості електроенергії (ЯЕ), що значною мірою визначає економічність і надійність електропостачання. Характеризується вона двома показниками ЯЕ:

1) коефіцієнтом несиметрії напруги по зворотній послідовності;

2) коефіцієнтом несиметрії напруги по нульовій послідовності.

При роботі багатофазної системи в несиметричному режимі знижується пропускна спроможність елементів мережі, відбувається додатковий нагрів електричних машин, збільшуються втрати активної потужності і енергії в системах електропостачання.

В електротехніці, інформатиці та теорії інформації, пропускна спроможність - найвища верхня оцінка обсягу інформації, яка може бути надійно передана через комунікаційний канал. За теоремою Шеннона для каналів з шумами, пропускна спроможність даного каналу це гранична швидкість передачі (в одиницях інформації на одиницю часу), яка може бути досягнута з довільно малою ймовірністю похибки.
Несиметрія струмів викликає несиметрію напруги, що у свою чергу приводить до відхилень фазної і лінійної напруги мережі. Таким чином, несиметрія напруги, постійно присутня в живлячій мережі, приводить до погіршення ще одного показника ЯЕ - відхилення напруги.

Несиметричні навантаження, будучи споживачами струмів і потужності прямої послідовності, одночасно є джерелами струмів зворотної і нульової послідовності. Ці струми, протікаючи по елементах систем електропостачання, викликають в них додатково втрати напруги відповідних послідовностей. Від взаємодії струмів і напруги різних послідовностей виникають спотворюючі потоки потужності зворотного напряму

Потік потужності прямої послідовності направлений від електричних станцій до споживачів. За наявності несиметричного навантаження велика частина цього потоку споживається нею, перетвориться в інші види енергії, а інша перетвориться в потужності спотворення зворотної і нульової послідовностей, що мають протилежний напрям: від навантаження в системах електропостачання. Найбільші потужності спотворення і напруги окремих послідовностей мають місце на виходах несиметричного навантаження і по мірі віддалення від неї зменшуються.

Несиметрія напруги є найважливішою властивістю електричної енергії, оскільки робить вплив на роботу практично всіх видів електроприймачів. Вона характеризується наявністю струмів і напруги не тільки прямої, але зворотної і нульової послідовностей.



ДОСЛІДНИЦЬКА ЧАСТИНА


Низький коефіцієнт потужності при роботі пристрою є свідоцтвом додаткового завантаження мережі, збільшеного вмісту гармонік в споживаному струмі, збільшеного рівня перешкод, як на вході перетворювача, так і на його виході. Найкраще навантаження для мережі створюється при коефіцієнті потужності () рівному 1. Для мережі таке навантаження еквівалентне резистору, споживаючому, як відомо, тільки активну потужність. Коли співвідношення між миттєвою напругою мережі і струмом, що відбирається від мережі (), є постійною величиною, навантаження для мережі є аналогом резистора і коефіцієнт буде рівний 1. Як тільки це співвідношення відхилятиметься від постійного значення, це означає, що між і є фазовий зсув або в струмі містяться вищі гармоніки (ВГ). Можуть бути присутніми обидва явища — фазовий зсув і ВГ в струмі, кожне з них зробить свій вплив на зниження .

Численне сучасне устаткування промислових і комерційних технологій, використовуване в широкому діапазоні потужностей, вимагає трифазного живлення змінного струму з необхідною амплітудою і частотою. Останніми роками у зв'язку із значним прогресом в створенні швидкодіючих силових напівпровідникових приладів намітилася тенденція до створення більш довершених топологій перетворювачів змінного струму.

Напівпровідникові прилади (англ. Semiconductor devices) - електронні компоненти, що виготовляються з напівпровідникових матеріалів (таких як кремній, германій, галій та ін.) і використовують їх електронні властивості.
До таких топологій, в першу чергу, відносяться матричні і гібридні структури. Це пояснюється прагненням вирішити наступні основні завдання:

- поліпшення енергетичних показників системи (коефіцієнта потужності і ккд);

- мінімізація вищих гармонік вхідного і вихідного струмів для забезпечення вимог ЕМС по входу і виходу перетворювача;

- поліпшення габаритні показників перетворювачів за рахунок зниження величин використовуваних реактивних елементів;

- розширення потужностного діапазону перетворювачів.

