CC BY
5УДК 658.26
Технические науки
Савчук Иван Викторович, к.т.н., доцент ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья» Шадеркин Павел Николаевич, магистрант 1 курса кафедры
«Энергообеспечения с/х» ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья»
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ МОЩНОСТЬЮ КОНДЕНСАТОРНОЙ УСТАНОВКИ ПРИ НЕСИММЕТРИЧНОЙ
НАГРУЗКЕ ПО ФАЗАМ
Аннотация: Компенсация реактивной мощности - путь к уменьшению потерь в системе электроснабжения больших и малых промышленных предприятий и ее в полной мере можно отнести к энергосберегающим технологиям. Качество электрической энергии на предприятиях, как правило, не соответствуют требованиям ГОСТ 32144-2013. Повышенная потребляемая из сети реактивная мощность и снижение качества напряжения влечет за собой дополнительные расходы на оплату электроэнергии и ремонт выходящего из строя технологического оборудования.
Ключевые слова: компенсация, электроснабжение, рабочее напряжение, ёмкость, надёжность, контроль, реактивная мощность.
Annotation: Reactive power compensation is a way to reduce losses in the power supply system of large and small industrial enterprises and it can be fully attributed to energy-saving technologies. The quality of electric energy at enterprises, as a rule, does not meet the requirements of GOST 32144-2013. Increased reactive power consumed from the grid and a decrease in voltage quality entails additional costs for paying for electricity and repairing process equipment that is out of order.
Keywords: compensation, power supply, operating voltage, capacity,
reliability, control, reactive power.
Введение
Использование современных аппаратов защиты, микропроцессорной техники, которая обеспечивает применение сложных, но и наиболее эффективных, надежных устройств регулирования напряжения, устройства управления микропроцессорами разрешает широко применять средства для регулирования. При реализации микропроцессорных систем к проектированию с использованием современных средств защит требует общего познания методов проектирования микропроцессорных устройств, создавая новейшие элементы электротехнических цепей, передачу и качество электроэнергии для потребления объектами промышленности [1; 2; 7; 9].
Целью работы является повышение качества использования электроэнергии в ограниченных условиях и потребить наиболее максимальную мощность.
При подключении от одного источника, одной точки на опоре, питание электроэнергии получают как многофазные, так и однофазные потребители электрической энергии. При возникновении несимметрии у потребителя мощностей на всех фазах проявляются различного значения фазные токи, у данных потребителей, что соответственно способствует тому, что наблюдаются определенные скачки напряжения в самой точке подключения. Иными словами, можно сказать, что происходит нессиметрия направления. В результате это оказывает довольно негативное влияние на функционирование преимущественного большинства современных электроприемников. За нестабильность напряжения отвечают коэффициенты несимметричной нагрузки по обратной X2U, а вместе с тем и по нулевой K0U последовательности. В соответствии с действующим ГОСТ 32144-2013 значения упомянутых выше коэффициентов равны: X2U = 2%, K0U = 4% [1; 2; 3; 5].
Самая наиболее чувствительная нагрузка к несимметричному напряжению является нагрузка электродвигателей. В данном случае
сопротивление обратной последовательности является незначительным. Различные значения фазных напряжений увеличивает значения скачков выпрямленного напряжения [9; 10].
На графиках (см. рис. 1-3) проиллюстрированы измерения напряжения на фазах при несимметрии, а также неравномерной нагрузки межфазных напряжений. Помимо этого представлен график коэффициентов несимметричной нагрузки, как прямой, так и обратной последовательности.
Рисунок 1 - Фазные напряжения неравномерной нагрузки (несимметрия)
Рисунок 2 - Линейные (межфазные) напряжения несимметричной нагрузки
Рисунок 3 - Коэффициенты несимметричной нагрузки обратной и нулевой
последовательностей
Проанализировав рисунки нужно сказать, что с использованием нагрузки, наблюдается постоянная нессиметричность напряжения по таким фазам, как обратная и нулевая последовательность. Стоит отметить, что возникновение упомянутой нессиметричности напряжение происходит посредством довольно неравномерного разделения по нескольким фазам нагрузки, и вместе с тем нагрузка приводится в допустимых пределах.
