CC BY
22
Полученные выводы также подтверждаются ре- сти и тока в программном пакете МаАаЬ. Результаты
зультатами моделирования статических и астатиче- статьи могут быть полезны специалистам при наладке
ских систем АЭП с П, ПИ и ПИД-регуляторами скоро- и настройке и эксплуатации АЭП постоянного тока.
Библиографический список
1. Сартаков В.Д., Пидченко Д.С. Функциональный синтез виях Сибири». Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008.
системы электропривода с отрицательной обратной связью 2. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода:
// Материалы Всерос. науч.-практ. конф. «Повышение эф- учебник для вузов. М.: Энергоиздат, 1981. 576 с., ил. фективности производства и использования энергии в усло-
УДК 621.311.001
ОПЕРЕЖАЮЩАЯ КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ, ПОТРЕБЛЯЕМОЙ ЭЛЕКТРОПРИЕМНИКОМ ИЗ ПИТАЮЩЕЙ СЕТИ
© Н.Н. Солонина1, К.В. Суслов2, А.С. Смирнов3
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Компенсация реактивной мощности, потребляемой приемником, является важной задачей электроэнергетики. В реальных условиях реактивная мощность приемника непрерывно изменяется, и для достижения хорошей компенсации необходимо своевременно регулировать реактивную мощность компенсирующего устройства. Предлагается самонастраивающаяся система компенсации, где регулирование мощности компенсирующего устройства производится с учетом ожидаемого потребления реактивной мощности. Прогноз потребления осуществляется по измеренным значениям реактивной мощности с использованием рядов Тейлора. Ил. 4. Библиогр. 3 назв.
Ключевые слова: реактивная мощность; компенсация реактивной мощности; SmartGrid; системы электроснабжения.
ADVANCE COMPENSATION OF REACTIVE POWER CONSUMED BY AN ELECTRICAL RECEIVER FROM SUPPLY MAIN
N.N. Solonina, K.V. Suslov, A.S. Smirnov
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
Compensation of reactive power consumed by an electrical receiver is an important task of electrical engineering. In actual environment the reactive power consumed by the electrical receiver is constantly changing. To achieve good compensation it is necessary to adjust the reactive power of a compensating device in proper time. The authors propose a self-adjusting compensation system, where the adjustment of compensating device power is performed with regard to the expected consumption of reactive power. The consumption is forecasted by the measured values of reactive power using Taylor series. 4 figures. 3 sources.
Key words: reactive power; reactive power compensation; Smart Grid; electric power supply systems.
Ранее [1-3] авторами был предложен перспективный путь повышения качества электроэнергии, сущность которого состоит в том, чтобы всю систему или ее фрагмент поставить в режим резонанса, когда току основной частоты, направленному от источников к приемникам, обеспечено минимальное сопротивление, а для токов высших гармоник - максимально воз-
можное.
Одним из компонентов такой фильтрации может явиться опережающая компенсация реактивной мощности (ОКРМ), осуществляемая с помощью компенсирующих устройств, например, с помощью конденсаторов. Для упрощения рассуждений, да и для пользы дела, будем стремиться к полной компенсации, когда
1Солонина Нафиса Назиповна, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и электротехники, тел.: 89500846006, e-mail:[email protected]
Solonina Nafisa, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Power Supply and Electrical Engineering, tel.: 89500846006, e-mail:[email protected].
2Суслов Константин Витальевич, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и электротехники, тел.: 89148704673, e-mail: [email protected]
Suslov Konstantin, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Power Supply and Electrical Engineering, tel.: 89148704673, e-mail: [email protected]
3Смирнов Анатолий Серафимович, кандидат технических наук, доцент кафедры электроснабжения и электротехники, тел.: 89027673385, e-mail: [email protected]
Smirnov Anatoly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Power Supply and Electrical Engineering, tel.: 89027673385, e-mail: [email protected]
ток и напряжение на входе приемника совпадают по фазе, в питающем токе нет реактивной составляющей и, следовательно, нет потерь активной мощности по передаче в приемник реактивной мощности.
