CC BY
14
УДК 621.3
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В СИСТЕМАХ С ДУГОВЫМИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫМИ ПЕЧАМИ
В.И. Зацепина, О.Я. Шачнев
Рассмотрено использованиеметодов статистического анализа и обработки данных в системах электроснабжения с резкопеременным характером нагрузки на примере индикаторов Боллинджера. При их внедрении в систему управления статическими компенсаторами реактивной мощности увеличивается скорость реакции на амплитудные колебания мощности дуговой сталеплавильной печи и обеспечивается снижение несимметрии напряжения на точках присоединения СТАТКОМа.
Ключевые слова: металлургия, резкопеременные нагрузки, статистический анализ, индикатор Боллинджера, несимметрия напряжений.
Существующие металлургические предприятия широко используют электросталеплавильный способ получения металла. Несмотря на многие достоинства данного способа, возникает комплекс вопросов по обеспечению приемлемого качества электроэнергии в системе электроснабжения, так как для дуговых сталеплавильных печей характерны резкопеременные нагрузки. Негативное воздействие печей достаточно широко отражено во многих изданияхи публикациях [1, 2, 3].
Эффективным средством нейтрализации негативных воздействий резкопере-менных нагрузок является применение статических компенсаторов реактивной мощности (СТАТКОМ). Они улучшают качество электроэнергии в энергосистеме за счет компенсации реактивной мощности и регулирования напряжения на прилегающей шине. В системах электроснабжения с дуговыми сталеплавильными печами обычно применяются многоуровневые бестрансформаторные СТАТКОМы, подключаемые непосредственно на шины среднего напряжения от 6 до 35 кВ [4, 5].
Для повышения эффективности функционирования СТАТКОМа и быстроты реагирования на скачки мощности дуговой сталеплавильной печи целесообразно в блоке управления СТАТКОМа использовать алгоритм, основанный на методах статистического анализа данных в режиме реального времени. В первую очередь, необходимо: смоделировать систему электроснабжения, получить мощностной график нагрузки дуговой сталеплавильной печи, а затем провести статистический анализ полученных данных и, наконец, сделать соответствующие выводы. Рассмотрим систему электроснабжения, выполненную в программной среде MatlabSimulink, изображенную на рис. 1. Модель содержит в себе ключевые элементы: дуговая сталеплавильная печь, система СТАТКОМ и шина среднего напряжения, регулируемая СТАТКОМом.
Работу дуговой сталеплавильной печи моделируют блоки "UniformRandomNumber", "ControlledCurrentSource", "Ground", "Three-PhaseSeriesRLCLoad". Результирующий график нагрузки перенесём в программу Microsoft Excel (рис. 2). Отметим, что мощностной график нагрузки содержит очень большое число точек ввиду специфики резкопеременной нагрузки, поэтому в MicrosoftExcetöbrn перенесен график с временным интервалом t = [0...0,02].
На полученный график (рис. 2) наложим индикаторы Боллинджера, которые являются осциллирующим индикатором, включающим в себя среднюю составляющую параметров, верхнюю и нижнюю скользящие. Средняя составляющая - это среднее значение за определённый интервал времени, которая определяется по формуле (1)
I(n, • Si)
W(n)=^-, (1)
I ni
i=1
где ni- рассматриваемый период; Si- значение мощности в i-й период.
Верхние и нижние составляющие являются скользящей средней с прибавлением (верхняя скользящая) или вычетом (нижняя скользящая) стандартного отклонения и рассчитываются по формуле (2)
I(п •
^ 2(п) = ± а = -±
I & -
, (2)
N
где а - стандартное отклонение; 5 - выборочное среднее значение мощности за период N N - выбранный период.
Благодаря индикаторам Боллинджера возможно спрогнозировать возможность падения или роста графика (рис. 2). Если график приближается к границе верхней скользящей, то направление графика изменится к средней (центральной) скользящей, и, наоборот, если график коснётся или приблизится к нижней скользящей, то он неуклонно устремится к нормали. Стандартный блок управления системы СТАТКОМ реагирует на конкретные значения колебания мощности, то есть, при определённом значении даётся команда об отдаче или потреблении реактивной составляющей из сети.Если за счёт индикатора Боллинджера спрогнозировать поведение графика потребления,то при пересечении верхней или нижней составляющей (рис. 2) можно дать команду об увеличенной отдачи или потреблении в сети реактивного тока.
Для наглядности изобразим векторную диаграмму работы СТАТКОМа на
рис. 3.
На векторной диаграмме И1 - напряжение прямой последовательности, и2 -напряжение обратной последовательности. Поддержание напряжения в точках подключения СТАТКОМа осуществляется за счёт генерации реактивного тока 11 прямой после-
довательности и соответствующего вектора напряжения 11 • Х8. Аналогично, для уменьшения значения обратной последовательности используется 12 с соответствующим век-
тором напряжения 12 • Х8 . Результирующим вектором напряжения является [6]. В случае использования линий Боллинджера в блоке управления добавляются дополнительные вектора 1ы • Х8 прямой последовательности и 1м • Х8 обратной последовательности. Результирующим является . Наглядно видно, что угол между вектором прямой последовательности и1 и результирующим вектором существенно меньше по сравнению с результирующим вектором . Это говорит о том, что уровень несимметрии напряжения значительно снизился, что положительно сказывается на качестве электроэнергии в системе электроснабжения.
