Научная статья на тему 'ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА КАЧЕСТВО НАПРЯЖЕНИЯ И НА РАБОТУ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ'

ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА КАЧЕСТВО НАПРЯЖЕНИЯ И НА РАБОТУ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
372
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / ВЫСШИЕ ГАРМОНИКИ / КАЧЕСТВО НАПРЯЖЕНИЯ / КОНДЕНСАТОРНАЯ БАТАРЕЯ / АНТИРЕЗОНАНСНЫЙРЕАКТОР / POWER SUPPLY SYSTEM / SIMULATION / VOLTAGE QUALITY / CAPACITOR BANK / HIGHER HARMONICS / RESONANT CHOKE

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Костин Владимир Николаевич, Кривенко Александр Владимирович, Сериков Владимир Александрович

На основе компьютерного моделирования выполнен анализ режимов работы систем электроснабжения с нелинейной и линейной нагрузками. Рассмотрены режимы суточного изменения линейной нагрузки и соответствующего регулирования мощности конденсаторной батареи для типового ряда трансформаторов 110/10 кВ мощностью 25 ... 80МВА. Установлено, что выделение нелинейной нагрузки на отдельную секцию шин недостаточно для обеспечения требуемого качества напряжения на шинах линейной нагрузки и допустимой загрузки конденсаторной батареи токами высших гармоник. Показано, что включение последовательно с конденсаторами антирезонансных реакторов с частотой расстройки р = 7 % полностью устраняет проблемы с токовой перегрузкой конденсаторов высшими гармониками и с качеством напряжения на секции с линейной нагрузкой.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Костин Владимир Николаевич, Кривенко Александр Владимирович, Сериков Владимир Александрович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

INFLUENCE OF HIGH HARMONICS ON THE QUALITY OF VOLTAGE AND ON THE OPERATION OF CAPACITOR BANKS IN ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS WITH NON-LINEAR LOAD

Based on computer simulation, the analysis of the modes of operation of power supply systems with non-linear and linear loads. The modes of daily variation of the linear load and the corresponding regulation of the capacitor bank power for a standard range of 110/10 kV transformers with a power of25 ... 80 MVA are considered. It was found that the allocation of a non-linear load to a separate bus section is insufficient to provide the required quality of voltage on the linear load tires and the permissible load of the capacitor bank with higher harmonics currents. It is shown that the inclusion of antiresonance reactors in series with capacitors with a detuning frequency of p = 7% completely eliminates the problems with current overloading of capacitors by higher harmonics and with the quality of voltage across sections with linear load.

Текст научной работы на тему «ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА КАЧЕСТВО НАПРЯЖЕНИЯ И НА РАБОТУ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ»

Key words: modelling, solar plant, sun tracking system, solar module current - voltage characteristic.

Guerra Diaz Daniel, postgraduate, dgd210386@gmail. com, Russia, Saint Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,

Emilia Vladimirovna Yakovleva, candidate of technical sciences, docent, ya-kovleva ev@pers. spmi. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,

Shklyarskiy Yaroslav Eleivich, doctor of technical science, professor, Shklyarskiy YaE@pers. spmi. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University

УДК 621.311.1.018.3

ВЛИЯНИЕ ВЫСШИХ ГАРМОНИК НА КАЧЕСТВО НАПРЯЖЕНИЯ И НА РАБОТУ КОНДЕНСАТОРНЫХ БАТАРЕЙ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ

В.Н. Костин, В. А. Сериков, А.В. Кривенко

На основе компьютерного моделирования выполнен анализ режимов работы систем электроснабжения с нелинейной и линейной нагрузками. Рассмотрены режимы суточного изменения линейной нагрузки и соответствующего регулирования мощности конденсаторной батареи для типового ряда трансформаторов 110/10 кВ мощностью 25 ... 80МВА. Установлено, что выделение нелинейной нагрузки на отдельную секцию шин недостаточно для обеспечения требуемого качества напряжения на шинах линейной нагрузки и допустимой загрузки конденсаторной батареи токами высших гармоник. Показано, что включение последовательно с конденсаторами антирезонансных реакторов с частотой расстройки р = 7 % полностью устраняет проблемы с токовой перегрузкой конденсаторов высшими гармониками и с качеством напряжения на секции с линейной нагрузкой.

