Введение к работе
Актуальность работы. В условиях дефицита и увеличения стоимости энергоресурсов, роста объемов производства и инфраструктуры городов в различных странах мира все более актуальной становится проблема энергосбережения и, в частности, экономии электроэнергии. Большинство электрических установок наряду с активной мощностью потребляют и реактивную мощность, которая расходуется на создание электромагнитных полей и являются бесполезной для потребителя. Наличие реактивной мощности снижает качество электроэнергии. Одним из основных средств компенсации реактивной мощности являются конденсаторные батареи (КБ). Однако, несмотря на разработки в области выбора места подключения и параметров КБ, которые связаны с именами таких ученых как Арриллага Д.Ж, Перес А. И., Абрамович Б.Н., Железко Ю.С., Шклярский Я. Э. и др., появляются все новые обстоятельства, требующие возврата к этой теме. Во первых, работа КБ в условиях появления высших гармоник (ВГ) ухудшается, что приводит к неэффективной компенсации реактивной мощности. Во вторых, до сих пор не решена задача выбора и размещения компенсирующих устройств в сложных, разветвленных сетях электротехнического комплекса предприятия по нескольким техническим и экономические критериям.
В этой связи очевидна необходимость разработки алгоритма выбора компенсирующих устройств для сложных электрических сетей, содержащих гармонические искажения в напряжении и токе.
Цель работы. Повышение эффективности функционирования системы компенсации реактивной мощности путем реализации алгоритма выбора ее параметров, исходя из комплекса критериев, включающих технические и экономические показатели, учитывающие наличие гармонических искажений в напряжении и токе.
Основные задачи исследования:
-
Выявление зависимостей параметров элементов системы электроснабжения от действия высших гармоник для дальнейшего формирования схемы замещения электрической сети;
-
Оценка погрешности расчетов основных показателей режимов работы электрической сети с учетом и без учета влияния высших гармоник тока и напряжения;
-
Разработка программной реализации метода на основе сравнительного анализа существующих методов расчета позволяющей с заданной точностью рассчитать режимы работы электрической сети при наличии высших гармоник;
-
Разработка алгоритма и программной реализации выбора параметров компенсации реактивной мощности, включая фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ), позволяющего получить максимальные технический и экономический эффекты;
-
Оценка эффективности применения разработанного алгоритма на основе сравнения теоретических и практических исследований.
Идея работы. Для повышения коэффициента мощности, уменьшения потерь напряжения и мощности и повышения экономической эффективности компенсации реактивной мощности следует применять «метаэвристический» метод подхода к выбору мощности КБ с учетом уровня ВГ.
Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы методы теории электрических цепей, математического моделирования электрических сетей, методы экспериментального исследования, методы итерационного решения матричных уравнений и эвристический метод.
Научная новизна работы:
1. Выявлены зависимости погрешности расчета потерь мощности и коэффициента мощности от спектра напряжения и тока в распределительной сети предприятия, учитывающие поверхностный эффект и вихревые токи в элементах электрического комплекса предприятия;
2. Обоснована структура алгоритма выбора параметров компенсирующих устройств, включая ФКУ, основанная на «метаэвристическом» методе и позволяющая обеспечить эффективную компенсацию реактивной мощности, определяемую как техническими, так и экономическими критериями.
Защищаемые научные положения:
1. Выбор структуры и расчетных параметров элементов системы электроснабжения предприятия, содержащего двигательную линейную и нелинейную нагрузки, следует проводить на основании выявленных зависимостей их сопротивления от поверхностного и вихревого токов, что повысит до 10 % точность определения основных показателей, характеризующих режим работы электрической сети.
2. Минимизацию целевой функции, сформированной на основе выбранных экспертами технических и экономических показателей эффективности управления потоками электроэнергии, обеспечивающей наиболее рациональную компенсацию реактивной мощности в сложных электрических сетях, следует проводить на основе «метаэвристического» алгоритма, включающего метод Чебышева и базирующегося на расчете сетей по методу Гаусса-Зейделя, что обеспечивает получение конечного результата с любой заданной точностью.
Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждается достаточным объемом и близкой сходимостью теоретических и экспериментальных исследований.
Практическая ценность диссертации:
1. Разработано программное обеспечение DYCSE для расчета сложных, разветвленных электрических сетей при наличии высших гармоник на основе метода Гаусса- Зейделя;
2. Разработана методика выбора параметров компенсирующих устройств на основе «метаэвристического» метода и составлена компьютерная программа для реализации указанной методики.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по выбору КБ и ФКУ с использованием программы DYCSE на механическом заводе «Густаво Машин», в больнице г. Моа и на предприятии «Эрнесто Че Гевара».
Личный вклад автора. Выявлены зависимости потерь мощности и коэффициента мощности от спектра гармоник напряжения и тока в электрической сети. Разработана программа по расчету режимов работы сети с высшими гармониками. Разработан алгоритм выбора параметров компенсирующих устройств, обеспечивающих эффективность компенсации реактивной мощности по техническим и экономическим критериям и разработана программа, соответствующая этому алгоритму.
Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: Евро-латиноамериканском семинаре инженерных систем (Перу 2005г), IV Международной конференции по использованию минеральных ресурсов и устойчивому развитию. «ISMM 2008», (Моа, Куба, 2008г), Международной конференции FIE'2008 (Сантьяго-де-Куба, Куба, 2008г). XI Международном симпозиуме по электрооборудованию (Сьенфуэгос, Куба, 2009г), Евро-латиноамериканском семинаре инженерных систем (Гавана, Куба, 2009), Четвертом Международном семинаре по вопросам энергетики и окружающей среды (Сьенфуэгос, Куба, 2010г), Международной конференции «CINAREM» (Моа, Куба, 2010г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 3 в научных изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 58 рисунков, 12 таблиц, список литературы из 83 наименований и 4 приложений. Общий объем диссертации 128 страниц.
