Диссертация (Обеспечение бесперебойной работы частотно-регулируемого электропривода при провалах напряжения в распределительной сети предприятия), страница 5

Описанная проблема не является новой и для снижения влиянияпровалов напряжения на работу критически важных производственных установокразработаны различные стратегии. Существует два различных класса решенийэтой задачи. Первый класс включает решения связанные с оптимизациейэлектрической сети для минимизации области распространения, глубины ичастотывозникновенияпроваловнапряжения.Втораягруппарешенийнаправлена непосредственно на преодоление провала напряжения средствамиэлектропривода. В данном разделе рассмотрим первую группу способов.Кардинально влияние коротких замыканий на формирование проваловнапряжения в точке подключения нагрузки уменьшает способ делениявнутризаводской сети предприятия высокого напряжения на независимыеконтуры,связьмеждукоторымисохраняетсячерезвнешнююсетьэлектроснабжения высокого напряжения [23].

Такой подход, однако, не всегдаудобен с точки зрения организации электроснабжения предприятия, так кактребует увеличения протяженности линий электропередачи, и установкидополнительных ячеек и аппаратов на подстанциях и в щитовых, что ведет кувеличению затрат на электрооборудование.В качестве борьбы с провалами напряжения предлагается использоватьсуществующую на предприятии систему релейной защиты и автоматики,например осуществлять автоматическое включение резерва (АВР) при проваленапряжения [59].

Целесообразность такого решения находится под вопросом,например в работе [23] отмечается, что автоматическое включение резерва дляподдержанияпитанияпотребителейвовремяпроваловнапряжениядлительностью 1-2с. не является оптимальным решением, так же, как и создание23собственного быстродействующего АВР (собственная система автоматическогоповторного пуска двигателя будет рассмотрена в следующем разделе).Для поддержания напряжения в точке присоединения нагрузки может бытьиспользован вольтодобавочный трансформатор (ВДТ). Первичная обмотка ВДТвключается в линию электропередачи параллельно, а вторичная последовательно,так, что напряжение на вторичной обмотке добавляется к напряжению в точкеподключения трансформатора. В нормальном режиме работы трансформаторкомпенсирует падение напряжения в линии электропередачи.

При проваледобавочное напряжение обеспечивает нормальный режим работы оборудования,подключенного к сети. Известны управляемые ВДТ способные переключатьчисло витков в первичной обмотке, тем самым регулирую коэффициенттрансформацииинеуправляемыеВДТспостояннымкоэффициентомтрансформации. Для борьбы с провалами напряжения применяются оба вида [25].Постоянноепитаниеответственныхпотребителейотсобственныхгенерирующих станций малой мощности также рассматривается в качествезащиты электроустановок от провалови прерыванийнапряжения [20],достоинства и недостатки такого решения очевидны.

Образованная таким образомлокальная энергосистема полностью изолирована от воздействий внешней сети иэто полностью снимает проблему провалов напряжения. Это решение, однако,требует серьезного обоснования, так как требует установки на территориипредприятиякомплексаоборудования,требующегоквалифицированногообслуживания [24].Источники бесперебойного питания (ИБП), такие как аккумуляторныебатареи (АБ) и резервные дизель-генераторные устройства (ДГУ представляютсобой соединение синхронного генератора и дизельного двигателя), такжерассматриваются в качестве средств борьбы с длительными (более 1с) проваламинапряжения.

Установка устройств позволяет при снижении напряжения допороговогозначенияперейтинарезервноепитаниеспоследующимподключением к сети при восстановлении напряжения. При прерываниях24напряжения поддерживают электроснабжение потребителей в течение несколькихчасов, пока не израсходуют топливо или заряд. Аккумуляторные батареи какправило применяются для резервного питания менее мощной нагрузки (напримерцентров обработки данных) или для установки в тех местах, где работадизельного двигателя небезопасна.

ДГУ же обеспечивают электроснабжениепотребителей мощных потребителей или групп потребителей [48]. Недостаткомиспользования ИБП является необходимость постоянного поддержания их врежиме готовности к запуску, на что тратится электроэнергия (например наподдержание температурного режима электроустановки). Невозможно такжемгновенное переключение на резервное питание.Существует также ряд накопителей электроэнергии способных быстровысвободить запасенную энергию, для поддержания напряжения на нормальномуровнепризапасающиепровалахэнергиюнапряжения,вкэлектрическомнимотносят:поле;суперконденсаторы,сверхпроводящиекатушкииндуктивности, запасающие энергию в магнитном поле; маховики, запасающиемеханическую энергию вращения [48].