Ключевые слова: система электроснабжения, моделирование, высшие гармоники, качество напряжения, конденсаторная батарея, антирезонансный реактор.

В современных системах электроснабжения (СЭС) неизменно присутствуют элементы с нелинейными вольтамперными характеристиками. Следствием их работы является искажение кривых тока и напряжения, т.е. в электрических сетях появляются высшие гармоники. В промышленных сетях источниками высших гармоник являются, главным образом, статические вентильные преобразователи, а также сварочные аппараты, дуговые сталеплавильные печи и другие нелинейные нагрузки.

Кроме искажения формы напряжения высшие гармоники тока вызывают дополнительные потери напряжения и дополнительный нагрев элементов СЭС, резонансные явления на частотах высших гармоник, приводящие к токовой перегрузке косинусных конденсаторов, наводки в телекоммуникационных и управляющих сетях, акустический шум в электромагнитном оборудовании, вибрацию в электрических машинах и др [2, 10 - 13].

Исследованиям несинусоидальных режимов в СЭС посвящено достаточно много работ, в частности [1, 2, 8, 9]. В указанных работах выбранная высшая гармоника представляется источником тока соответствующей частоты и анализируется процесс растекания этой гармоники в упрощенной однофазной модели СЭС. Отсутствуют работы, в которых бы рассматривались процессы формирования, изменения по величине и растекания высших гармоник тока в трехфазной модели СЭС с непосредственным источником этих гармоник - вентильным преобразователем.

Известны меры подавления высших гармоник. Это применение пассивных и активных фильтров гармоник [3], антирезонансных дросселей [7] и др. Из схемных решений используются подключение нелинейной нагрузки к системе с большей мощностью короткого замыкания и выделение нелинейных нагрузок на отдельную секцию шин [6].

В статье на базе трехфазной компьютерной модели рассматриваются несинусоидальные режимы работы СЭС (рис. 1), в которой источником питания служит система С и трансформатор Т напряжением 110/10 кВ с расщепленной обмоткой низшего напряжения, от которого питаются нелинейная (выпрямитель В) и линейная Н нагрузки с конденсаторной батареей (КБ) для компенсации реактивной мощности линейной нагрузки. Нелинейная нагрузка выделена на отдельную секцию шин (1 с). К другой секции шин (2 с.) подключены линейная нагрузка и КБ.

Исследования режимов СЭС для случая подключения линейной и нелинейной нагрузок к одной секции выполнено в [5, 11]. Установлено, что при суточном изменении линейной нагрузки и соответствующем изменении мощности КБ не удается избежать резонансных режимов, в которых перегрузки КБ токами высших гармоник оказываются недопустимыми и не выполняются нормативные требования к качеству напряжения.

В качестве аппарата исследования выбран программный комплекс МмЛшт, позволяющий выполнять практически мгновенную визуализацию процессов и анализ режимов различных электрических и электронных схем.

Модель СЭС. Система С моделировалась трехфазным источником напряжения бесконечной мощности. Остальные элементы СЭС моделировались параметрами, рассчитанными для первой гармоники.

Рис. 1. Схема исследуемой СЭС

Элементы, имеющие активно-индуктивные сопротивления, в частности линейная нагрузка, представлялись последовательным соединением индуктивности Ь и активного сопротивления Я. У таких элементов индуктивное сопротивление увеличивалось пропорционально номеру гармоники, а активное сопротивление оставалось неизменным. Однако ток гармоники в активном сопротивлении уменьшался в соответствии с увеличением индуктивного сопротивления. По мнению авторов, такое представление линейной нагрузки с большей точностью моделирует нагрузку для всего спектра гармоник, чем параллельное включение Ь и Я.

