CC BY
10
електоомагштна сумкшсть / е1ес1готаапейс сотоаШП
УДК 621.311
О. С. КАТКОВ, В. А. ТОДОРЕНКО, О. I. ТЮРЮТ1КОВ (НТУУ «КП1»)
Нацюнальний техшчний университет Украши «Кшвський полтехшчний ¡нститут», 03056, Кшв, пр-т Перемоги, 37, тел.: (044) 454-94-32, ел. пошта: ikar@fel.ntu-kpi.kiev.ua hte@el.ntu-kpi.kiev.ua
АНАЛ13 ВПЛИВУ СТУПЕНИ ЗАРЯДУ СМНОСТЕЙ КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНО? ПОТУЖНОСТ1 НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЕЛЕКТРОЕНЕРГП У СПОЖИВАЧА
Вступ
Компенсатори реактивно! потужносп (КРП) знайшли свое застосування в системах де дже-рела живлення працюють на шдуктивне або активно-!ндуктивнс навантаження [1].
Особливою рисою традищйних систем компенсацп реактивно! потужносп е те, що величина реактивно! потужносп визначаеться по струму 1 напрут тшьки одше! фази. Такий шд-хщ е прийнятним для електричних систем з си-метричними навантаженням та мережею. Разом з тим на практищ система фазових напруг, на-вантажень, ем ноет 1 компенсуючих конденсато-р1в не е симетричними [2,3].
Аналп лиературних джерел показав, що не-достатньо дослщженим е вплив комутацп компенсуючих емностей на форми напруги на навантаженш та споживаного струму. Разом з тим
до сучасних систем компенсацп реактивнет потужносп ставляться вимоги не лише по вщно-шенню до компенсацп реактивно! потужносп. але а й по забезпеченню споживача електрое-нерпею з визначеними державним стандартом параметрами.
Метою дано! роботи було дослщження впливу при комутащях ступеню заряду компенсуючих емностей на форму напруги мережл живлення. Дослщження проводилося симуля-тивним методом з використанням модел1 КРМ. Фшсащя результат!в забезпечувалась за допо-могою вщповщних пристро!в реестрацн, яи було введено в модель системи, що використо-вувалась в попередшх дослщженнях [2,3].
Моделювання системи з компенсатором реактивноТ потужносп та пристроями фжеа-цн форми напруги та струму в навантаженш
Рис. 1. Модель системи з реестраторами форми напруги та струму на навантаженш
Ид час моделювання було отримано осци-лограми напруги на навантаженш та струму через навантаження. Для цього до модел1 системи, яка шюструе роботу регульованого компенсатора реактивно! потужносп [2], було введено модел1 пристро!в фшеацн осцилограм вщ-повщних електричних величин.
При дослщженш розглядалися три вар1анти початкового стану трифазово! компенсуючо! ем ноет ¡:
• повний розряд вслх трьох секщй компенсуючо! емностц
• повний розряд двох секщй. та заряд одш-е! секцн до напруги вщповщно! фази мережл живлення:
©Катков О. С. та ш„ 2013
електромагжтна сум1сжсть / е!ес^отадпейс сотрайЫШ
• повний розряд од ню секцн, та заряд двох секцн до напруги вщповщних фаз мсрсжп жив-лення.
На першому еташ розглядався випадок, коли перед комутащею емносп повшстю розряджеш.
На рис.2 приведено осцилограми напруги та струму на навантаженш лише в одшй з трьох вшж. Наведеш осцилограми засвщчили, що в момент комутацп трифазово! емносп напруга на навантаженш провалюеться до нульового р1вня.
Щодо форми споживаного струму варто за-значити, що сучасш системи компснсацп реактивно! потужносп використовують на ¡нтсрвал1 комутацп' додатков1 опори малого ном ¡налу. Ц1 опори обмежують амшптуду ¡м пульсу струму при комутацп емностей.