Перечисленные типы накопителейподключаются к сборным шинам распределительной сети и высвобождаютзапасенную в них энергию при провалах напряжения.В случае прерывания напряжения или длительного (порядка 1 секунды)проваланапряжения,припереключениинапитаниеотИБП(частосуперконденсаторы и сверхпроводящие индуктивности рассматриваются втандеме с АБ [12, 21]), такие накопители в комплекте с преобразователями могутподдерживать электроснабжение потребителей во время переключений.СледуеттакжеСверхпроводящиеотметитькатушкидругуюфункциюиндуктивностиитакихустановок.суперконденсаторы,подключающиеся к сети переменного тока через силовые преобразователи,(устройства силовой электроники) и трансформаторы, образуют динамическиекомпенсаторы искажений напряжения (ДКИН). При регистрации проваланапряжения ДКИН формирует токи первичной обмотки трансформатора таким25образом,чтобынапряжениенавторичнойобмоткеполностьюегокомпенсировало.Устройства ДКИН работающие по описываемому принципу могут совсемне содержать накопителя электроэнергии, а использовать энергию сети длядобавки напряжения в точку общего подключения, в этом случае они работают попринципу ВДТ с регулируемым коэффициентом трансформации, а возможностькомпенсации определяется остаточным напряжением сети.В качестве устройства ДКИН может выступать статический компенсаторреактивной мощности (СТАТКОМ), при наличии такового в точке общегоподключения нагрузки.

При снижении напряжения СТАТКОМ при наличиизапаса по току инвертора может поддержать напряжение на нагрузке, перейдя врежим перекомпенсации реактивной мощности. Динамика устройства на основестатического компенсатора крайне велика, что позволяет компенсировать провалнапряжения за время, порядка 5 мс, однако такой режим работы требует особогоуправления устройством и наличия запаса по току преобразователя [38, 83, 89].Маховики,представляющиесобойсинхронныйэлектродвигательсинерционной массой, закрепленной на валу, не требуют дополнительныхпреобразователей и подключаются к сети напрямую, работая при проваленапряжения в режиме рекуперации.

Часто применяется связка – маховик-ДГУ, вкоторой маховик сглаживает провалы напряжения длительность не менее 10 мс[10]. При регистрации провала напряжения ответственная группа потребителей,отключается от сети и подключается к синхронному генератору на валу которогораскручен маховик, одновременно подается сигнал на пуск двигателя. Если втечениисекундыпитаниеневосстанавливается,синхронныйгенераторподключается к дизельному двигателю. Недостатком маховиков являютсябольшие потери, так как 99,9% процентов рабочего времени, установкапотребляет электроэнергию на компенсацию трения и поддержание скоростивращения инертной массы.26Анализ известных способов борьбы с провалами напряжения в сетяхпромышленных предприятий показал, что существует большое количествоспособовснижениявлиянияпроваловнапряжениянаработуэлектрооборудования в электрической сети.

Рассмотренные способы разнятся отвыбора топологии сети, такого, чтобы минимизировать влияние проваловнапряжения на чувствительных к ним потребителей электроэнергии, до установкиспециальных устройств, поддерживающих напряжение в точке подключениянагрузки на заданном уровне. Общей для рассмотренных методов являетсянеобходимость затрат на установку дополнительного оборудования, что можетслужить веской причиной для отказа от их использования.1.6 МетодыпреодоленияпроваловнапряжениясредствамиэлектроприводаВ текущем разделе рассмотрим группу методов преодоления проваловнапряжения собственными средствами электропривода.

В отличие от способов,рассмотренныхвпредыдущемразделе,рассматриваемыездесьметодынаправлены на преодоление провала напряжения приводом электроустановки,перерывы в работе которой опасны для людей или могут повлечь значительныеэкономические убытки, с помощью системы автоматического управления илиустройств релейной защиты и автоматики.Наибольшеераспространениеприпровалахнапряженияполучиласледующая стратегия управления электроприводом. При снижении напряжения вточке общего подключения отключение приводов от сети осуществляетсясобственными реле ЗМН. Система автоматического повторного включенияпроверяет напряжение в точке подключения и при восстановлении питанияпроизводит самозапуск двигателей.

Эта стратегия позволяет сохранить некотороенапряжение в звене постоянного тока для последующего перезапуска привода,однако приводит к его остановке. Следует обратить внимание на то, что работаавтоматики может привести к серии кратковременных провалов напряжения,27обусловленных пусковыми токами запускаемых двигателей [9], при этом числопоследовательных провалов будет равно количеству срабатываний реле.Вкачестверешенияпроблемыобеспеченияработоспособностиэлектропривода во время провалов напряжения предлагается вводить в составпривода активный выпрямитель (АВ), поддерживающий напряжение в ЗПТ науровне задания.