Найбільш поширеною в даний час технологією перетворення змінного струму є системи з подвійним перетворенням енергії (ППЕ), що містять в своїй структурі ланка постійного струму. Ділянка постійного струму, що забезпечує накопичення енергії від первинного джерела живлення змінного струму, крім реактивних елементів (ємності, індуктивності), може містити регулятор напруги постійного струму РН (знижуючий або підвищуючий - бустер).

Джерело живлення - елемент електричного кола, в якому зосереджена електрорушійна сила.

Вхідний каскад перетворювача (випрямляч) відокремлений від вихідного каскаду (інвертора) проміжною ланкою постійного струму. Ланка постійного струму, в загальному випадку, містить місткість значної величини, призначену для згладжування пульсацій і накопичення необхідної енергії для живлення інвертора. Величина місткості визначається виходячи із забезпечення необхідних динамічних властивостей інвертора (мінімального відхилення вихідної напруги в перехідних режимах) і максимально можливих перевантажувальних здібностей перетворювача. Величина місткості накопичувальних конденсаторів при напрузі ланки постійного струму 720-800 В вибирається з розрахунку 470 -660 мкФ на кожен 1кВА вихідної потужності інвертора для забезпечення достатньої енергії живлення інвертора при скачках навантаження і провалах мережевої напруги. Таким чином, ланка постійного струму представляє для вхідного каскаду (випрямляча) місткістю характер, що впливає на спектральний склад вхідного струму системи.

Одна з сучасних структур ППЕ, використовувана в джерелах безперебійного живлення (ДБЖ) приведена на рис. 1.

Джерело́ безперебі́йного жи́влення (ДБЖ) (англ. UPS-Uninterruptible Power Supply) - автоматичний пристрій, що дозволяє підключеному обладнанню деякий (як правило - нетривалий) час працювати від акумуляторів ДБЖ, при зникненні електричного струму або при відхиленні його параметрів від допустимих норм.
На рис. 1 умовно зображено по одній стійці мостового випрямляча і мостового інвертора. Відмітною особливістю такої структури є використання некерованого випрямляча VD1, VD2 і регулятора підвищення напруги (бустера) РН-БУС, в ланці постійного струму.

Рис. 1 – Система ППЕ з бустером

Диференціальна схема бустера виконується на двох IGBT-транзисторах VT1, VT2, діодах VD5, VD6, дроселях L1, L2 і накопичувальних конденсаторах C1, C2. Цей перетворювач забезпечує наступні функціональні завдання:

- стабілізує напругу живлення інвертора на рівні ±(360-400) У, необхідному для формування номінальної величини вихідної напруги 220/380 В;

- забезпечує балансування напруги позитивної і негативної шин постійного струму щодо нейтралі, що виключає появу постійної складової у вихідній напрузі.

ШІМ - інвертор в такій структурі є інвертором на IGBT - транзисторах VT3, VT4, які управляються широтно-імпульсними сигналами, що модулюються по синусоїдальному закону. Найбільш широке застосування одержали ШІМ - інвертори, що формують у поєднанні з вихідними фільтрами синусоїдальне напруга основної частоти.

Основну частоту (англ. fundamental frequency, F-Zero) - часто визначають як найнижчу частоту хвилі періодичної форми. у термінах суперпозиції синусоїд (наприклад ряд Фур'є), основна частота є найнижчою частотою в сумі.

При оцінці енергетичних показників систем з подвійним перетворенням енергії у разі використання у вхідному каскаді не управляючий випрямляч або управляючий випрямляч необхідно враховувати, що ми маємо справу з необоротним нелінійним чотириполюсником, що містить ланку постійного струму, який розділяє первинне джерело живлення і навантаження.

Першоджерело, первинне джерело - безпосереднє джерело певних відомостей або оригінальна основоположна праця в якій-небудь галузі науки, культури тощо.
За визначенням, коефіцієнт потужності є показником, що характеризує вплив реактивної потужності і потужності спотворення на енергетичну ефективність системи. Системи ППЕ характеризується двома коефіцієнтами потужності: по відношенню до мережі – вхідним і по відношенню до навантаження – вихідних . У загальному випадку значення цих коефіцієнтів відрізняються.