Результата моделювання показали, що ко-мутащя компенсуючих емностей в КРП може спотворювати форму напруги на навантаженш. Для ряду споживач1в ця особливють робота КРП може нести загрозу аварп.
Спотворення форми напруги на навантаженш при комутацп компенсуючих емностей пояснюеться там, що емносп, якл входять до складу компенсатора реактивно! потужносп перед комутащею незаряджеш. Тобто - шдк-лючення компенсуючих емностей до системи можна умовно подшита на два етапи - заряд компенсуючих емностей та безпосередньо ком-пенсащя реактивно! снсргп. що !! споживае на-вантаження.
Виходячи з результата моделювання було зроблено висновок, що комутащя незаряджених емностей е небажаною.
Аналп результат!в моделювання показав не-обхщшеть пошуку шлях1в усунення стрибко-под1бних змш напруги та струму у навантажен-ш при комутацп компенсуючих емностей.
Враховуючи, що сучасш системи компенса-цн е регульованими, то виршення проблеми заряду емностей перед !х комутащею е дуже важливим.
Тому, на шдстав1 дослщжень що описаш в [2, 3], а також вищеописаного моделювання були сформульоваш необхщш критерп. яким мае вщповщати сучасна регульована компенса-цшна установка:
• система керування компенсатором реактивно! потужносп мае враховувати змшу вели-чини та характеру навантаження;
• мае враховуватись розбаланс фазових на-пруг;
• повинна бути рсалпована можливють автоматичного вщключення КРП, якщо вщбувся обрив одше! з фаз живлення;
• величина споживано! навантаженням реактивно! потужносп мае визначатися за стру-мом 1 напругою вах трьох фаз, на вщмшу вщ традицшних систем компенсацн, в яких аналп ведеться лише одше! фази;
• необхщно враховувати стан компенсуючих емностей, тобто контролювати ступшь !х заряду безпосередньо перед комутащею.
На основ! зроблених висновклв. були промо-дельоваш наступш режими робота системи за умови юнування початкового заряду в компенсуючих емностях.
Розглядалися два випадки:
• одна з компенсуючих емностей поперед-ньо заряджена, а дв1 шип розряджеш.
• дв1 емносп попередньо заряджеш.
Даш приведено осцилограми, отримаш в результат! моделювання, описаних вище ситуацш.
На рис.3 приведено осцилограми напруги та струму на навантаженш лише в одшй з трьох в1ток, якл отримаш для вар1анту комутацп емносп у якш одна секщя попередньо заряджеш та дв1 розряджеш.
Якщо проанал!зувати отримаш осцилограми та пор!вняти !х з осцилограмами попередньо! симуляцн (рис.2), то можна побачити, що поча-тковий заряд одше! компенсуючо! ем ноет 1 позитивно вплинув на стрибок напруги та струму у навантаженш в момент комутацп. Але зявив-ся перехщний процес перезаряду емносп у по-чатковий момент часу. Збер1гся провал напруги до нульового значения у фазах де комутуеться незаряджена емшеть. Проте такий провал вщ-сутнш у фаз1, де комутуеться попередньо заряджена емшеть.
Якщо ж говорити про роботу компенсатора реактивно! потужносп, то вона жодним чином не змшилася.
На рис. 4 приведено осцилограми напруги та струму на навантаженш лише в одшй з трьох в1ток, яю отримаш для вар1анту комутащ! ем-
© Катков О. С. таш, 2013
електоомагштна сумкшсть / е!ес1готаапейс сотоаШП
ност1 у якш дв1 секцп попередньо заряджеш а одна розряджена.
Також була промодельована система, в якш попередшй заряд компенсуючих емностей обу-мовлювався значениям напруги живлення в момент комутацн. Оскшьки ем ноет 1 з'еднаш трикутником, то задавати модна початковий заряд для двох з трьох секцш компенсуючих емностей. Попередшй заряд вводився для секцш компенсатора реактивно! потужносп, що комутувались до фаз А та С.