Неравномерно распределенная (несимметричная) фазная нагрузка способствует тому, что наблюдается снижение эффективности использования компенсаторов реактивной мощности. Следует отметить, что возможность использования устройств, которые направлены на регулирование реактивной мощности по току одной фазы, с одной стороны может вызвать недокомпенсацию, а с другой стороны может вызвать перекомпенсацию на иных существующих фазах реактивной мощности [2; 3].
В таблице 1 приведены полученные показатели нагрузок электрической сети. Замеры выполнялись в ООО «Технострой». Промежуток замеров составлял 30 минут.
Таблица 1 - Измерения значений нагрузок электрической сети ООО «Технострой»
Иа, В Ив, В Ис, В 1а, А 1в, А 1с, А СОБФа СОБФв СОБфс
221 229 217 113 117 92 0,60 0,65 0,72
223 227 216 91 108 102 0,62 0,67 0,70
222 226 220 116 101 95 0,61 0,68 0,66
227 235 219 96 99 112 0,61 0,63 0,67
223 233 225 22 28 65 0,71 0,73 0,75
224 225 214 105 85 123 0,62 0,68 0,71
223 227 215 108 103 91 0,62 0,68 0,73
224 227 209 96 111 122 0,61 0,64 0,70
221 230 219 108 105 120 0,60 0,66 0,69
На рисунке 4 проиллюстрированы фазные напряжения неравномерной
нагрузки, а на рисунке 5 - фазные токи неравномерной нагрузки. Режимы нессиметричности, как показывает практика, возникают в результате довольно неограниченного количества электрических приемников, которые присоединены к одной конкретной фазе.
Рисунок 4 - График напряжений по фазам при неравномерном распределении нагрузок в
ООО «Технострой»
Рисунок 5 - График токов при неравномерном распределении нагрузок в ООО «Технострой»
В таблице 2 представлены показатели реактивной мощности коэффициента cosф. Данные показатели применены для повышения коэффициента до значения 0,96 мощности электросети.
Таблица 2 - Значения активной и реактивной мощности для повышения коэффициента
мощности электрической сети
Ра, кВт Рв, кВт Рс, кВт Qa, кВар Qb, кВар Qc, кВар
14,90 17,99 15,32 16,32 15,60 11,01
12,98 15,98 16,12 13,13 14,00 12,12
16,12 16,03 15,21 16,66 14,25 12,36
14,01 16,12 18,52 12,98 13,14 14,25
3,53 4,95 9,89 3,24 2,99 7,01
15,01 14,25 18,12 15,20 11,55 15,23
15,42 16,52 15,19 16,14 14,14 11,54
14,23 18,12 17,20 14,20 16,01 14,25
15,02 17,13 19,10 15,56 14,20 14,16
Представленные графики (см. рис. 6) - это и есть значение реактивной мощности. Именно данные показатели и требуются для еоБф, на фазах.
Согласно выше проиллюстрированным рисункам можно сказать, что потребность в компенсировании реактивных мощностей по фазам несколько отличается. Это обуславливается тем аспектом, что все это прибывает в зависимости непосредственно от индуктивной нагрузки. В связи с этим, нам необходимо провести регулирование мощности конденсаторных установок на каждой отдельной фазе. Регулирование осуществляется по среднему показателю коэффициентов мощности фаз, который вычисляется по формуле 1:
РА cos фА+ Рв cos фв + Рс cos фс
cos фСр = ■
PA + РВ + РС (1)
- Б -,
\ А V
у Я
1 д /У / // / V г V
О. в со \ 1 г / /
!
\
V
12345678Э номер измерения
Рисунок 6 - Измерение реактивной мощности для cosф на всех фазах для ООО «Технострой»
В таблице 3 проиллюстрированы расчетные показатели скомпенсированной реактивной мощности, которые были получены согласно формуле 1. На рисунке 7 проиллюстрирован график, который показывает эффективность данного метода регулировки мощностей УКРМ.
