Автореферат (Компенсация высших гармоник и реактивной мощности с учетом топологии и параметров распределительной сети электротехнического комплекса предприятий), страница 2

Полученные результаты исследований в виде аналитической зависимости, методики и программного обеспечения приняты к внедрению в ООО «Рос Агро» (Ленинградская область) иООО «КОНТИНУМ» (г. Санкт-Петербург), что подтверждено соответствующими документами.Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях: международная конференция «55-я студенческая научная конференция (горная секция) (55thStudents scientific session(mining section))» – 2014, Краков, Польша; «2-ймеждународный научно-технический семинар» – 2016, Санкт-Петербург;международная конференция «67th Berg- und Hüt-tenmännischer Tag» – 2016,Фрайберг, Германия; «Молодежный день Международного форума по энергетической эффективности и развитию энергетики РЭН-2017» – 2017,Москва.Личный вклад автораПроведение всех этапов исследования, сбор, классификация исходных данных, вывод новой аналитической зависимости, разработка имитационной модели, планирование и проведение имитационного моделирования,подготовка публикаций, научных докладов и рукописи диссертации.Публикации по работеОсновные результаты диссертационной работы опубликованы в 3статьях в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссиейРФ.

Общее число публикаций по теме диссертации составляет 11 работ.Структура работыДиссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав с выводами по каждой из них, заключения, библиографического списка и приложения. Основная часть диссертации изложена на 126 страницах машинописного текста. Работа содержит 41 рисунок, 14 таблиц. Библиографическийсписок включает 102 наименования.8ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность работы, сформулированынаучная новизна и практическая ценность полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.В первой главе «Научно-технические проблемы коррекции показателей качества электрической энергии и энергетических показателей нагрузки» проведен анализ энергопотребления, потерь при передаче электрическойэнергии в различных отраслях промышленности, а также влияния отклонения показателей качества электрической энергии на эффективность работысистемы электроснабжения предприятий.Определены затраты предприятий различных отраслей на электрическую энергию и её удельный расход на производство продукции (рисунок 1).Рисунок 1 – Расход электрической энергии по отдельным видам потребителейВыявлено влияние отклонения показателей качества электрическойэнергии, а также энергетических показателей нагрузки на потери активноймощности.

Установлено, что величину потерь прежде всего можно связать сненормируемыми показателями, такими как суммарный коэффициент гармонических составляющих тока и коэффициент мощности:P = 3I12 (1 + THDI2 ) R ,(1)и2 I P = 3 A  R , KM где: I1 – действующее значение тока первой гармоники;(2)I A – активная составляющая тока; R – активное сопротивление линии; THDI – суммарныйPкоэффициент гармонических составляющих тока; KM =– коэффициентS9мощности, P – активная мощность нагрузки; S – полная мощность нагрузки.Далее в работе обоснован выбор объектов исследования.

Представлены особенности электротехнических комплексов выбранных объектов.Приведены типовые схемы распределительных сетей среднего напряжениядля выбранных объектов с учетом их различных топологий: предприятияалюминиевой промышленности, горнодобывающей промышленности и социально-значимые объекты. Указанные объекты выбраны в связи с отличающимися проблемами в области качества электрической энергии, влияниемна качество электрической энергии внешней сети и зависимостью технологического процесса от качества электрической энергии.

Для каждого объектаопределены среднестатистические отклонения ПКЭ от Национального стандарта и ненормируемых энергетических показателей нагрузки, имеющиенаиболее существенное влияние на потери активной мощности.Проведен сравнительный анализ указанных электротехническихкомплексов предприятия, на основе которого были выявлены различия системы электроснабжения и режимов нагрузки выбранных объектов.Представлена традиционная методика выбора точек подключения ипараметров компенсирующих устройств на примере ФКУ и оценены её недостатки. Основной недостаток заключается в том, что применение ФКУповышает качество электрической энергии относительно внешней сети, однако во внутренних сетях предприятия качество электроэнергии остается нанизком уровне, также снижается пропускная способность сети.При этом существенной проблемой является варьирование величинысуммарных потерь мощности в зависимости от точек подключения КУ.Исходя из результатов приведенного анализа были поставлены цельи задачи научного исследования.Во второй главе «Выбор метода оптимизации и вывод аналитического выражения для поиска точек подключения и параметров компенсирующих устройств» выбран критерий оценки эффективности работы электротехнического комплекса предприятия – величина суммарных потерь активной мощности в электрической распределительной сети предприятия.Проведен системный анализ потерь мощности (рисунок 2).10Рисунок 2 – Системный анализ влияния различных параметров на величинупотерь активной мощностиВыявлены следующие нетрадиционные факторы, влияющие на потери мощности:•нелинейность нагрузки, что характеризуется понятием суммарногокоэффициента гармонических составляющих – THDI ;•полная мощности нагрузки – S, которая включает в себя активную,реактивную мощности и мощность искажения – P, Q и D соответственно, Pи Q также связаны между собой коэффициентом мощности – KM (ненормируемый показатель);•активное сопротивление ЛЭП – R которое, в свою очередь, зависит0от длины ЛЭП – l, температуры окружающей среды – t , материала ЛЭП –'ρ, и сечения проводов ЛЭП – S .Дальнейший анализ позволил выявить факторы, наиболее значимовлияющие на уровень потерь, независимо от характера нагрузки и технологии производства.

