Автореферат (Новые подходы и оптимизации режимов работы трехфазных сетей)

На правах рукописиВу Куанг ШиНОВЫЕ ПОДХОДЫ И ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫТРЕХФАЗНЫХ СЕТЕЙСпециальность 05.09.05 – Теоретическая электротехникаАвторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата технических наукСанкт-Петербург – 2019Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательномучреждении высшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет ПетраВеликого» на кафедре «Теоретическая электротехника и электромеханика»Научный руководитель:доктор технических наук, профессорКоровкин Николай ВладимировичОфициальные оппоненты:Смоловик Сергей Владимировичдоктор технических наук, профессорАО «Научно-техническийцентрЕдинойэнергосистемы», заместитель заведующего отделом«Проектирование и развитие энергосистем», г.

СанктПетербургЯрмаркин Михаил Кирилловичкандидат технических наук, доцентФГАОУ ДПО «Петербургский энергетический институтповышения квалификации», заведующий кафедрой«Электроэнергетическое оборудование электрическихстанций, подстанций и промышленных предприятий»,г. Санкт-ПетербургВедущая организация:Федеральноегосударственноеавтономноеобразовательное учреждение высшего образования«Санкт-Петербургский государственный университетаэрокосмическогоприборостроения»,г.СанктПетербургЗащита состоится « 26 » марта 2019 г.

вчасов на заседании диссертационного советаД 212.229.16 при Федеральном государственном автономном образовательном учреждениивысшего образования «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого» поадресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, Главный учебный корпус, ауд. 284.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГАОУ ВО «СПбПУ»www.spbstu.ru.Автореферат разослан «____» февраля 2019 г.Учёный секретарьдиссертационного совета Д 212.229.16,к.т.н.Резник Александр Сергеевич1ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследованияТрехфазная система распределения электроэнергииявляется одной из самых популярных в мире, она позволяет осуществлять передачу энергии отпроизводства до потребления значительно более эффективно в сравнении с однофазнымисистемами передачи энергии.

Одной из проблем трехфазных систем является то, чтопотребляемая мощность не равномерно распределяется между фазами в результате чего системастановится несбалансированной, вызывая увеличение потерь энергии, снижение эффективностиработы и повреждение электрооборудования.Вопросы устранения дисбаланса в трехфазной системе является одними из наиболеевопросов для трехфазной системы, они широко изучались в течение многих последних лет, и вих решении получены определенные достижения. В настоящее время, благодарякомпьютеризациипоявиласьвозможностьприменятьвесьмасовершенныеиавтоматизированные методы по улучшению качества систем трехфазного питания.В теорию трехфазных систем большой вклад внесли советские и российские учёные: М.О.Доливо-Добровольский, В.С.

Проскуряков, С.В. Соболев, Н.В. Хрулькова, В.В. Леонтьев, Т. А.Кузнецова, Е. А. Кулютникова, И. Б. Кухарчук, Л. А. Бессонов, А.С.Касаткин, М.В. Немцов, М.Герке, С. Бёель,К.С. Демирчян и иностранные учёные: Н. Тесла, Г. Феррарис, Й.А. Ангстрем, Д.Хопкинсон.Неоспоримые преимущества трехфазной системы привели к прорывы в теориипреобразования, распределения и передачи электроэнергии. Развитием науки ы данномнаправлении занимались такие ученые, как А.А. Герасименко, В.Т. Федин, В.И.

Идельчик, Л.Д.Рожкова, В.С. Козулин, В.С. Азаров, В.А. Веников, а также методы повышения качестватрехфазных систем, внесены учеными: Н.В Коровкин, Дж. Аррилага, И.В. Жежеленко, Ю.С.Железко, С. Дмитриев, и многие другие ученые.В настоящее время, благодаря компьютеризации и значительному падению стоимостивысокопроизводительных микропроцессоров и средств их сопряжения с измерительнымисистемами появилась возможность применять весьма совершенные и автоматизированныеметоды по улучшению качества систем трехфазного питания.Несбалансированные токи генерируют компоненты несимметричных последовательностей.Обратная последовательность создает вращающееся в обратном направлении магнитное поле ввоздушном зазоре между статором и ротором машин.

