CC BY
86
2. Ключев В.И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Изд-во Энергия, 1971. 320 с.
3. Садовский Л.А., Черепков A.B. Разработка математической модели вентильно-индукторного привода // Сб. науч. трудов/ МЭИ. 1997. №675.
Нгуен Чонг Хай, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
MODELING OF TRANSIENT PROCESSES WITH SWITCHER REL UCTANCE MOTORS
N.T. Hai
The article presents the development of mathematical models of electromechanical systems with switched reluctance motors. The application of switcher reluctance motor in the-system electric of elevator installation.
Key words: mathematical model, switcher reluctance motor, efficiency.
Nguyen Trong Hai, postgraduate, tronghai0321@gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.3
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
В.М. Степанов, И.М. Базыль
Рассмотрены основные направления эффективности функционирования электротехнических устройств систем электроснабжения. Проводится обобщение и анализ конструктивных схем и методов расчета параметров и надежности электротехнических устройств электропитающих систем, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии.
Ключевые слова: электроснабжение, энергоэффективность, надежность систем электроснабжения, потери электрической энергии, провалы напряжения.
Совершенствование существующих и создание новых технических решений по технологии и устройствам, обеспечивающим снижение потерь электрической энергии в электропитающих системах, развивают методологию и научный аппарат рационального управления их режимами работы.
Потери электрической энергии в электропитающих системах вызваны в основном характеристиками гармонических составляющих электрической энергии и провалами напряжений, которые формируют электропотребители промышленных предприятий и городского электрохозяйства. Величина потерь электрической энергии достигает 25...30 %, что приводит к снижению эффективности технологического и электромагнитного характера, а следовательно, к сокращению срока службы электрооборудования и нарушению нормального хода технологических процессов потребителей.
Поэтому, компенсация реактивной мощности, вызванной высшими гармониками электрической энергии, и, провалов напряжений в комплексе, путем определения рациональных параметров электротехнических систем, обеспечивающих требуемый уровень эффективности функционирования электропитающих систем, на основе топологии их распределения и закономерностей формирования управляющих воздействий, для гибкого управления ее динамикой и режимами работы электроэнергетической системы, является актуальной научной задачей.
Для повышения эффективности функционирования электропитаю-щих систем путем обоснования рациональных параметров электротехнических устройств, обеспечивающих требуемый уровень компенсации реактивной мощности и провалов напряжений в комплексе, топологии их распределения и закономерностей формирования управляющих воздействий для гибкого управления ее динамикой и режимами работы, необходимо:
провести анализ конструктивных схем, методов расчета параметров и надежности электротехнических устройств и способов управления режимами работы электропитающих систем и условий их эксплуатации.
определить функциональные связи, учитывающие в комплексе формирование реактивной мощности и провалы напряжения и их влияние на потери электрической энергии в электропитающих системах.
разработать математическую модель формирования топологии и управляющих воздействий в электропитающих системах, учитывающих в комплексе характеристики реактивной мощности и провалы напряжений, обеспечивающих эффективное функционирование электротехнических устройств и снижение потерь электрической энергии.
обосновать рациональные режимные параметры и гибкую динамику топологии управления электротехническими устройствами электропитающих систем для снижения потерь электрической энергии.
определить условия реализуемости конструкционной и функциональной надежности электротехнических устройств, обеспечивающих рациональные режимы работы и распределение электроэнергии электропитающих систем.
разработать методику определения рациональных параметров электротехнических устройств электропитающих систем, структуры и топологии управления ее режимами работы.
численные и экспериментальные исследования режимов работы электротехнических устройств и электропитающих систем при применении разработанных технических решений по управлению переходными процессами в процессе их эксплуатации.
Это позволит достичь требуемого уровня надежности функционирования электропитающих систем на основе эффективного закона и структуры управления переходными процессами электротехнических устройств, которые основаны на применении теории электрических цепей, автоматического управления, теории надежности технических систем, вероятностей и математической статистики, численных методов и экспериментальных исследований с применением ЭВМ.
Проводится обобщение и анализ конструктивных схем и методов расчета параметров и надежности электротехнических устройств электро-питающих систем, обеспечивающих снижение потерь электрической энергии.
При рассмотрении функционирования системы электроснабжения, анализируемая подстанция состоит из двух систем шин, питающихся от независимых источников Е1 и Е2.[5] Приведенные сопротивления питающей системы в этих точках будут соответственно 7с1 и 7с2 . Сопротивления нагрузок каждой из секций шин обозначим соответственно 7н1 и 7н2 . Сопротивление нагрузки второй секции шин 7н2 постоянно. Сопротивление 7н1 изменяется во времени и характеризует переходные режимы в электрической системе, например, одновременное включение группы электродвигателей или короткое замыкание на отходящем фидере. С помощью этого сопротивления моделируется бросок потребления тока на второй секции шин. На рис. 1 - 4 показаны параметры бросков тока на секциях шин, приводящих к провалам напряжения в электропитающей системе [6].