Рассматривался типовой ряд трансформаторов напряжением 110/10 кВ с расщепленной обмоткой низшего напряжения и номинальными мощностями & ном = 25, 40, 63 и 80 МВА.

Параметры трансформатора определялись по его справочным данным [4]:

обмотка высшего напряжения:

Ятв = 0,5 • Рк

и

с

V т ном у

и

и2

100 ю С

т ном

1

4

обмотки низшего напряжения:

Г „ Л 2

Ятн = Рк

и

с

V т ном у

; Ь„ =

и

и2 Кр

тн

100 ю с

т ном

2

(1)

(2)

где и - номинальное линейное напряжение расщепленной вторичной обмотки трансформатора; ЛРк - потери короткого замыкания; ик, % - напряжение короткого замыкания; &р = 3,5 - коэффициент расщепления; ю = 2л/ = 314.

Параметры линейной нагрузки Ян и Ьн определялись по выражениям:

Ян =

и р„

' 1

соб р; ьн =

и2

Ю-Он

2

•Б1П р.

(3)

При моделировании режима полагалось, что линейная нагрузка имеет естественный коэффициент мощности соб( = 0,7 ... 0,8.

Конденсаторная батарея КБ моделировалась емкостями Ск. Емкости конденсаторов Ск, включенных по схеме «звезда» или «треугольник», через мощность батареи Ок и определялись, соответственно, по выражениям

С

Ок

2 ИЛИ Ск

Ок

(4)

ю-и2 " 3ю-и2 Нелинейная нагрузка моделировалась трехфазным мостовым выпрямителем на виртуальных диодах Л1-06. Нагрузкой выпрямителя служило активное сопротивление Яс. Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока последовательно с нагрузкой Яс включалась индуктивность Ьс. Величина сопротивления Яс1 определялась через мощность нелинейной нагрузки по следующему выражению:

433

2

Я

М и 2

Р

Р

(5)

В отличие от работ [1, 2, 8, 9], где нелинейная нагрузка задавалась одним источником тока неизменной величины с заданной частотой, мостовой выпрямитель сам генерировал весь спектр гармоник тока, величины которых, как показано в [11], определялись режимом работы СЭС.

В рассматриваемой СЭС при пренебрежении активными сопротивлениями можно выделить колебательный ЬС-контур, в котором возможен резонанс токов. В однофазном представлении схемы СЭС этот контур будет образован индуктивностями Ьтн, Ьн, Ьвн и емкостью Ск (рис. 2).

Ь

и

Рис. 2. Колебательный контур

Запишем выражение сопротивления левой ветви этого контура для п-ой гармоники:

Х-

2 п

Х

тн.п

Х ■ Х

^ н.п ^к.п

Х — Х

^ н.п ^ к.п

(6)

Очевидно, что при условии Хк,п > Хн,п сопротивление этой ветви будет носить индуктивный характер и резонансных явлений в контуре не будет.

Рассмотрим частный пример. Пусть линейная нагрузка = Рн + jQн = 8 + j6 МВА. Коэффициент мощности еоБф = 0,8. Параметры нагрузки в соответствие с приведенными выше формулами Ян = 8,8 Ом, юЬн = 6,6 Ом. Выполним компенсацию реактивной мощности, для чего параллельно нагрузке подключим КБ мощностью Qк = 4 Мвар. Емкость фазы КБ и ее сопротивление соответственно составят Ск = 0,115 мФ и Хк = 28 Ом.

Видно, что условие Хк,п > Хн,п выполняется лишь для первой гармоники (п = 1). Для высших гармоник (п > 3) условие Хк,п > Хн,п никогда не выполнится.