Складові струмів реактивної потужності і потужності спотворення у вхідному ланцюзі перетворювача (мостовій схемі трифазного випрямляча) замикатимуться у вхідному контурі системи і залежить від параметрів фільтру ланки постійного струму (оскільки це впливає на форму струму, споживаного від мережі) і ступеня завантаженості системи.

Реактивна складова потужності і високочастотні гармонійні потужності спотворення на виході перетворювача, що становлять, обмінюватимуться між навантаженням, інвертором і ємністю фільтру ланки постійного струму. Замикаючись у вказаному контурі силового ланцюга перетворювача, вони не виявляються у вхідному ланцюзі системи, а їх величини залежатимуть від коефіцієнта потужності навантаження.

Перерахуємо основні недоліки систем ППЕ з вхідним діодним або тиристорним випрямлячами:

- значні масо-габаритні показники (без урахування вихідного трансформатора) із-за великих електролітичних конденсаторів в ланці постійного струму;

- обмеження робочого температурного діапазону експлуатації, пов'язане так само з наявністю великих ємностей з високою робочою напругою;

- певне обмеження потужностного діапазону із-за граничних можливостей IGBT ШІМ-інвертора, пов'язаного з втратами на перемикання, а так само виникнення небажаної електромагнітної обстановки в системі із-за високих значень, при комутації силових ключів;

- порівняно низькі значення вхідного коефіцієнта потужності системи із-за спотворення синусоїдальності вхідного струму. Це вимагає введення пасивних фільтрів вищих гармонік у вхідних ланцюгах системи, що приводить до збільшення масогабаритних показників і можливості виникнення резонансних явищ.

Сучасні FACTS (Гнучкі системи передачі енергії змінного струму). Системи FACTS з'явилися близько 15 років тому. Передумовами їх розробки послужила поява на ринку електронних компонентів високої потужності, що замикалися, – IGBT, GTO, IEGT.

До цих пір широко застосовуються класичні системи FACTS, засновані на використанні тиристорів (управління по струму). Сучасні системи FACTS використовують компоненти, які можуть управлятися командами по напрузі. Найважливіша властивість FACTS – їх здатність поглинати або повертати реактивну потужність – показано на рисунку 1.1.

Електро́нні компоне́нти - складові частини, елементи електронних приладів. Побутова назва електронних компонентів - радіодеталі.
Років тому - шкала часу, що широко використовується в археології, геології та інших науках для датування подій в минулому. Оскільки час відрахунку змінюється, стандартна практика пропонує використання 1950 року як еталонної точки «сучасності».
Потужність електричного струму - фізична величина, що характеризує швидкість передачі або перетворення електричної енергії. Одиницею вимірювання потужності в CI є ват (Вт, W).
На рис. 2 – напруга вторинної обмотки трансформатора, – основна гармоніка напруги на виході перетворювача. Перетворювач управляється в режимі PWM (Pulse Width Modulation – широтно-імпульсній модуляції – ШІМ). Це виправдовує наявність фільтру між перетворювачем і мережею. Напруга мережі і напруга на виході перетворювача знаходяться у фазі. Виникнення будь-якої відмінності між цією напругою викликає падіння напруги на відповідному реакторі подовжньої компенсації, також співпадаюче по фазі з напругою мережі (UL).
Спад напру́ги - різниця потенціалів між кінцями ділянки електричного кола, в якому протікає електричний струм.
Знак цієї напруги відповідає знаку різниці .



Рис. 2 – Принцип роботи FACTS

Результуючий струм IL має зрушення щодо цієї напруги на 90°. При < система працює в індуктивному режимі, при > – в ємнісному.

Відповідно до описаної структури розроблялися і вже застосовуються сучасні пристрої подовжньої і поперечної компенсації.

