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

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования«Санкт-Петербургский горный университет»На правах рукописиЗАМЯТИН ЕГОР ОЛЕГОВИЧКОМПЕНСАЦИЯ ВЫСШИХ ГАРМОНИК И РЕАКТИВНОЙМОЩНОСТИ С УЧЕТОМ ТОПОЛОГИИ И ПАРАМЕТРОВРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГОКОМПЛЕКСА ПРЕДПРИЯТИЙСпециальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системыДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬдоктор технических наук,доцент Я.Э. ШклярскийСанкт-Петербург – 20182СОДЕРЖАНИЕВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................ 5ГЛАВА1НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕПОКАЗАТЕЛЕЙКАЧЕСТВАПРОБЛЕМЫЭЛЕКТРИЧЕСКОЙКОРРЕКЦИИЭНЕРГИИИЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НАГРУЗКИ ..................................

161.1АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИНА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ . 161.1.1Несинусоидальность кривой тока или напряжения..................... 181.1.2Реактивная мощность, коэффициент мощности .......................... 241.2ВЫБОР ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ ......................................................... 26Электротехнический1.2.1комплекспредприятийалюминиевойпромышленности .............................................................................................

31Электротехнический комплекс предприятий горнодобывающей1.2.2промышленности ............................................................................................. 351.2.3Электротехнический комплекс социально-значимых объектов 361.2.4Графо-аналитическийанализраспределительныхсетейвыбранных объектов ....................................................................................... 37Традиционная1.2.5методикаприменениякомпенсирующихустройств ..........................................................................................................

411.3ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ ...................................... 441.4ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 ............................................................................ 44ГЛАВА2.ВЫБОРАНАЛИТИЧЕСКОГОПОДКЛЮЧЕНИЯМЕТОДАОПТИМИЗАЦИИВЫРАЖЕНИЯИДЛЯПАРАМЕТРОВИВЫВОДПОИСКАТОЧЕККОМПЕНСИРУЮЩИХУСТРОЙСТВ ...................................................................................................

482.1РАНЖИРОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПО ИХ ВКЛАДУ В СУММАРНЫЕ ПОТЕРИМОЩНОСТИ ........................................................................................................ 4832.2ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧЕК ПОДКЛЮЧЕНИЯ КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ............................................................................................................... 532.3РАНЖИРОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ .......................................................... 632.4ФОРМИРОВАНИЕАЛГОРИТМАВЫБОРАТОЧЕКПОДКЛЮЧЕНИЯКОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ ...................................................................... 702.5ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 ............................................................................

72ГЛАВА 3 ВЫБОР КОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ, РАЗРАБОТКААЛГОРИТМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВЫБРАННЫХ УСТРОЙСТВ 753.1АНАЛИЗГРАФИКОВНАГРУЗКИРАЗЛИЧНЫХОТРАСЛЕЙПРОМЫШЛЕННОСТИ ........................................................................................... 753.2ВЫБОРЕМКОСТИКОНДЕНСАТОРНОЙБАТАРЕИФИЛЬТРО-КОМПЕНСИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ................................................................... 793.3АЛГОРИТМ ВЫБОРА И НАСТРОЙКИ ФКУ .............................................. 813.4АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАГРУЗКИ ............................... 833.5СРАВНЕНИЕ ТРАДИЦИОННОЙ И РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ..............

903.6ВОЗМОЖНОСТЬПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ МЕТОДИКИ ДЛЯКУРАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ............................................................................................ 923.7ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 3 ............................................................................... 95ГЛАВА 4. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ .................................................. 984.1РАСЧЕТ ИНВЕСТИЦИЙ ........................................................................... 984.2РАСЧЕТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИНВЕСТИЦИОННОГО ПРОЕКТА .................. 1004.3ВЫВОД ПО ГЛАВЕ 4 ............................................................................. 102ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................. 103БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .........................................................

105ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .......................................................................................... 120ПРИЛОЖЕНИЕ 2 .......................................................................................... 121ПРИЛОЖЕНИЕ 3 .......................................................................................... 122ПРИЛОЖЕНИЕ 4 .......................................................................................... 1234ПРИЛОЖЕНИЕ 5 ..........................................................................................

1245ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследованияВ современных условиях, в связи с дефицитом энергоресурсов напервоеместовыдвигаетсязадачаэффективногоиспользованиягенерируемой электрической энергии, что установлено соответствующимзаконом об энергосбережении № 261-ФЗ «Об энергосбережении и оповышении энергетической эффективности и о внесении изменений вотдельные законодательные акты Российской Федерации». В настоящеевремя основные потребители электроэнергии являются нелинейными.Такие потребители вызывают искажения кривой тока и напряжения,увеличивают уровень реактивной мощности, что в свою очередь ведет кдополнительным потерям электрической энергии и выводу из строяоборудования.Наличие высших гармоник (ВГ) приводит к неэффективнойкомпенсации реактивной мощности (РМ) в результате выхода из строяконденсаторных батарей (КБ) из-за перегрузки токами ВГ.

Дляэффективной компенсации ВГ необходима актуальная информация обуровне и спектре гармонических искажений. Для получения этойинформациииспользуютсяанализаторыпараметровкачестваэлектрической энергии. Для компенсации отклонений показателейкачества электрической энергии от требуемых значений применяютсяразличныеустройства(фильтро-компенсирующие,конденсаторныебатареи, активные фильтры, вольтодобавочные трансформаторы и т.д.).Как правило компенсирующие устройства (КУ) устанавливают наподстанции (ПС) или распределительном пункте (РП), что позволяетповысить качество напряжения и снизить потери мощности в сети доточки подключения КУ.

Однако в сети после подключения КУ качество6электрической энергии может остаться неудовлетворительным, чтонегативно влияет на 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 напотери мощности является величина и характер нагрузки.

Отсюдавозникает необходимость определения потребителей, оказывающихзначительный вклад в потери мощности.Проблемой структурирования потерь мощности и их уменьшениязанималисьмногиеЖелезко Ю.С.–ученые.занималсяСрединихтакиеструктурированиемизвестныепотерькак:активноймощности, поиском зависимостей потерь мощности от различныхэнергетических параметров нагрузки.

Арриллага Дж. – занималсяраспределением компенсирующих устройств в сложных электрическихсетяхпромышленныхпредприятий.Абрамович Б.Н.–занималсякомпенсацией высших гармоник в сетях нефтегазовых предприятий,разработкой алгоритма выбора устройств для компенсации высшихгармоник в указанной отрасли. Жежеленко И.В. – в общем видерассматривалвлияниеэлектротехническогокомпенсациейгармониккомплексавысшихсовершенствованиемэлектрическойвысшихэнергииработупромышленныхгармоник.методовнаГришечко С.В.контролясистемэлементовпредприятий–показателейэлектроснабженияизанималсякачестванетяговыхпотребителей 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 этойпроблеме растет и все больше ученых занимаются исследованиями в7области компенсации ВГ и снижения потерь, что позволяет сделатьвывод о том, что решение задачи по снижению потерь мощности иразработки методики по выбору точек подключения КУ и их параметровпри условии их наиболее эффективного применения является актуальной.Темаисодержаниедиссертациисоответствуетнаучнойспециальности 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы» насоискание ученой степени кандидата технических наук по следующимпунктамобластейисследований:п. 1«Развитиеобщейтеорииэлектротехнических комплексов и систем, изучение системных свойств исвязей, физическое, математическое, имитационное и компьютерноемоделирование компонентов электротехнических комплексов и систем»,п. 2«Обоснованиеэкономических,совокупностиэкологическихвипринимаемыхрешенийобластиэксплуатацииэлектротехническихтехнических,социальныхтехнологических,критериевпроектирования,комплексовиоценкисозданиясистем»,ип.