Таким образом, использование СТАТКОМа в электросталеплавильных металлургических производствах позволяет не только регулировать напряжение, но и увеличивать пропускную способность сети, оптимизировать потоки мощности, улучшать форму кривой напряжения, что является основополагающим для производства качественной продукции.
При модернизации блока управления системы СТАТКОМ, где будет применятся статистический анализ получаемых данных, уровень несимметрии напряжения достигнет минимальных значений, нежели при непосредственной реакции на выводимые значения мощности, а также увеличится быстродействие, за счёт заблаговременной реакции системы СТАТКОМ на мощностные амплитудные возмущения.
=1
vxmud2ddHeodiuxdif£
Работа выполнена в рамках научного проекта № 17-48-480083 при финансовой поддержке РФФИ и администрации Липецкой области.
Список литературы
1. Зацепин Е.П., Зацепина В.И. Качество электрической энергии по напряжению в системах электроснабжения металлургических предприятий //Вести Высших учебных заведений Черноземья. Научный журнал. Липецк, 2013. №1. С. 21-25.
2. Зацепин, Е.П., Зацепина В.И. Минимизация провалов напряжения при совместной работе группы дуговых сталеплавильных печей // Промышленная энергетика. №1. 2009. C. 22-24.
3. Зацепин Е.П., Шачнев О .Я. Особенности анализа резкопеременных нагрузок в системах электроснабжения // Вести высших учебных заведений Черноземья. Научный журнал. Липецк, 2015. № 2. С. 17-22.
4. Пешков М.В. Технические средства регулирования напряжения и потоковак-тивной и реактивной мощности в линиях электропередач // Вторая научно-техническая конференция молодых специалистов электроэнергетики. Сборник докладов. М., 2003. C. 114-117.
5. Зацепин Е.П., Зацепина В.И., Шачнев О.Я. Анализ применения FACTS-устройств в системах с резкопеременными нагрузками // Вести высших учебных заведений Черноземья. Липецк, 2015. №4. C. 21-26.
6. Пешков М.В. Разработка и исследование системы управления статическим компенсатором реактивной мощности типа СТАТКОМ для электроэнергетических систем / дис. ... канд. техн. наук.г. М., 2009. С. 10.
Зацепина Виолетта Иосифовна, д-р. техн. наук, проф., vizats@,gmail.com, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет.
Шачнев Олег Ярославович, аспирант, sh. ol.ya@yandex. ru, Россия, Липецк, Липецкий государственный технический университет.
THE USE OF STA TISTICAL ANALYSIS METHODSIN SYSTEMS WITH ELECTRIC ARC FURNACES
V.I. Zatsepina, O.Y. Shachnev
The paper considers the use of statistical analysis and data processing in power systems with abruptly variable nature of the load on the example of Bollinger indicators. When introduced in the control system of static var compensator increases the reaction rate on the amplitude of power fluctuations of the electric arc furnace and provides a reduction in voltage unbalance at the connection points of STATCOM.
Key words: metallurgy, abruptly variable load, statistical analysis, Ballinger, the voltage unbalance.
Zatsepina Violetta Iosifovna, doctor. of technical sciences, professor, vizats@gmail. com, Russia, Lipetsk, Lipetsk state technical University,
Shachnev Oleg Yaroslavovich, postgraduate, sh. ol. ya@yandex. ru, Russia, Lipetsk, Lipetsk state technical University
УДК 621.3
АНАЛИЗ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ
В.М. Степанов, В.С. Косырихин
Проанализированы существующие схемы электрических сетей на промышленных предприятиях. Даны рекомендации для повышения эффективности их использования.
Ключевые слова: электрические сети, трансформатор, электроприёмник.
Сети промышленных предприятий разделяют на:
1) цеховые сети, питающие цеховые приёмники электроэнергии (силовые и осветительные);
2) распределительные сети предприятий, питающие цеховые трансформаторные подстанции или другие преобразовательные установки.
Распределительная сеть предприятия может питаться от понизительных подстанций предприятия, подключённых к распределительной (например, районной) сети энергосистемы, от собственных электростанций предприятия, от РУ, подключённых непосредственно (без трансформации напряжения) к сетям или к электростанциям энергосистемы.
Каждая сеть может иметь одно или несколько питающих устройств -источников активной и реактивной мощности.
Основными элементами сети являются линии, распределительные узлы, узлы ответвления.
Основным элементом линий являются проводники (провода, кабели, тины, комплектные шинопроводы и др.).
В распределительных узлах размещают коммутационные и защитные аппараты линий, а при необходимости также контрольные и измерительные приборы. Линии присоединяют с помощью коммутационных аппаратов к сборочным шинам.
Сети различных классов напряжений и родов тока могут быть энергетически связаны между собой через трансформаторные или преобразовательные установки. Сеть, не связанная с другими сетями, является обособленной.
Сети делятся на:
1) незамкнутые;
2) замкнутые.
Незамкнутые (открытые, разомкнутые) сети не образуют замкнутых контуров. Такие сети имеют один основной источник питания, подключённый к одному из узлов сети. Большое число источников питания превращает сеть в замкнутую, так как тогда появляется по меньшей мере одна линия, соединяющая источники между собой. От источника до какого-либо приёмника, присоединённого к сети, можно проследить только один путь передачи энергии. Определённость нагрузок каждой линии позволяет после несложных расчётов выбирать проводники линий, аппараты распределительных узлов и параметры срабатывания аппаратов защиты. Избирательность защиты достигается без применения каких-либо специальных мер. Из-за отсутствия параллельных ветвей токи КЗ в таких сетях относительно невелики и легко поддаются регулированию.