Традиционно мощность компенсирующего устройства 0К остается постоянной и численно (по модулю) равной расчетной реактивной мощности 0Р, но противоположного знака. Как правило, промышленные приемники потребляют реактивную индуктивную мощность, следовательно, компенсирующее устройство должно потреблять реактивную емкостную мощность. Недостаток этого способа заключается в том, что реально реактивная мощность приемника 0ПР не остается постоянной во времени. Если 0ПР отличается от то нарушается условие полной компенсации и из питающей сети будет поступать реактивный ток, который сопровождается потерями активной мощности в питающей сети.
Более гибким способом является регулируемая ступенчатая компенсация реактивной мощности (СКРМ). Для этого через равные промежутки времени определяется потребляемая реактивная мощность 0ПР, и на этой основе устанавливается модуль компенсирующей реактивной мощности 1= 0ПР. Этот способ предполагает, что 0ПР(0 со временем изменяется строго по ступенчатому закону и перестройка
мощности 0К осуществляется именно в момент перехода 0ПР с одной ступени на другую. Последнее требование является трудновыполнимым технически.
Поясним сказанное временными диаграммами работы СКРМ. Рассмотрим идеальный случай ступенчатой компенсации реактивной мощности (рис.1).
Как видно из рис. 1, если изменение реактивной мощности потребителя и компенсатора происходит синхронно, то их алгебраическая сумма равна нулю. Очевидно, что на практике наблюдается несколько иная картина.
На рис. 2 представлен реальный случай ступенчатой компенсации.
Из диаграммы О (А) видно, что в отдельные отрезки времени компенсация нарушается и приемник потребляет реактивную мощность того или иного знака из питающей сети, что сопровождается потерями активной мощности в питающих проводах.
В общем случае зависимость Осоп() при большом количестве потребителей реактивной мощности является достаточно плавной функцией, отличающейся от ступенчатой функции.
Постановку задачи и путь ее решения рассмотрим с помощью диаграмм, приведенных на рис. 3.
Рис. 1. Идеальный случай ступенчатой компенсации: Осоп$) - потребляемая реактивная мощность;
&отр(1) - регулируемая реактивная мощность ступенчатого компенсатора; О = Qcons + Осотр - алгебраическая сумма реактивных мощностей потребляемой и компенсирующей; &оп/А), Осоп«(А ), бсоя/А) - соответственно значение потребляемой реактивной энергии в моменты времени А0, , А2; Осотр (А0 ), Осотр (А ), Осотр (А ) - соответственно значение реактивной мощности
компенсатора в моменты времени А0, А, А
о
£?со/н('о) Я сот ' ' )
всотп ('о )
атр 01 )
Qcom (О
О-сотр (О
t2
Рис. 2. Реальный случай ступенчатой компенсации
Рис. 3. Общий случай опережающей компенсации: М - интервал измерений; ), ), ) - значения
ОсопХ^) в моменты времени ^ = ¿0, / = , / = , полученные экспериментально;
QCOйН— М) - значение Осо„) > полученное теоретически (будущее значение);
2
О (/) - результирующая мощность на интервале [ ¿0, ^ ]
t
t
t
0
1
3
Пусть в результате текущих измерений потребляемой реактивной мощности получены значения
в точках А = А_2, А = ^, А = А0, отстоящих друг от друга на временной интервал ДА. На основе этих данных требуется с опережением установить необходимое значение регулируемой компенсирующей мощности.
Примем ее по модулю равной мощности О&оиж(0 в момент времени, находящейся в середине интервала времени от А0 до ^. Для определения
Осоя^о +1 ДА) воспользуемся разложением функции Осои/О в ряд Тейлора, из которой следует, что при известном значении = А0) значение этой
1 .