Резонанс будет иметь место, если для какой-то п-ой гармоники сопротивление левой ветви будет иметь емкостной характер и, кроме того, будет выполняться условие:

Х = Х

2 п ^ тв.п •

(7)

В дальнейшем для обобщенности результатов моделирования все регулируемые мощности представлялись в относительных единицах (или в процентах) по отношению к номинальной мощности трансформатора: мощность на стороне нелинейной нагрузки Р*ё = Рё / ном;

1

мощность линейной нагрузки Р*н = Рн/ & ном; мощность конденсаторной батареи = / ном. Компьютерная трехфазная модель СЭС представлена на рис. 3. Предварительные расчеты без учета активных сопротивлений трансформатора и нагрузки показали, что в рассматриваемой схеме СЭС возможны резонансные явления на канонических гармониках п = 5, 7, 11, 13, 17, ... генерируемых трехфазным мостовым выпрямителем. При суточном изменении мощности линейной нагрузки и соответствующем изменении мощности КБ резонансные явления следует ожидать при мощности КБ в диапазоне от 1 до 25 % от мощности трансформатора (табл. 1).

Ск3

Рис. 3. Компьютерная модель исследуемой СЭС

Таблица 1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Мощности КБ, при которых возникают резонансные явления

п 5 7 11 13 17 19

е*к, % 21 ... 25 10,5 ... 12 4,3 ... 5 3 ... 3,5 1,8 ... 2,0 1,3 ... 1,4

Видно, что резонанса на 5-й гармонике ожидать не следует вследствие очень большой мощности КБ (половина мощности одной обмотки низшего напряжения). Резонансы на 7, 11 и 13 гармониках вполне реальны. Резонансы на 17-й и более высоких гармониках практически маловероятны вследствие малой мощности КБ.

Для рассматриваемой СЭС установлено, что включение линейной нагрузки КЗ = 0,1.0,25 на шинах вторичной обмотки трансформатора нелинейной нагрузки оказывает несущественное влияние на значения резонансных мощностей КБ, равное диапазону инженерной погрешности (±5%).

Результаты моделирования. В трехфазной модели СЭС, приведенной на рис. 3, моделировалось суточное изменение линейной нагрузки (L = var и R = var) в диапазоне мощности одной обмотки низшего напряжения трансформатора. Соответственно изменялась мощность КБ для поддержания коэффициента мощности на нормируемом уровне (cos j > 0,9).

При моделировании оценивались по измерительным приборам и через разложение в ряд Фурье:

суммарный ток Ьк через КБ с последующим расчетом коэффициента перегрузки Кпер = Ьк / 1к ном;

суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения Ки на секции шин линейной нагрузки.

Известно, что перегрузка конденсаторов токами высших гармоник не должна превышать 30 % (Кпер < 1,3).

В соответствии с ГОСТ 32144-2013 значения суммарного коэффициента гармонических составляющих напряжения Ки, усредненные в интервале времени 10 мин, не должны превышать 5 % в течение 95% времени интервала в одну неделю и 8 % в течение 100% времени интервала в одну неделю.

Результаты моделирования возможных резонансных режимов для трансформаторов с расщеплением вторичной обмотки типового ряда номинальных мощностей Sx ном = 25, 40, 63 и 80 МВА, загруженных нелинейной нагрузкой P*d » 0,1 и P*d » 0,35, сведены в табл. 2.

По табл. 2 видно, что в этих режимах коэффициент Ки выходит за допустимые пределы, а коэффициент Кпер имеет значения выше предельно допустимых при P*d » 0,1 на 11 и 13 гармониках, а при P*d » 0,35 на 7,11 и 13 гармониках.

В работе [111 показано, что при загрузке трансформатора P*d » 0,35, но при подключении всех нагрузок к одной обмотке, величины коэффициентов Кпер и Ки превысили значения 2,5 и 20 %.

Таким образом, разделение линейной и нелинейной нагрузок на разные секции шин, получающих питание от расщепленной вторичной обмотки трансформатора, улучшает оба показателя Кпер и Ки, но не позволяет полностью решить проблемы как с токовой перегрузкой КБ высшими гармониками, так и с качеством напряжения на шинах линейной нагрузки.