При анализе рассмотрены схемы распределения электрической энергии 0,4кВ и 6(10) кВ, распределительные сети и узлы нагрузки, физические процессы, их характеристики и методы моделирования переходных процессов в электропитающих системах.
Выборочные измерения проводились с целью: определения характера и диапазона изменений действующих и мгновенных значений напряжений и токов, активных и реактивных мощностей, коэффициентов мощности по всем фазам, спектральных составов напряжений и токов на электрических подстанциях и отдельных электроустановках; выполнения ком-
пьютерной обработки результатов регистрации и их анализ; представления и документирования результатов обследования; формирования предложений по улучшению качества потребляемой электрической энергии.
I, ' 1,0
0.8
0,6
0.4
0,2
--1-1-1-1-1-1-1-1-1-1--
О 0,2 0.4 0,6 0,7 1 I, с
Рис. 1. Бросок тока на первой секции шин
иФ 1
0,9 0,8 0,7
Рис. 2. Провал напряжения на первой секции шин
Основным инструментом обследования являлся интеллектуальный (микропроцессорный) анализатор количества и качества энергии ЛЯ5-Ь фирмы С1ЯСИТОЯ (Испания). Этот аппарат включен в Госреестр средств измерений РФ. Для измерения токов без прерывания электрических цепей использовались токовые клещи СР-200 и СР-2000 (Испания), которые совместимы с ЛЯ5-Ь.
В результате анализа установлено, что одними из основных факторов, снижающих эффективность функционирования электропитающих систем, являются провалы напряжений и гармонические составляющие, которые приводят к высокому уровню потерь электрической энергии, особенно в узлах одновременного их формирования.
MULTIGRAPHIC
1411.STD (Voltage: Phase 1) 1411.STD (Voltage: Phase 2) 1411.STD (Voltage: Phase 3)
15:00 18:00 21:00 Thu 8 3:00 6:00 9:00 12:00
Wed 7 Sep 2011 Date of sample
Selected Variable: 1411.STD (Voltage: Phase 1) Act: 07.09.2011 13:47:00 From : 07.09.2011 13:47:00 To : 08.09.2011 12:42:00
Act: 222 (V) Maximum : 241 (V) Minimum : 218 (V)
Рис. 3. Изменение фазных напряжений во времени
Анализ физических процессов и их характеристик проведен как на базе существующих достижений, так и дополнительных их исследований в электропитающих системах ОАО «Конструкторское бюро приборостроения», ОАО «Трансмаш», ЗАО «Алексинская энергосетевая компания» и ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет». В результате анализа установлено, что при одновременном формировании провалов напряжения и гармонических составляющих тока увеличивается потребление реактивной мощности из сети. Причем минимальное напряжение наблюдается при t=0,3...0,6 с. с минимально действующим напряжением 0,682ин, а также определены характер и диапазон изменения действующих и мгновенных значений напряжений и токов, активных и реактивных мощностей, коэффициентов мощности по всем фазам, спектральный состав напряжений и токов на электрических подстанциях и отдельных электроустановках. На частотах выше 1000 Гц в системах электроснабжения формировались признаки резонансных явлений, которые значительно увеличивали действующие значения напряжений гармоник резонансных частот. Поэтому необходим комплексный учет провалов напряжений и компенсации реактивной мощности, что позволит обеспечить резервирование по накоплению и восстановлению напряжения.
На основании измерений напряжений и токов по трем фазам рассчитываются значения полной мощности, активной мощности, коэффициент мощности и ряда других параметров, приведенных на рис. 4.
При оценке эффективности конструктивных схем учитывалась их разрешающая способность и возможность ограничения провалов напряжения и гармонических составляющих в комплексе.
Одним из современных методов формирования структуры функциональных связей конструктивной схемы, обеспечивающего требуемый уровень разрешающей способности и ограничения провалов напряжения и гармонических составляющих в комплексе, является нейронная сеть в сис-
теме рационального управления энергетическими потоками на основе реакции энергетического потока на изменение состояния анализируемой электропитающей сети и базовых связей наиболее адаптируемыми являются однолинейная схема регулируемой конденсаторной установки с блоком управления АРБК и структурные схемы восстановления провалов напряжений в комплексе.
