Введение к работе
Актуальность работы
При современном развитии технологий силовой электроники все шире внедряются преобразования электрической энергии с использованием силовых ключей-тиристоров, IGBT и MOSFET-транзисторов с частотой коммутации до нескольких килогерц. Доля таких приборов непрерывно увеличивается, что приводит к насыщению электрической сети токами высших гармоник (ВГ). К негативным последствиям наличия ВГ следует отнести выход из строя конденсаторных батарей, перегрузка по току электрооборудования, ложное срабатывание устройств защиты, ускоренное старение изоляции кабеля. Следовательно, при наличии ВГ снижается эффективность функционирования электротехнического комплекса предприятия в целом.
Оценкой работы электрических сетей при наличии искажений напряжения и тока занимался ряд известных ученых, среди которых Абрамович Б.Н., Арриллага Дж., Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Ильяшов В.П., Шидловский А.К., Томпсон М., Фукс Эв., и др.
Однако до сих пор при расчетах несинусоидальных режимов работы сети не учитывалось влияние фазовых соотношений на высших гармониках, характеризующих сдвиг фаз между напряжением и током на разных гармониках как на нагрузке, так и в питающей сети. Очевидно, что учет указанных соотношений должен привести к более точному выбору параметров компенсаторов ВГ, что в конечном итоге повысит качество электроэнергии и надежность работы электрооборудования.
В этой связи очевидна необходимость оценки влияния фазовых соотношений с дальнейшей разработкой алгоритма выбора уточненных параметров компенсатора ВГ.
Цель работы
Повышение эффективности функционирования системы компенсации высших гармоник путем применения модели, учитывающей фазовые характеристики электропривода при различных режимах его работы.
Основные задачи исследования
-
Разработка структуры модели электрической сети предприятия при наличии ВГ как со стороны внешнего источника относительно ввода предприятия, так и со стороны самого предприятия;
-
Выявление зависимостей тока нагрузки от фазовых соотношений на ВГ с использованием типовой модели;
-
Оценка влияния фазовых соотношений источников ВГ на работу электрооборудования;
-
Разработка алгоритма выбора средств ВГ при учете угла сдвига фаз на нелинейной нагрузке;
-
Разработка методики выбора параметров средств компенсации ВГ.
Идея работы
Для повышения эффективности работы средств компенсации высших гармоник при выборе их параметров следует учитывать фазовые соотношения напряжений и токов источников высших гармоник на нагрузке и в питающей сети.
Методология и методы исследований
Для решения поставленных задач использованы методы теории электрических цепей, решения вариационных задач, математического моделирования электрических сетей с использованием пакета Matlab, интерполяции и аппроксимации данных, экспериментальные исследования режимов работы электрической сети.
Научная новизна
1.Выявлены зависимости изменения коэффициента перегрузки по току конденсаторных батарей (КБ), как наиболее чувствительного элемента по отношению к ВГ, от фазовых соотношений - при вариации параметров источников.
2. Обоснован алгоритм выбора структуры системы компенсации ВГ с учетом максимального воздействия угла сдвига фаз между током и напряжением на нелинейной нагрузке.
Положения, выносимые на защиту
-
Выбор параметров расчетной схемы замещения электротехнического комплекса в границах определенного диапазона изменения нагрузки и конфигурации сети, характерного для промышленных предприятий, следует осуществлять с учетом зависимостей токов нагрузки от фазовых соотношений источников высших гармоник с учетом соотношения линейной и нелинейной нагрузок, что позволит повысить точность определения параметров режимов работы электрооборудования;
-
Выбор структуры и параметров системы компенсации высших гармоник в электрической сети, содержащей в общем виде различные источники гармоник, следует осуществлять на основании выявленных сдвигов фаз тока и напряжения на определяющих режим работы оборудования гармониках, учитывая максимальное их воздействие на конденсаторную батарею.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается применением апробированных методов теории нелинейных цепей, математического и имитационного моделирования и достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований параметров и режимов работы нагрузки с силовыми полупроводниковыми преобразователями.
Реализация выводов и рекомендаций работы
Алгоритм выбора устройства компенсации высших гармоник, его параметров и координат подключения, рекомендованы при проектировании в компании ООО «М-ПРО».
Апробация
Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: «2-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Опыт прошлого – взгляд в будущее», г. Тула, восемнадцатой всероссийской конференции «Энергетика: «Эффективность, надежность, безопасность», г. Томск.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 3 в научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.
Структура и объем работы