Таблица 2

А Результаты моделирования резонансных режимов

n е*к, % P*d = 0,1 P'd » 0,35

Ки, % Кпер, о.е. Ки, % Кпер, о. е.

5 22,5 5,5 1,1 12 1,26

7 10 6,7 1,15 12 1,67

11 4 6,9 1,38 10 1,55

13 2,8 9,6 1,8 12 1,66

В качестве примера моделирования на рис. 4, а, б, в приведены осциллограммы тока через КБ и напряжения на секции шин с линейной нагрузкой для некоторых режимов трансформатора мощностью 40 МВА.

в г

Рис. 4. Осциллограммы напряжения на секции шин с линейной нагрузкой и тока через КБ для трансформатора мощностью 40 МВА: а - Ра = 14 МВт, Рн = 3 МВт, Ок = 1,15 Мвар (резонанс на 13-й гармонике); б - Ра = 14 МВт, Рн = 6 МВт, Ок = 1,7 Мвар (резонанс на 11-й гармонике); в - Ра = 14 МВт, Рн = 12 МВт, Ок = 4,5 Мвар (резонанс на 7-й гармонике); г - Ра = 14 МВт, Рн = 6 МВт, Ок = 1,7 Мвар; Ьр = 14 мГ (р = 7 %)

Из этих осциллограмм отчетливо видно, что амплитуда резонирующей гармоники соизмерима и даже может превосходить амплитуду основной (первой) гармоники тока. Кроме того, в кривой линейного напряжения также хорошо видны гармонические составляющие.

На рис. 5 приведены результаты разложения в ряд Фурье кривых тока в КБ (а) и напряжения на секции с линейной нагрузкой (б) для режима, показанного на рис. 4, б. Видно, что ток резонирующей 11-й гармоники на 20 % превышает ток первой гармоники, а 11-я гармоника напряжения составляет около 10 % от первой гармоники.

Одним из методов подавления высших гармоник с СЭС является установка дополнительных индуктивностей (антирезонансных реакторов), которые изменяют общее сопротивление резонансного контура с индуктивно-емкостного до индуктивного характера [7].

Антирезонансные реакторы могут устанавливаться в различных точках СЭС, однако исходя из минимума мощности реакторов наиболее целесообразно их включение последовательно с конденсаторами. Такое размещение реакторов в цепи КБ рассмотрено ниже.

а

б

Рис. 5. Результаты разложения кривой тока в КБ (а) и напряжения на секции с линейной нагрузкой (б) в ряд Фурье

Принятые VDEW (Association of German Power Supply Companies) частоты расстройки колебательного контура составляют р = 14 или 7 %. Это означает, что сопротивление реактора в долях от сопротивления КБ на частоте 50 Гц составляет 14 % или 7 % [7]. Первый вариант применяется для защиты конденсаторов от всех гармоник, начиная с 3-й, второй - от всех гармоник, начиная с 5-й.

Поскольку при работе трехфазного мостового выпрямителя отсутствуют гармоники кратные трем (рис. 5), для дальнейшего моделирования был принят второй вариант с частотой расстройки р = 7 %.

В качестве примера моделирования на рис. 4, г приведены осциллограммы тока через КБ и напряжения на секции с линейной нагрузкой для трансформатора, загруженного линейной и нелинейной нагрузками так же, как на осциллограмме рис. 4, б. Индуктивность реактора Ьр = 14 мГ, что соответствует частоте расстройки р = 7 %.

Видно, что на осциллограмме рис. 4, г как в кривой тока, так и в кривой напряжения высшие гармоники визуально не наблюдаются. Токовая перегрузка КБ отсутствует, а напряжение на секции шин с линейной нагрузкой практически синусоидально (Ки < 1 %).