напряжения би„,Х (п. 5.2 ГОСТ 13109-97}
Нормативное значение (уставка) Б иу,% Результаты измерений 5 Уу,% Соответствие норме
5иу,% Т,,% т2,% гка
тк+> Т2(+) Т2Н
< е Норм, доп. верхн. 5 95% 6,27 35.18 35.18 Н НЕТ О
нижн. -5 95% 2.82 0,00
Пред. доп. наиб. 10 наиб. 6,74 0.00 0,00
наим. -10 наим. 2,30 0,00
© Норм, доп. верхн. 5 95% 5.54 15.43 15.43 ■ НЕТ О
нижн. -5 95% 2,12 0,00
Пред. доп. наиб. 10 наиб. 6.00 0.00 0,00
наим. -10 наим. 1,57 0,00
о Норм, доп. верхн. 5 95% 5.52 14,44 14,44 ■ НЕТ О
нижн. -5 95% 2.38 0.00
Пред. доп. наиб. 10 наиб. 6.00 0,00 0.00
наим. -10 наим. 1,87 0.00
¡Скидка (надбавка), %[ 4% | Усреднение Ч^и Ч2ф,% | 21.68 | 0,00 [ Табл 2. Количество провалов
Таблица 3. Коэффициент [п.5.4.1 ГОСТ 13109-97)
синусоидальности кривой напряжения Ки, %
Нормативное значение Ку,% Результаты измерений Кд,% Соответствие норме
Фаза А Фаза В Ф аза С
Ки,% 1,,% Т2.% Ки,% т,.% т2.% Ки,% т,.% ч2,%
Норм. 8 95% 2.80 0,00 95 % 2.48 0.00 95 % 2,65 0,00 О ДА О
Пред. 12 наиб. 3,08 0.00 наиб. 2,75 0,00 наиб. 2.98 0.00
Табл Коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности К2
Нормативное значение К2и,% Результаты измерений К2и.% Соответствие норме
К2и,% чу,% т2,%
Норм. ДОП. 2.00 95% 0.23 0,00 О ДА 0
Пред: доп. 4,00 наиб. 0,28 0,00
Скидка (надбавка) к тарифу, %
(п. 5.5.1 ГОСТ 13109-97)
Табл 5. Коэффициент несимметрии напряжении по нулевой последовательности Кд
Нормативное значение К0и,% Результаты измерений Кои,% Соответствие норме
кои,% ъ т2,%
Норм. доп: 2.00 95% 0,00 0.00 О ДА О
Пред. доп. 4,00 наиб. 0,02 0.00
Скидка (надбавка) к тарифу, %
)п.5_5.2 ГОСТ 13109-97)
00:00:00 02:00:00 04:00:00 08:00:00 08:00:00 10:00:00 12:00:00 14:00:00 16:00:00 18:00:00 20:00:00 22:00:00 00:00:01
Рис. 4. Результаты суточных измерений и проверка ПКЭ на соответствие нормам ГОСТ 13109-97
4- 14 ПР 2П11 17 1С-ЛР
Поэтому необходимо на данном этапе разработать новые технические решения, обеспечивающие требуемый уровень разрешающей способности и ограничения провалов напряжения и гармонических составляющих в комплексе для эффективного снижения потерь электрической энергии в электропитающих системах.
Список литературы
1. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок [Текст] / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин, В.А. Яшков. М.ф: Высшая школа, 2001. 336 с.
2. Князевский Б.А. Электроснабжение промпредприятий [Текст]: учебник для вузов / Б.А. Князевский, Б.Ю. Липкин. М.: Высшая школа, 1986. 400 с.
3. Чепмэн Д. Провалы напряжения [Текст]/ Д. Чепмэн// Электроцех. 2007. №8. С. 46-50.
4. ГОСТ 13109 - 97. «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».
5. ГОСТ Р51317.4.11 -2007 (МЭК 61000-4-11:2004) 2008. Совместимость технических средств электромагнитная. Устойчивость к провалам, кратковременным прерываниям и изменениям напряжения электропитания: Требования и методы испытаний.
6. Степкина Ю.В. Использование программного комплекса для оценки показателей структурной надежности схем электроснабжения промышленных предприятий [Текст] / Ю.В.Степкина, А. А. Гришкевич // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: Труды 2 Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Тольятти, 16-18 мая 2007. Ч. 1. С. 187-189 с.
7. Аракелян А.К. Анализ провалов напряжения при пуске электродвигателей с вентиляторной нагрузкой [Текст] / А.К.Аракелян, А.Г. Калинин // Электричество. 2011. № 6. С. 46-50.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Базыль Илья Михайлович, канд. техн. наук, асс., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE EFFICIENCY OPERA TION OF ELECTRICAL DEVICES POWER SYSTEMS
V.M. Stepanov, I.M. Bazyl
The main directions of the efficiency of electrotechnical systems of power supply systems. Held compilation and analysis of design concepts and methods of calculation parameters and reliability of electrical devices to electric systems that reduce electric energy losses.
Key words: power supply, reliability, reliability of power supply systems, hardwaresoftware system.
Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical science, professor, head the department, energy@tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Bazyl Ilia Michailovich, candidate of technical science, assistant, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