На підставі сучасних структур транзисторних перетворювачів необхідно розробити структуру, в якій відсутнє подвійне перетворення енергії, присутні фільтри вищих гармонік і система була не витратною. На рис. 3 представлена система транзисторного перетворювача, в якій система управління як генератор сигналів, що управляють, задає, як ширину сигналу, що управляє, так і частоту, транзистори (VT1-VT3), що управляють, ємністю (С1-С3), індуктивності (L1-L3) та фільтри вищих гармонік (ФВГ) з послідовно з’єднаних індуктивностей та ємностей налаштованих на частоту модуляції конденсаторної батареї.

Рис. 3 – Система транзисторного перетворювача


Функціональна схема пристрою компенсації заключається тим, що пристрій підвищення коефіцієнту потужності передбачає регулювання значенням еквівалентної ємності шляхом частотно-імпульсної модуляції підключеного та відключеного стану конденсаторної батареї відносно мережі з урахуванням поточного відхилення коефіцієнту форми напруги та кута зрушення фази струму відносно заданих значень по кожній фазі мережі. В системі контролюється напруга та струм мережі та струм навантаження. Задається значення коефіцієнта потужності та коефіцієнта форми напруги за кожною фазою мережі. На основі отриманої інформації про поточні значення стуму та напруги, визначається фазовий здвиг та коефіцієнт форми напруги у фазах мережі. Поточне значення коефіцієнта потужності та коефіцієнта форми порівнюється з заданими максимальними значеннями. Розраховується відхилення кожного параметру від заданого значення. Змінюється частота модуляції підключеного та відключеного стану конденсаторної батареї У разі перевищення поточного значення коефіцієнту потужності та коефіцієнту форми над заданими значеннями, системою керування видається повідомлення про неможливість компенсації реактивної потужності.

Система електропостачання рис. 4, має в своєму складі змінне джерело електричної енергії(або інше джерело) е.р.с. з активною та реактивною складовими внутрішнього опору та , повна потужність якого співмірна з сумарною повною потужністю усіх споживачів , підключених до точки загального приєднання. При цьому в системі в початковий момент роботи задаються діючі значення напруги кожної фази , , , та діючі значення струму , , , значенням коефіцієнту потужності системи , , , та коефіцієнтом форми напруги , , . В системі мережі в точці підключення, вимірюється напруга в кожній фазі , , та струми мережі , , та навантаження , , . Розраховується струм системи компенсації , , . Вимірювання проводиться дискретно в і-й момент з часом дискретизації , який обирається з діапазону 1…100 мкс. Час вимірювань обирається рівним 0,02с. В результаті вимірювань отримують масив із значень за кожним параметром з кутовим кроком

Рис. 4 – Система електропостачання з пристроєм для компенсації реактивної потужності

Споживачі представлені на рис. 4 (стрілки відображають напрямок передачі потужності):

лінійним навантаженням, що споживає активну потужність;

нелінійним навантаженням, що споживає активну , реактивну , потужність спотворення ;

світильники дросельного типу, що споживають активну реактивну потужності;

компенсуючим пристроєм - джерелом вторинного електропостачання з компенсацією спотворень в живлячій мережі, що споживає активну , реактивну , потужність спотворення ;

іншими споживачами, що споживають в загальному випадку активну, реактивну , потужність спотворення ;



- вхідна напруга мережі;

Функціональна схема пристрою компенсації реактивної потужності представлена на рис. 5, яка включає вимірювальну систему (датчики струму – ДС та датчики напруги – ДН), систему управління (аналоговий комутатор – АК, АЦП, пристрій зв’язку – ПЗ, електронно-обчислювальна машина – ЕОМ та блок управління ключами – БУК), систему компенсації, в яку входять конденсаторні батареї - С1-С3, реактори – L1-L3 та управляючий транзистор та навантаження.



Рис. 5 – Функціональна схема пристрою компенсації

Для знаходження кута зсуву струму від напруги по кожній фазі, на підставі отриманих значень напруги , , та струму , , мережі по кожній фазі, визначаються гармонійні складові вказаних параметрів.