При наличии в цепи КБ антирезонансных реакторов первая гармоника тока компенсации составит:

а =

и

л/3( X

k " Xp)

реальная мощность конденсаторов:

Q =V3u/!;

напряжение на конденсаторах:

UK =

и

1 - Xp/ Xk

(8)

(9)

(10)

Таким образом, при использовании антирезонансных реакторов напряжение на конденсаторах и выдаваемая реактивная мощность увеличатся в соответствии с принятой частотой расстройки на 7 %.

438

Заключение:

1. Выполнено компьютерное моделирование в среде МпМзт режимов работы СЭС с нелинейной (выпрямительной) и линейной нагрузками и конденсаторной батареей. Нелинейная нагрузка выделена на отдельную секцию шин, подключенную к одной из обмоток низшего напряжения трансформаторов с расщепленной вторичной обмоткой. Рассмотрены режимы суточного изменения линейной нагрузки и соответствующего регулирования мощности конденсаторной батареи для типового ряда трансформаторов 110/10 кВ мощностью 25 ... 80 МВА.

2. Показано, что выделение нелинейной и линейной нагрузок на разные секции шин трансформатора улучшает качество напряжения на секции с линейной нагрузкой и снижает токовую перегрузку конденсаторов, по сравнению со случаем подключения линейной и нелинейной нагрузок к одной секции шин.

3. Установлено, что при выделении нелинейной и линейной нагрузок на разные секции шин трансформатора с расщепленной обмоткой и суточном изменении мощности линейной нагрузки (и соответствующем регулировании мощности конденсаторной батареи в диапазоне 2,5 ... 12 % от номинальной мощности трансформатора) в системе имеют место резонансные режимы на 13, 11 и 7 гармониках. В этих режимах несинусоидальность напряжения на секции шин с линейной нагрузкой может достигать 12 %, а токовая перегрузка конденсаторов 50 ... 70 %.

4. Включение последовательно с конденсаторами антирезонансных реакторов с частотой расстройки р = 7 % полностью устраняет проблемы с токовой перегрузкой конденсаторов высшими гармониками и с качеством напряжения на секции с линейной нагрузкой.

Список литературы

1. Арриллага Д., Бредли Д., Боджер П.М. Гармоники в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1990. 320 с.

2. Абрамович Б.Н., Устинов Д.А., Сычев Ю.А., Шклярский А.Я. Методы компенсации провалов и искажений напряжения в электрических сетях нефтедобывающих предприятий // Нефтяное хозяйство, 2014, Т. 8. С. 110-112.

3. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. М.: Энергоатомиздат, 2000. 6 с.

4. Костин В.Н. Электроэнергетические системы и сети: учебное пособие. СПб.: Троицкий мост, 2015. 304 с.

5. Костин В.Н., Сериков В. А. Компьютерное моделирование режимов работы систем электроснабжения с нелинейной нагрузкой // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25. № 1. С. 19-29.

6. Фишман В.С. Качество электроэнергии в руках проектировщика // Новости электротехники, №3(27), 2004. 6 с.

7. Шишкин С. Защитные антирезонансные дроссели низковольтных конденсаторных батарей // Силовая электроника. 2007. №4. 3 с.

8. Шклярский Я.Э., Скамьин А.Н. Способы уменьшения влияния высших гармоник на работу электрооборудования // Записки Горного института, 2011. Т. 189. С. 121-124.

9. Шклярский Я.Э., Скамьин А.Н. Проблемы высших гармоник в сетях промышленных предприятий // Електротехшка i електромехашка. 2013. № 1. С. 69-71.

10. Abramovich B.N., Sychev Yu.A. Problems of ensuring energy security for enterprises from the mineral resources sector // Journal of Mininig Institute. 2016. № 217. P. 132-139.

11. Kostin V.N., Serikov V.A., Sherstennikova I.A. Higher harmonics and limiting thereof in power supply systems of different voltages // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019. V.378. P. 012051.