1= ч \
Ч— 1 —А 1 |
ы ь
к— —+ Ч— -/ Ч— —А
3= 3=
г* -/- 2=
Рис. 3. Осцилограми напруги та струму у навантаженш, за умови попередньош заряду одше! з компенсуючих емностей
Рис. 4. Осцилограми напруги та струму у навантажен-ш, за умови, що дв1 компснсук>п емносп заряджеш
Аналгз осцилограм, отриманих на поперед-шх етапах моделювання, вказав з якими почат-ковими зарядами емностей необхщно промоде-лювати систему. Загалом, запропонований пщ-хщ до виршення проблеми стрибклв напруги при комутацн полягае в тому, щоб безпосеред-ньо перед комутащею, напруга на емностях була максимально наближена до напруги на вщ-повщнш фазг Моделювання шдтвердило пра-вильшеть обраного напрямку виршення проблеми стрибкопод1бно! змши напруги на навантаженш при комутащ! компенсуючих емностей. На рис.5 наведено осцилограму напруг на навантаженш по вах трьох фазах.
Рис. 5. Осцилограма напруги на навантаженш по трьом фазам, за умови заряду компенсуючих емностей по фазам А та С
Як видно з осцилограми (рис.5) при комутаци емностей з попередшм зарядом, який вщпо-вщае напруз1 джерела у момент часу безпосе-редньо перед комутащею - деформащя напруги на навантаженш майже вщеутня.
На основ! еимуляцн базово! дослщжувано! системи, характерною рисою яко! е максималь-не зближення величини напруг на навантаженш та на емностях, зроблено висновок, що комуту-вати компенсуючи емносп до системи необхщно в момент часу, коли рпниця м1ж фазною на-пругою та напругою на вщповщнш секцн кон-денсатор1в м1шмальна. Це дозволяе максимально знизити р1вень спотворення форми напруги при використанш КРП.
Висновки
Аналп результат! в еимуляцн показуе можли-вють виникнення режиму роботи, що характери-зуеться збшыпенням амплпудного значения напруги та струму в момент комутащ!. Це негати-вний аспект, який необхщно враховувати при проектуванш вщповщних систем керування компенсатором реактивно! потужносп.
Проведений анал1з впливу роботи компенсатора реактивно! потужносп на форму напруги та струму у споживача показав можливють виникнення суттевих спотворень форми напруги на навантаженш та споживаного струму при використанш класичних схем побудови компенсато-р1в. Це потребуе розробки адаптивних систем керування регульованих КРМ, де забезпечуеться попередшй заряд компенсуючих емностей.
©Катков О. С. та ш„ 2013
електоомагштна cvMicHicTb / electromaanetic comoatibili
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ REFERENCES
1. Катков, А. С. Компенсация реактивной мощ- 1. Katkov A. S. Kompensatsiya reaktivnoy ности компенсаторами на конденсаторных батареях moshchnosti kompensatorami na kondensatornykh [Текст] / А. С. Катков // Зб1рник статей IV МЪкнаро- batareyakh [Compensation of reactive power дно! науково-техшчшн конференцп молодих вчених compensators for capacitor banks]. Zbirnik statey IV «Електрошка-2011». - Кшв, 2011. Mizhnarodnoï naukovo-tekhnichnoï konferentsiï mo-
2. Катков, О.С. Моделювання несиметричних lodikh vchenikh «Elektronika-2011 » [Collection of Arti-рсжи\пв роботи K0MncHc;iT0pÍB реактивно! потужно- cíes IV International Scientific and Technical Conference ctí у cepeдoвищi Simulink пакету Matlab [Текст] / О. о Г Young Scientists "Electronics 2011"], 2011.
С. Катков, В. А. Тодоренко, О. I. Тюрктков // Hay- 2. Katkov O.S., Todorenko V. A., Tyuryutikov О. I.