По отношению к поверхности ротора этообратное вращающееся магнитное поле индуцируют токи двойной частоты в железе ротора вслучае неявнополюсных вращающихся машин (генераторы, приводимые в действие паровымитурбинами и двигателями) и токи в полюсах в случае явнополюсных машин (например,генераторы, приводимые в действие гидротурбинами). Эти индуцированные токи в ротореприводят к его быстрому нагреву, что, в свою очередь, приводит к потере механическойцелостности ротора или разрушению изоляции электрических машин.В случае асинхронных двигателей 5% дисбаланс может привести к снижению мощностидвигателя на 25%. Это уменьшение мощность асинхронного двигателя сопровождается егонагревом. Так трехпроцентная несбалансированность, присутствующая в напряжении питания,может увеличить нагрев ротора примерно на 20%.

Поэтому надлежащая защита должнаобеспечиваться против несбалансированных токов в асинхронных двигателях.2Учитывая растущий спрос на электроэнергию, развитие ЭЭС не должно сопровождаться нетолько повышением качества предоставляемой электроэнергии, но и не слишком быстрорастущей стоимость инвестиций. При этом важным компонентом является снижение затрат натехническое обслуживание систем повышения качества электроэнергии.Сложность структуры потребления и разнообразность типов нагрузок и их временныххарактеристик делает весьма сложным и дорогостоящим реализацию общего методаликвидации дисбаланса.

Оптимизация систем дисбаланса, осуществляемых с помощью общихметодов, сталкивается трудностям. Обычно, создание систем, отвечающих общим условиям,требует сочетания нескольких подходов и нескольких устройств. Это обстоятельство приводит кдополнительному увеличению затраты на реализацию системы и ее техническое обслуживание.В пределах допустимого качества электроэнергии инвестиционные затраты являются главнойзаботой для пользователя.Система компенсации дисбаланса должна обеспечивать быстрое и гибкое реагирование наего появление, так как постоянные изменения нагрузки непрерывно меняют ситуацию. Длядостижения этой целей требуется одновременное выполнение ряда условий – наличия точнойизмерительной системы, возможности точного описания величин напряжений и токов,использование «быстрых» алгоритмов и достаточно мощных микропроцессоров.Учитывая, отмеченные выше факторы можно констатировать, что актуальность созданиясистем симметризации режимов работы трехфазных систем достаточно высока, высока также исложность решения этой задачи «в общем виде».

В настоящей работе предлагается подход ккомплексному решению задачи симметризации. Его идея состоит в использовании длясимметризации группы однофазных устройств с управляемой реактивностью. При этомуправление реактансом устройств осуществляется в реальном времени на основе измеренийтоков и напряжений трехфазной системы. В работе предложены новые алгоритмы обработкирезультатов измерений и выработки управляющих воздействий для устройств с управляемойреактивностью с целью симметризации текущего режима во всех нагрузках трехфазнойсистемы.Применение результатов исследования позволит повысить качество электроэнергии втрехфазных системах электроснабжения промышленных и гражданских объектов, а также враспределительных сетях с несбалансированными нагрузками, что будет способствовать болеедлительной и надежной работе оборудования, снижению потерь, энергосбережению.Цель диссертационной работыСоздание новых методов оптимизации режимов работытрехфазных систем и методов симметризации трехфазных систем электроснабженияпромышленных и гражданских объектов, основанных на диагностике текущего режима работыи взаимосвязях между параметрами устройств с управляемым реактансом и параметрамирежима работы трехфазной сети.Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:- разработка на основе решения задач диагностики метода оценки в реальном масштабевремени токов и напряжений трехфазных систем и получение взаимосвязей для токов инапряжений трехфазных систем и реактанса устройств с управляемой реактивностью;- исследование точности оценок взаимосвязей токов и напряжений трехфазных систем отреактанса устройств с управляемой реактивностью;- разработка математической модели для оптимизации режима работы трехфазной системы3по скалярным и векторным критериям качества и реализация её в системе Matlab;- решение задачи поиска наилучших мест для установки устройств с управляемойреактивностью для произвольных трехфазных систем с помощью методов векторнойоптимизации;- выполнение расчетов и апробация методики применительно к симметризации режимаработы трехфазной системы стекольного завода.Объект исследования Методы анализа и оптимизации несимметричных трехфазных электрическихцепей, системы с управляемым реактансом, распределительные трехфазные сети 10/0.4 кВ.Медтоды исследованияПри выполнении работы были использованы методы теоретической электротехники, теориимногокритериальной оптимизации, недоминируемая сортировка и генетический алгоритм.Теоретические исследования сочетались с измерениями и компьютерным моделированием спомощью пакета прикладный программ Matlab.Научная новизна работы состоит в следующем:1.