12. Skamyin A.N., Baburin S.V. Algorithm for Selecting Cross-Capacitive Compensation Device Parameters with High Harmonics // Accounted For. International Journal of Applied Engineering Research. 2017. №12 (6). P. 1049-1053.

13. Skamyin A.N., Belsky A.A. Reactive power compensation considering high harmonics generation from internal and external nonlinear load // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. №87(3). P. 032043.

Костин Владимир Николаевич, канд. техн. наук, доцент, kostin vnamail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,

Кривенко Александр Владимирович, канд. техн. наук, доцент, krivenko av@pers.spmi.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет,

Сериков Владимир Александрович, аспирант, serikov. va@bk. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет

INFLUENCE OF HIGH HARMONICS ON THE QUALITY OF VOLTAGE AND ON THE OPERA TION OF CAPACITOR BANKS IN ELECTRIC SUPPLY SYSTEMS

WITH NON-LINEAR LOAD

V.N. Kostin, V.A. Serikov, A. V. Krivenko

Based on computer simulation, the analysis of the modes of operation of power supply systems with non-linear and linear loads. The modes of daily variation of the linear load and the corresponding regulation of the capacitor bank power for a standard range of 110/10 kV transformers with a power of 25 ... 80 MVA are considered. It was found that the allocation of a non-linear load to a separate bus section is insufficient to provide the required quality of voltage on the linear load tires and the permissible load of the capacitor bank with higher harmonics currents. It is shown that the inclusion of antiresonance reactors in series with capacitors with a detuning frequency of p = 7% completely eliminates the problems with current overloading of capacitors by higher harmonics and with the quality of voltage across sections with linear load.

Key words: power supply system, simulation, voltage quality, capacitor bank, higher harmonics, resonant choke.

Kostin Vladimir Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, kostin vnaimail. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,

Krivenko Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, krivenko avaipers. spmi. ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University,

Serikov Vladimir Aleksandrovich, postgraduate, serikov. vaabk.ru, Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg Mining University

УДК 621.355.29

ИЗМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ ВБЛИЗИ ЭЛЕКТРОДОВ СВИНЦОВО-КИСЛОТНОГО АККУМУЛЯТОРА ПРИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЕГО ПЕРЕМЕННЫМ ТОКОМ

А.А. Постников

Разработана физико-математическая модель изменения разности концентрационных потенциалов вблизи электродов свинцово-кислотных аккумуляторов с различной степенью заряженности, дополнительно учитывающая плотность электролита, полную площадь активной поверхности пористых электродов, их количество и габаритные размеры.

Ключевые слова: техническое состояние, степень заряженности, внутреннее сопротивление, полная площадь активной поверхности, электрод.

В системах электропитания различных электротехнических устройств широкое применение находят свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Аккумуляторы в батарею соединяются последовательно и (или) параллельно. Зарядовая емкость аккумулятора коррелирует с его внутренним сопротивлением. Различают методы определения внутреннего сопротивления на постоянном и переменном токе, однако переменный ток более предпочтителен, так как в таком случае не изменяется состояние аккумулятора [1]. В зависимости от остаточной емкости аккумулятора, значение величины внутреннего сопротивления более всего меняется при воздействии переменного тока в области низких частот [2]. Протекание периодического тока между электродами аккумулятора вызывает периодическое уменьшение и увеличение концентрации потенциалопределяющих ионов, поэтому при расчете внутреннего сопротивления необходимо учитывать разность концентрационных потенциалов. Целью данной статьи является разработка физико-математической модели изменения концентрационных потенциалов свинцово-кислотных аккумуляторов с различной степенью заряженности при поляризации их переменным током.

Токообразующие реакции протекают на поверхности электродов. Изменения концентрации ионов подчиняются законам диффузии. Известно, что процесс диффузии описывается вторым законом А. Фика, который справедлив и в случае поляризации электрода переменным током [3].

441

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.