ковий журнал «Електрифжацш транспорту». - 2011. Modelyuvannya nesimetrichnikh rezhimiv roboti kompen-
-№2. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2011. satoriv reaktivnoï potuzhnosti и seredovishchi Simulink
3. Катков, А. С. Моделирование регулируемых paketu Matlab [Modeling asymmetric modes of reactive конденсаторных компенсаторов реактивной мощно- power compensators in an environment Simulink pack-сти [Текст] / А. С. Катков, В. В. Перекрест, В. A. age Matlab]. Elektrifikatsiya transportu - Electrification Тодоренко, А. И. Тюрютиков II Электромагнитная of transport, 2011, no.2.
совместимость и безопасность на железнодорожном 3. Katkov A. S., Perekrest V. V., Todorenko V. A.,
транспорте: IV Междунар. научно-практической Tyuryutikov A. I. Modelirovanie reguliruemykh konden-
конф., 15-19 февраля 2011 г., пгт. Чинадиево. - Д.: satornykh kompensatorov reaktivnoy moshchnosti [Simu-
ДИИТ, 2011. - 98 с. lation of controlled capacitor reactive power compensators]. Elektromagnitnaya sovmestimost' i bezopasnost' na
Надшшла до друку 29.04.2013. zheleznodorozhnom transporte: IVMezhdunar. nauchno-
prakticheskoy konf, 15-19 fevralya 2011 g., pgt. Chi-
Ключов1 слова: компенсацт реактивно!' nadievo [EMC and safety in railway transport: IV Intern,
потужносп, моделювання, електронш системи, заряд Scientific and Practical Conference., 15-19 February
емностей. 2(ш viUage chinadievo], Dnipropetrovsk, 2011, p. 98.
Внутршнш рецензент Кузнецов В. Г. Зовншшш рецензент. liiripi сшсо П. Д.
В данш статп розглядаеться проблема компенсаци реактивно!' потужносп. Для з'ясування факторт, що впливають на роботу компенсатора реактивно!' потужносп, а також для наочносп отриманих результате дослщження використовувався метод комп'ютерного моделювання електронних систем. Метою даного до-слщження е з'ясування як величина початкового заряду компенсуючих емностей впливае на характеристики електроенергГ! у споживача, зокрема на форму напруги та струму. Було розглянуто трифазну елект-ронну систему, до складу яко! входить регульований компенсатор реактивно! потужносп. Анал1з системи з компенсатором реактивно! потужносп проведено за допомогою додатку Simulink пакету Matlab. Проведено анал1з впливу компенсацшного пристрою на форму струму та напруги у навантаженш, за умов, що перед комутацгёю до системи, компенсуюч1 емносп повшстю розряджеш та два вар1анти попереднього заряду емностей. За результатами моделювання електронно! системи з регульованим компенсатором реактивно! потужносп зроблено висновок, що можливе виникнення суттевих спотворень форми напруги на навантаженш та споживаного струму при використанш класичних схем побудови компенсаторт.
УДК 621.311
А. С. КАТКОВ, В. А. ТОДОРЕНКО, А. И. ТЮРЮТИКОВ (НТУУ «КИИ»)
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», 03056, Киев, пр-т Победы, 37, тел.: (044) 454-94-32, эл. почта: ikar@fel.ntu-kpi.kiev.ua hte@el.ntu-kpi.kiev.ua
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ СТЕПЕНИ ЗАРЯДА ЕМКОСТЕЙ КОМПЕНСАТОРА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ У ПОТРЕБИТЕЛЯ
В данной статье рассматривается проблема компенсации реактивной мощности. Для выяснения факторов, влияющих на работу компенсатора реактивной мощности, а также для наглядности полученных результатов исследования использовался метод компьютерного моделирования электронных систем. Целью данного исследования является выяснение как величина начального заряда компенсирующих емкостей влияет на характеристики электроэнергии у потребителя, в частности на форму напряжения и тока. Были рассмотрены трехфазную электронную систему, в состав которой входит регулируемый компенсатор реактивной мощности. Анализ с компенсатором реактивной мощности проведен с помощью приложения Simulink пакета Matlab. Проведен анализ влияния компенсационного устройства на форму тока и напряжения в нагрузке, при условии, что перед коммутацией в систему, компенсирующие емкости неработоспособны и два варианта предварительного заряда емкостей. По результатам моделирования электронной системы с регулируемым компенсатором реактивной мощности сделан вывод, что возможно возникновение существенных искажений формы напряжения на нагрузке и потребляемого тока при использовании классических схем построения компенсаторов.