К ним относятся:THDI ; l; P; KM .•Впервые введена функция Zi ранжирования потребителей по ихвкладу в суммарные потери активной мощности.В основе формирования функции лежит соотношение:Zi =Pi,P(3)где: Pi и P – потери активной мощности, создаваемые i – м потребителем и суммарные соответственно.В исходном виде это соотношение можно представить в виде:Zi(S=2i2'− Pi 2 ) ki2 lUi 1 sin( )SU12 sin(i )Si' ( S2 − P2 ) k2 l,(4)11где:Si и S – модуль полной мощности i -го потребителя и суммарнойполной мощности соответственно; Pi и P – активная мощность i -го по'требителя и суммарная активная мощность соответственно; S – эквивалентное сечение проводов ЛЭП; ki и k – коэффициента искажения тока i го потребителя и суммарный коэффициент соответственно; KMi , KM  –коэффициенты мощности i -го потребителя и средневзвешенный соответ'ственно;  – удельное сопротивление ЛЭП i -го потребителя; Si – сечениепроводов ЛЭП i -го потребителя.Пренебрегая незначительными факторами, определенными выше,было получено выражение:Zi =li Pi 2 KM2  ki2,2l P2 KMik2(5)которое легло в основу для дальнейшего решения поставленной задачи.Следующим шагом по целесообразному и обоснованному уменьшению потерь мощности является необходимость в оптимизации функцииранжирования.

Для этого в работе были проанализированы различные методы многомерной оптимизации. Сравнивались между собой следующие методы: Генетический, Машина Больцмана, Хука-Дживса, Парето.В результате был выбран метод оптимизации по Парето, как наиболее рациональный по нескольким причинам: простота, низкая вычислительная нагрузка и множественность оптимальных решений.

Метод заключаетсяв следующем: вектор решения x  S называется оптимальным по Парето,'если не существует x  S такого, что'( ) ()() ( )fi x  fi x' для всех i = 1,..., k иfi x'  fi x хотя бы для одного i .Определив значения Zi для каждого узла нагрузки в распределительной сети предприятия, можно построить упорядоченное её распределение.Для примера такое распределение, полученное на основе имитационного моделирования распределительной сети предприятия с различнойнагрузкой, показано на рисунке 3. Здесь за критерий принята величинанакопленного процента, равная 80 %.12Рисунок 3 – Диаграмма Парето для определения значимых потребителейРазработан алгоритм выбора точек подключения компенсирующихустройств и их параметров.

В процессе разработки алгоритма написана программа «Автоматизированная система определения места подключениякомпенсирующих устройств» и получено свидетельство о государственнойрегистрации программы для ЭВМ № 2018617921.На основе разработанного алгоритма сформирована методика определения точек подключения КУ, которая заключается в следующем:1.Получить данные путем инструментальных замеров (активная мощность; коэффициент мощности; суммарный коэффициент гармоническихискажений; длина ЛЭП);2.Согласно полученным данным рассчитать функцию Z i для каждогопотребителя;3.Ранжировать полученные данные по убыванию значений Zi ;4.Определить потребители, вносящие наибольший вклад в потери пометоду Парето;5.Согласно результатам расчета определить точки подключения КУ.Следует отметить, что измерения проводятся в течение недели, согласно рекомендациям стандарта (ГОСТ 30804.4.30-2013 (IEC 61000-430:2008)), в качестве исходных данных принимаются значения измеренныхвеличин при соответствующей им максимальной активной мощности.Имитационное моделирование радиальной схемы электроснабженияс вариацией состава и режимов нагрузки предприятия позволило доказатькорректность выражения (5) и разработанной методики.13В третьей главе «Выбор компенсирующих устройств, разработкаалгоритма функционирования выбранных устройств» для примера реализации разработанных в работе алгоритмов выбран тип компенсирующихустройств – фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ).Приведена методика выбора параметров ФКУ исходя из требуемогопотребления реактивной мощности.В основе методики лежит следующее: при выборе параметров ФКУнастройка его реактора и конденсаторной батареи на частоту, близкую ккомпенсируемой гармонике, рассматривается как необходимое условие, которое может быть выполнено при любой емкости конденсатора.

Таким образом, на основной частоте ФКУ генерирует реактивную мощность. При выборе емкости конденсаторной батареи следует определиться с количествомконтуров по ВГ и необходимым уровнем генерируемой реактивной мощности ФКУ. Количество контуров определяется исходя из анализа спектрального состава тока нагрузки, полученного по результатам измерения параметров режима электрической сети.