Електро́нна обчи́слювальна маши́на (скорочено ЕОМ) - загальна назва для обчислювальних машин, що є електронними (починаючи з перших лампових машин, включаючи напівпровідникові тощо) на відміну від електромеханічних (на електричних реле тощо) та механічних обчислювальних машин.
Функціона́льна схе́ма - схема, що роз'яснює певні процеси, що відбуваються у певних функціональних частинах виробу (устаткування) чи у виробі (устаткуванні) в цілому.
Розраховуються на підставі розкладання в ряд Фур’є наступні параметри:

постійні складові напруги та струму (середнє значення) по кожній фазі:



;;

;;

;;

синусні складові напруги та струму по кожній фазі:



;;

;;

;;

косинусні складові напруги та струму по кожній фазі:



;;

;;

;.

Із отриманих складових значень напруги та струму знаходиться амплітуди напруги , , та струму , , -ї гармоніки по кожній фазі:



;;

;;

;;

та фазовий кут напруги, , та струму , , -ї гармоніки по кожній фазі:



; ;

; ;

; ;

Із отриманих складових значень фазового кута напруги першої гармоніки , , по кожній фазі та фазового кута струму першої гармоніки , , по кожній фазі знаходиться різниця між заданим значенням коефіцієнту потужності та поточним значенням коефіцієнту потужності по кожній фазі:



;

;

.

Розраховуються поточні значення коефіцієнта форми напруги – величина рівна відношенню діючого значення напруги , , до його середнього значення , , по кожній фазі:



;

;

.

Розраховані значення коефіцієнту форми напруги порівнюються із заданими значеннями по кожній фазі:



;

;

.

На підставі результату порівняння змінюється частота модуляції підключення та відключення стану конденсаторної батареї за відповідною фазою.

Розраховується відхилення напруги , , по кожній фазі:

;

;

.

Якщо модуль поточного діючого значення напруги не відповідає вимозі , або , або відбувається відключення системи компенсації та видача попереджувального сигналу.

Застосування пристрою призводить до зміни режиму роботи електроенергетичної системи. Сумарний струм, що споживається системою та втрати активної потужності в точці загального приєднання при роботі усіх споживачів при умові, що існує джерело вторинного електропостачання з компенсацією спотворень в живлячій мережі споживає тільки активну потужність, тобто і :

;

.

За умов використання пристрою сумарний струм, що споживається та втрати активної потужності в точці загального приєднання при роботі усіх споживачів при умові, що джерело вторинного електропостачання з компенсацією спотворень в трьохфазній мережі змінного струму споживає активну потужність, а в мережу генерується реактивна потужність та потужність спотворень , отримаємо:



;

.

Таким чином із попередніх виразів випливає, в результаті роботи пристрою підвищення коефіцієнту потужності та коефіцієнту форми напруги система компенсує реактивну потужність та потужність спотворення та забезпечити позитивний ефект:

зменшуються втрати активної потужності в системі електропостачання;

проводиться компенсація неактивної (реактивної потужності та потужності спотворень) складової повної потужності;



  • поліпшуються показники якості електроенергії.



ВИСНОВКИ


1. Аналіз систем компенсації реактивної потужності показав, що сучасні комплекси для компенсації реактивної потужності характеризується низькою ефективністю керування струмом компенсації. Існуючі системи включають в себе систему управління, систему вимірювання та систему керування. В сучасних системах з дискретним регулювання еквівалента ємності знижується споживання реактивної потужності, але можуть виникати режими недокомпенсації або перекомпенсації. Тому більшу увагу приділяють системам плавним регулюванням еквівалента ємності конденсаторної батареї.

2. Математичне відображення енергетичних процесів в трифазній мережі змінного струму показав, що сучасні системи та комплекси, які мають в своєму розпорядженні перетворюючі пристрої, які покращують режими роботи технологічних об’єктів, але негативно впливають на якість електричної енергії, тому необхідно, щоб сучасні системи та комплекси враховували як впливають несинусоїдальність та спотворення кривої напруги на якість електричної енергії. А погіршення показників якості електричної енергії призводить до погіршенням енергетичних показників, зниженням надійності функціонування електромереж і скорочення терміну служби електроустаткування.