Ключевые слова: компенсация реактивной мощности, моделирование, электронные системы, заряд емкостей.
Внутренний рецензент Кузнецов В. Г. Внешний рецензент Андриенко П. Д.
©Катков О. С. таíh., 2013
електромагжтна сум1сжсть / electromagnetic compatibilil
UDC 621.311
A. S. KATKOV, V. A. TODORENKO, A. I. TYURYUTIKOV (NTU "KPI")
National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", 03056, Kyiv, 37 Peremogy Ave, tel.: (044) 454-94-32, e-mail: ikar@fel.ntu-kpi.kiev.ua hte@el.ntu-kpi.kiev.ua
ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF THE DEGREE OF CHARGE CAPACITIES OF REACTIVE POWER COMPENSATOR ON THE CHARACTERISTICS OF ELECTRICITY CONSUMERS
This paper addresses the problem of reactive power compensation. To determine the factors that affect the reactive power compensator, and for clarity the results study the method of computer simulation of electronic systems. The purpose of this study is to clarify how the value of the initial charge compensating capacitances affect the characteristics of electricity consumers, particularly in the form of voltage and current. Were considered three-phase electronic system comprising an adjustable reactive power compensator. The analysis of the compensation of reactive power held by application package Simulink Matlab. The analysis of the impact of the compensation device to shape current and voltage in the load, provided that before switching to the system, compensating capacitance is fully discharged and the two previous versions of the charge volume. According to the simulation of electronic systems with variable reactive power compensator concluded that may cause significant distortions form the load voltage and current consumption when using the classical scheme of the compensators.
Keywords: reactive power compensation, simulation, electronic systems, capacitors charge.
Internal reviewer Kuznetsov V. G. External reviewer Andrienko P. D.
Шановш колеги!
Фах1вцями кафедри "Електропостачання зал1зниць"
Дншропетровського нацюнального ушверситету зал1зничного транспорту ¿м. ак. В. Лазаряна шдготовлена до друку монография
ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ В ГОСПОДАРСТВ1 ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ЗАЛВНИЧНОГО ТРАНСПОРТУ
ДЕНИСЮК С. П., КУЗНЕЦОВ В. Г., СИЧЕНКО В. Г., КРУПИН-СЬКИИ О. М. Навчальний поЫбник. - Дн-ськ: Вид-во Маковецький, 2013.-416 с.
У навчальному поабнику висв1тлеш питания розвитку енергозбереження в тягових мережах зал1зничного транспорту, мехашзми регулювання вщносин у сфер1 енергозбереження в Свропейському союз1 1 в Укршш. Наведеш вщомосп про основи енергетичного менеджменту та нормування витрат паливно-енергетнчннх ресурс! в, описано методолопю енергетичного аудиту дистанщй електропостачання. Детально розглядаються питания розрахунку втрат електроенергп в елементах системи тягового електропостачання та напрямки енергозбереження в господарст енергопостачання зал1зничного транспорту.
Поабник призначений пращвникам електрифшованих зал1зниць, може бути корисним проектувальникам, викладачам вищих навчальних заклад1в 1 техшкум1в, а також студентам, що навчаються за спещальшстю "Електрифшащя зал1зниць". _За довщками звертатись у редколепю._
©Катков О. С. таш., 2013 ISSN2307-4221 Електрифтащя транспорту, № 6. - 2013.
