Автореферат (Компенсация высших гармоник и реактивной мощности с учетом топологии и параметров распределительной сети электротехнического комплекса предприятий)

На правах рукописиЗАМЯТИН Егор ОлеговичКОМПЕНСАЦИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК И РЕАКТИВНОЙМОЩНОСТИ С УЧЕТОМ ТОПОЛОГИИ И ПАРАМЕТРОВРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСА ПРЕДПРИЯТИЙСпециальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы исистемыАвторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукСанкт-Петербург – 2018Работа выполнена на кафедре общей электротехники федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования«Санкт-Петербургский горный университет»Научный руководитель:Шклярский Ярослав Элиевичдоктор технических наук, доцентОфициальные оппоненты:Таджибаев Алексей Ибрагимовичдоктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Диагностика энергетического оборудования» ФГАОУ ДПО «Петербургский энергетический институт повышенияквалификации» (г. Санкт-Петербург)Шескин Евгений Борисовичкандидат технических наук, заместитель заведующего отделом электроэнергетических систем, заведующий лабораторией исследований электроэнергетических систем АО«Научно-технический центр Единой энергетической системы» (г.

Санкт-Петербург)Ведущая организация:Федеральное государственное автономноеобразовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственныйэлектротехническийуниверситет«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»Защита состоится «27» декабря 2018 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д212.229.20 при федеральном государственном автономномобразовательном учреждении высшего образования «Санкт-Петербургскийполитехнический университет Петра Великого» по адресу: 195251, г.

СанктПетербург, ул. Политехническая, д. 29, главный учебный корпус, аудитория 150.С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотекеФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет ПетраВеликого» и на сайте www.spbstu.ru.Автореферат разослан «____»_______________2018 г.Ученый секретарь диссертационногосовета Д 212.229.20Иванов Дмитрий Владимирович3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. В современных условиях, в связи с дефицитом энергоресурсов на первое место выдвигается задача эффективного использования генерируемой электрической энергии, что установлено соответствующим законом об энергосбережении № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении измененийв отдельные законодательные акты Российской Федерации».

В настоящеевремя основные потребители электроэнергии являются нелинейными. Такиепотребители вызывают искажения кривой тока и напряжения, увеличиваютуровень реактивной мощности, что в свою очередь ведет к дополнительнымпотерям электрической энергии и выводу из строя оборудования.Наличие высших гармоник (ВГ) приводит к неэффективной компенсации реактивной мощности (РМ) в результате выхода из строя конденсаторных батарей (КБ) из-за перегрузки токами ВГ. Для эффективной компенсации ВГ необходима актуальная информация об уровне и спектре гармонических искажений. Для получения этой информации используются анализаторы параметров качества электрической энергии.

Для компенсации отклонений показателей качества электрической энергии от требуемых значенийприменяются различные устройства (фильтро-компенсирующие, конденсаторные батареи, активные фильтры, вольтодобавочные трансформаторы ит.д.).Как правило, компенсирующие устройства (КУ) устанавливают наподстанции (ПС) или распределительном пункте (РП), что позволяет повысить качество напряжения и снизить потери мощности в сети до точки подключения КУ. Однако в сети после подключения КУ качество электрической энергии может остаться неудовлетворительным, что негативно влияетна ее работу.Это влияние может быть значительным, а может и нет, что должноопределять точку подключения КУ. Одним из основных факторов в этомслучае, влияющим на качество электрической энергии и, в частности, на потери мощности, является величина и характер нагрузки.

Отсюда возникаетнеобходимость определения потребителей, оказывающих значительныйвклад в потери мощности.Проблемой структурирования потерь мощности и их уменьшениязанимались многие ученые. Среди них такие известные как: Железко Ю.С. –занимался структурированием потерь активной мощности, поиском зависимостей потерь мощности от различных энергетических параметров нагрузки.Арриллага Дж. – занимался распределением компенсирующих устройств всложных электрических сетях промышленных предприятий. Абрамович Б.Н.– занимался компенсацией высших гармоник в сетях нефтегазовых предприятий, разработкой алгоритма выбора устройств для компенсации высшихгармоник в указанной отрасли. Жежеленко И.В. – в общем виде рассматривал влияние высших гармоник на работу элементов электротехнического4комплекса промышленных предприятий и компенсацией высших гармоник.Гришечко С.В.

– занимался совершенствованием методов контроля показателей качества электрической энергии систем электроснабжения нетяговыхпотребителей электрифицированных железных дорог.Однако четкого подхода к выбору точки подключения КУ в сети,содержащей высшие гармоники, до сих пор не разработано. Это касаетсявсех видов указанных выше КУ. В настоящий момент интерес к этой проблеме растет, и все больше ученых занимаются исследованиями в областикомпенсации ВГ и снижения потерь, что позволяет сделать вывод о том, чторешение задачи по снижению потерь мощности и разработки методики повыбору точек подключения КУ и их параметров при условии их наиболееэффективного применения является актуальной.Тема и содержание диссертации соответствует научной специальности 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы» на соисканиеученой степени кандидата технических наук по следующим пунктам областей исследований: п.