функции в точке А = А0 + —ДА определится следую-
Qcons (t0)
Qcons (to) Qcons (t0) _
Qcons (t0 ) Qcons (t—1 ) .
At '
Qcons (t-1 ) - Qcons(t-2)
At
Qcons (t0 ) — Qcons (t-1 )
At
2
щим образом:
Осо^(А0 + 1 Д) = О^о) + О!/^ Д) +
+ О^(Ао)(1 ДА )2.
Производные определяем по следующим приближенным выражениям:
На рис. 3. показано найденное таким образом значение Qmns(t о +1 At) и, соответственно,
\QCOmp\(t = to) = Qcons (t0 + 1 At) ^Qcomp (to) . Из рисунка видно, что результирующая реактивная мощность близка к нулю. Аналогично процедура повторяется для каждого последующего момента времени.
На рис. 4 представлена упрощенная структурная схема устройства, осуществляющего опережающую компенсацию реактивной мощности. Устройство работает следующим образом. Измеритель реактивной мощности 1 определяет значение реактивной мощности, потребляемой приемником (^ons,s), через интервал времени At -const. Решающее устройство
запоминает значения Qcons(t—2l Qcons(t—ll Qcons(t0) ■
определяет производные:
Рис. 4. Упрощенная структурная схема устройства, осуществляющего опережающую компенсацию реактивной
мощности: 1 - измеритель реактивной мощности Осою приемником (Ксоп,, Хсоп;
2 - решающее устройство; 3 - логическое устройство; 4 - ключи; 5 - дополнительный измеритель реактивной мощности
dQcons (t—1 ) Qcons (t0 ) - Qcons (t—l )
dt At '
dQ (t 2 ) Qcons(t-l ) — Qcons(t-2 )
dt At
dQcons (t—i) dQc0nS(U)
d Uons. _ dt dt
&2 АГ
В данном случае прогнозируемое значение мощности составит +1 Аt) на середине отрезка времени [£0,^], и значение компенсирующей мощности будет равно \Qcomp = ^опМо + 1 А) ■
Логическое устройство 3 вырабатывает сигналы, управляющие ключами 4, для получения необходимой компенсирующей реактивной мощности посредством изменения суммарной мощности конденсаторов С. Дополнительный измеритель реактивной мощности 5 позволяет при необходимости измерять реактивную мощность, потребляемую компенсированной установ-
кой из сети. Этот измеритель может быть совмещен со счетчиком реактивной энергии. Дополнительные измеритель мощности и счетчик реактивной энергии позволяют количественно оценить эффективность работы ОКРМ.
Следует отметить, что внедрение распределенной фильтрации и опережающей компенсации потребует значительных финансовых затрат без явной экономической отдачи. Экономический эффект будет косвенно складываться из более эффективной работы всех потребителей.
Известные методы активной компенсации реактивной мощности, основанные на регулировании мощности компенсирующего устройства по текущему значению потребляемой реактивной мощности, не дают требуемых результатов как в случае быстрого (ступенчатого), так и плавного изменения потребляемой реактивной мощности. Предложенный метод опережающей компенсации является дальнейшим развитием активного метода компенсации, опирающийся на известный в математике метод экстраполяции, например, с использованием рядов Тейлора.
Библиографический список
1. Suslov K.V., Solonina N.N., Smirnov A.S. Distributed filtering of high harmonics in smart grid // IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe 2011, December 5-7. Manchester United Kingdom.
2. Smirnov A.S., Solonina N.N., Suslov K.V. Separate measurement of fundamental and high harmonic energy at consumer inlet - a way to enhancement of electricity use efficiency // Inter-
national Conference on Power System Technology PowerCon 2010. China, Hangzhou.
3. Suslov K.V., Solonina N.N., Smirnov A.S. Smart meters for distributed filtering of high harmonics in Smart Grid // III International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives, Powereng 2011. Spain. Malaga.