3. На основі проведеного аналізу розробилася функціональна схема системи компенсації на базі транзисторного перетворювача, яка включає в себе – систему вимірювання, яка складається з датчиків струму та напруги; систему управління з блоків аналогового комутатора, аналого-цифрового перетворювача, пристрою зв’язку, електронно-обчислювальну машину та блоку управління ключами;

Ана́лого-цифрови́й перетво́рювач, АЦП (англ. Analog-to-digital converter, ADC) - пристрій, що перетворює вхідний аналоговий сигнал в дискретний код (цифровий сигнал), який кількісно характеризує амплітуду вхідного сигналу.
системи компенсації, яка складається з транзисторів, з конденсаторних батарей та індуктивностей. Та алгоритм роботи пристрою для компенсації реактивної потужності.

4. Для аналізу режиму роботи системи компенсації реактивної потужності розробилася модель однофазної системи, на основі моделі провели ряд експериментів. На основі отриманих експериментальних даних побудували графіки діючого значення струму в мережі, значення 1-ї гармоніки струму в мережі та кута зсуву струму від напруги та коефіцієнту спотворення синусоїдальності кривої струму. В результаті дослідження побудували графіки та вибирали найбільш оптимальних режим роботи.

5. Для дослідження режимів роботи в трифазній системі електропостачання розробилася модель трифазної системи компенсації, в якій знаходиться система електропостачання, вимірювальна система та система компенсації та споживач електричної енергій. В результаті проведених досліджень побудували графіки споживання активної та реактивної потужностей та струм споживача електричної енергії. З аналізу отриманих графіків можна сказати, що система компенсації зменшує споживання реактивної потужності та зменшує амплітудні значення струму у споживача. Результати моделювання системи компенсації реактивної потужності показали, що розроблена структура моделі системи компенсації на базі транзисторного перетворювача плавно регулює значенням еквіваленту ємності конденсаторної батареї в системі електропостачання не виникають режими недокомпенсації та перекомпенсації, але в мережі зявляються пульсації струмів та спотворення форми кривої напруги, тому крім установки системи компенсації необхідно встановлювати фільтри налаштовані на резонансну частоту модуляції системи компенсації.

6. Техніко-економічні розрахунки показників ефективності системи компенсації показали, що при застосуванні даної системи призводить до зменшення втрат як активної так і реактивної потужності, зменшується струм, що проходить по лініям електропередач. Зменшується штрафні санкції за плату за споживану реактивну потужність, сума прибутку після встановлення системи компенсації складає – 96 099,6 грн, сума капіталовкладень складає – 151 866 грн, термін окупності складає – 1,5 роки.




ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ


  1. Рогальский Б. С. Компенсация реактивной мощности. Методы расчета и средства управления. – К: УМК ВО, 1990. – 60 с.

  2. Овчаренко А. С. Повышение эффективности электроснабжeния промышленных предприятий. / А. С. Овчаренко, Д. И. Розинский. – К: Техніка, 1989.– 287 с.

  3. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. – М: Высшая школа, 1978. – 528 с.

  4. Лихачев В. Л. Электродвигатели асинхронне. – М: СОЛОН-Р, 2002. – 304 с.

  5. Жежеленко И. В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. – М: Энергия, 1974. – 184 с.

  6. Федоров О. О. Основи електропостачання промислових підприємств. / О. О. Федоров, В. В. Каменев. – М: Энергоатомиздат, 1984. – 471 с.

  7. Константинов Б. А. Компенсація реактивної потужності. / Б. А. Константинов, Г. З. Зайцев. – Л: Енергія, 1976. – 101 с.

  8. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. – М: Техносфера, 2005. – 632 с.

  9. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0. – Санкт-Петербург: КОРОНА, 2001. – 320 с.

  10. Аш Ж. В. Датчики измерительных систем. – М: Мир, 1992. – 480 с.




СЕКЦІЯ „ ЕЛЕКТРИЧНІ МЕРЕЖІ ТА ОБЛАДНАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЙ ТА ПІДСТАНЦІЙ

РОЗДІЛ „ЕЛЕКТРОТЕХНІКА ТА ЕЛЕКТРОМЕХАНІКА”
ДНІПРОДЗЕРЖИНСЬК 2011



Скачати 226.35 Kb.

  • ВСТУП
  • АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД
  • ДОСЛІДНИЦЬКА ЧАСТИНА
  • ВИСНОВКИ
  • ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