1 «Развитие общей теории электротехнических комплексов и систем, изучение системных свойств и связей, физическое, математическое, имитационное и компьютерное моделирование компонентовэлектротехнических комплексов и систем», п. 2 «Обоснование совокупноститехнических, технологических, экономических, экологических и социальныхкритериев оценки принимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатации электротехнических комплексов и систем», п. 3 «Разработка, структурный и параметрический синтез электротехнических комплексов и систем, их оптимизация, а также разработка алгоритмов эффективногоуправления».Объект исследования – распределительные сети среднего напряжения электротехнических комплексов действующих предприятий.Предмет исследования – структура потерь активной мощности враспределительных сетях электротехнических комплексов промышленныхпредприятий.Цель работы – повышение эффективности режимов распределительной сети предприятий с отличающимися технологическими процессамии параметрами линейной электрической нагрузки, и нагрузкой, обуславливающей наличие ВГ.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:1.Анализ режимов распределительной сети предприятия с различнымхарактером технологического процесса и нагрузки;2.Системный анализ потерь мощности в зависимости от показателейкачества электрической энергии в распределительных сетях предприятий;3.Анализ и выбор эффективного метода многомерной оптимизациидля дальнейшего его использования при оптимизации по критерию минимума потерь мощности режимов распределительной сети предприятия приналичии разного рода искажений в напряжении и токе;54.Разработка методического обеспечения поиска решения задачи поповышению эффективности использования компенсирующих устройств приразличных функциональных зависимостях потерь мощности от показателейкачества электрической энергии;5.Разработка имитационной модели, адекватно отображающей полученные аналитические результаты исследований;6.Практическое подтверждение разработанных методов по повышению эффективности режимов распределительной сети путем применениякомпенсирующих устройств.Научная новизна работы1.Разработана новая научная идея снижения потерь мощности в распределительной сети электротехнических комплексов предприятий приналичии ВГ и (или) РМ, в основу которой положено ранжирование потребителей по их вкладу в структуру потерь при различной топологии сети;2.Разработан новый подход к определению функциональной зависимости потерь мощности в распределительной сети с различным характеромнагрузки от нормируемых и ненормируемых показателей качества электрической энергии и параметров сети;3.Доказана целесообразность использования впервые сформированнойфункции Zi , учитывающей параметры качества электрической энергии, топологию сети и характер нагрузки, значение которой позволяет выбратьнаиболее эффективные параметры и точки подключения КУ;4.Разработана методика выбора параметров и точек подключениякомпенсирующих устройств в зависимости от топологии сети, параметровнагрузки и режимов ее работы, основанная на полученных в работе функциональных зависимостях с применением нейронной сети прямого распространения ошибок (многослойный персептрон) и нечеткой логики;5.Доказана возможность применения разработанной методики для любого вида компенсирующих устройств в зависимости от типа искаженийнапряжения и тока.Теоретическая значимость исследования обоснована следующим:1.Доказаны методики, расширяющие границы применимости компенсирующих устройств в условиях различного характера нагрузки в сочетаниисо сложной топологией распределительной сети;2.Применительно к проблематике диссертации результативно использован комплекс существующих базовых методов исследования, таких как:имитационное моделирование, нечеткое нейросетевое программирование,системный анализ;3.Раскрыты и выявлены новые проблемы по снижению потерь мощности в распределительной сети электротехнического комплекса, заключающиеся в выявлении связи между топологией распределительной сети, параметрами нагрузки и точками подключения компенсирующих устройств при6определении суммарных потерь мощности в распределительной сети предприятия;4.Разработан алгоритм выбора точек подключения компенсирующихустройств в распределительной сети электротехнического комплекса, учитывающий параметры, режим работы нагрузки и топологию сети.Практическая значимостьЗначение полученных результатов исследования для практики подтверждается следующим:1.Разработаны и внедрены методики распределения компенсирующихустройств в распределительной сети, их параметров и режимов работы;2.Определены пределы и перспективы использования разработаннойметодики;3.Представлены методические рекомендации по дальнейшему совершенствованию способов повышения эффективности системы электроснабжения электротехнических комплексов предприятий;4.Разработанная в диссертации методика определения параметров,режимов работы и точек подключения компенсирующих устройств принятык использованию при модернизации электротехнического комплекса ООО«Рос Агро» и ООО «КОНТИНУМ», о чем получена справка и акт о внедрении основных результатов работы.Методы исследованияДля решения поставленных задач использованы методы имитационного моделирования, системного анализа, многопараметрической оптимизации функций нескольких переменных, теоретических основ электротехники,теории нейросетевого и нечеткого нейросетевого прогнозирования колебаний нагрузки.На защиту выносятся следующие положения:1.Выведенная аналитически функция ранжирования потребителей ,корректность которой подтверждена результатами имитационного моделирования, позволяет однозначно оценить их вклад в общие потери мощностив распределительной сети;2.Разработанный алгоритм выбора точек подключения и параметровКУ обеспечивает эффективность их применения с целесообразной степеньюснижения величины суммарных потерь мощности;3.Разработанный алгоритм управления КУ при наличии ВГ и (или) РМс применением метода прогнозирования изменения нагрузки, реализованного на основе нечеткой нейронной сети, позволяет предиктивно реагироватьна изменения нагрузки, что повышает эффективность работы КУ.Степень достоверности результатов исследования обусловленатем, что: имитационное моделирование проводилось с использованием лицензионного программного обеспечения; измерения параметров качестваэлектрической энергии, представленных в работе, проводились с использованием сертифицированной и поверенной измерительной аппаратуры; ста-7тистические данные получены из открытых официальных источников, такихкак Росстат; теория построена на известных зависимостях и согласуется сопубликованными результатами по теме диссертации в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией; использованы сравнения результатов автора и результатов отечественных и зарубежных исследователей; идея базируется на анализе существующих решений данной проблемы;использованы современные методы сбора и обработки данных с применением вычислительной техники и современных интеллектуальных систем.Апробация результатовРабота выполнялась на базе кафедры Общей электротехники СанктПетербургского горного университета.