Алгоритм регулировки мощностью УКРМ с неравномерной нагрузкой проиллюстрирован на рисунке 8.
Таблица 3 - Расчетные данные реактивной мощности по среднему коэффициенту мощности
cosф
COSфА COSфв СOSфc COSфР Qку, кВар
0,62 0,66 0,72 0,67 14,01
0,64 0,69 0,71 0,68 11,35
0,63 0,67 0,69 0,66 12,12
0,64 0,69 0,68 0,67 12,98
0,8 0,73 0,73 0,73 4,10
0,62 0,71 0,69 0,67 12,98
0,60 0,67 0,71 0,66 12,21
0,61 0,66 0,70 0,67 13,19
0,63 0,67 0,72 0,68 12,98
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Qa 15,35 12,26 15,66 13,07 2,34 14,7 15,5 13,7 14,84
Qb 14,78 13,17 12,99 12,76 3 10,35 13,25 15,07 13,1
Qc 10,07 11,19 11,52 13,27 6,5 14,05 10,69 13,78 13,13
Qcp 13,4 12,21 13,39 13,03 3,95 13,03 13,15 14,18 13,69
t
Рисунок 7 - Эффективность регулирования УКРМ
Рисунок 8 - Алгоритм управления мощностью батарей статических конденсаторов при
неравномерной нагрузке
Выводы
1 В рамках проведения процедуры регулирования компенсации реактивной мощности на данном предприятии необходимо обратить внимание, что фазная нагрузка распределена довольно неравномерно, то есть является несимметричной.
2 Данный способ управления конденсаторными установками при неравномерной нагрузке на каждой фазе, предоставит уникальную возможность по уменьшению потерь электрической энергии в системах электроснабжения современных специализированных предприятий посредством сокращения, как режима перекомпенсации, так и недокомпенсации на отдельных фазах системы электроснабжения.
Библиографический список:
1. ГОСТ 32144-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ. 01.07.2013 г.
2. Компенсирующие и регулирующие устройства в электрических системах /Г.Е. Поспелов, Н.М. Сыч, В.Т. Федин. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 112 с.
3. Лукас В.А. Теория управления техническими системами: учеб. пособие для вузов - 4-е изд. испр. - Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. техн. унта, 2005. - 667 с.
4. Орлов В.С. Снижение потребления энергии при компенсации реактивной мощности в промышленных сетях //Промышленная энергетика. -1989. - № 4. - С. 49-50.
5. Передача и распределение электрической энергии: Учебное пособие/ А.А. Герасименко, В.Т. Федин. - Ростов н/Д.: Феникс; Красноярск: Издательские проекты, 2006. - 720 с. (Серия «Высшее образование»).
6. Потребич А.А. Моделирование нагрузок для расчета потерь энергии в электрических сетях энергосистем / А.А. Потребич // Электричество. 1997. №
3. С. 7 - 12.
7. Савчук И.В., Важин А.С., Уразалиев И.Б. Диагностика технического состояния конденсаторов связи под рабочим напряжением // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2022. № 3 (95). С. 200-204.
8. Хижняков Ю.Н., Южаков А.А. Нечеткий и нейронный адаптивные регуляторы возбуждения генератора средней мощности. // Проблемы управления и моделирования в сложных системах. Труды 11 Международной конференции (22-24 июня 2009 г). Самара, Россия. С. 309-312.
9. Щинников, И. А. Микропроцессорные терминалы защиты / И. А. Щинников, И. В. Савчук // Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения : Сборник материалов LIII Международной студенческой научно-практической конференции, Тюмень, 29 марта 2019 года. - Тюмень: Государственный аграрный университет Северного Зауралья, 2019. - С. 614616.
10. Щинников, И. А. Комбинированное устройство защиты электроустановок сельскохозяйственного назначения / И. А. Щинников, П. М. Михайлов // Актуальные вопросы науки и хозяйства: новые вызовы и решения : Сборник материалов LII Международной студенческой научно-практической конференции, Тюмень, 15 марта 2018 года. - Тюмень: Государственный аграрный университет Северного Зауралья, 2018. - С. 298-301.
