Содержание к диссертации
Введение
1. Пути снижения потерь активной энергии в системе электроснабжения промышленных предприятий при компенсации реактивной мощности 12
1.1 Выбор компенсирующих устройств в электрических системах 17
1.2 Задачи экономии электроэнергии 20
1.2.1 Задачи на уровне системы 21
1.2.2 Задачи на уровне потребителя 23
1.3 Способы и средства компенсации реактивной мощности 27
1.3.1 Конденсаторные батареи 27
1.3.2 Синхронные двигатели 28
1.3.3 Синхронные компенсаторы 29
1.3.4 Генераторы 3 0
1.3.5 Вентильные преобразователи с искусственной коммутацией 30
1.4 Оценка возможных перенапряжений в узлах нагрузки существенно влияющих на работоспособность конденсаторных установок 32
2. Характеристики и особенности применения вентильных преобразователей с искусственной коммутацией и синхронных двигателей в качестве компенсаторов реактивной мощности 39
2.1 Вентильные преобразователи переменного тока в постоянный ток 39
2.1.1 Общие положения 39
2.1.2 Компенсационные выпрямители 46
2.1.2.1 Уравнения состояний компенсационного преобразователя 50
2.1.2.2 Статические характеристики компенсационного преобразователя 51
2.1.2.3 Энергетические показатели компенсационных выпрямителей 53
2.1.3 Компенсированные выпрямители 57
2.1.3.1 Гармонический анализ переменного тока и энергетические показатели компенсированного преобразователя 58
2.2 Применение синхронных двигателей в качестве компенсаторов реактивной мощности 64
2.2.1 Способы управления возбуждением синхронных двигателей 72
3. Оптимизация режимов работы источников реактивной мощности 79
3.1 Задача оптимизации и ее решение в общем виде 80 3.1.1 Целевая функция 81
3.2 Модель комплексной системы управления возбуждением группы СД и выпрямительных установок с искусственной коммутацией 92
3.3 Разработка рекуррентных алгоритмов реализации комплексной системы управления 101
4. Технико-экономические показатели применения выпрямителей с искусственной коммутацией и СД в качестве компенсаторов реактивной мощности 108
4.1 Применение компенсационных выпрямителей для питания системы возбуждения СД 108
4.2 Технико-экономические показатели 114
4.2.1 Методика определения экономической эффективности использования компенсированного выпрямителя 114
4.2.2 Методика определения экономической эффективности использования компенсационных выпрямителей 117
4.3 Экспериментальное исследование 119
4.3.1 Описание лабораторной установки 119
4.3.2 Измерительный лабораторный комплекс стенда цифрового запоминающего осциллографа типа РС5641 122
4.3.3 Порядок проведения измерений 124
Заключение 132
Список литературы
- Выбор компенсирующих устройств в электрических системах
- Способы и средства компенсации реактивной мощности
- Гармонический анализ переменного тока и энергетические показатели компенсированного преобразователя
- Применение компенсационных выпрямителей для питания системы возбуждения СД
Введение к работе
Проблема оптимального управления системами энергетики промышленных предприятий возникла и развивается в связи с общим развитием экономических принципов управления, созданием и уточнением [97,141] общих методов технико-экономических расчетов, их применением к энергетике [97,101,114,142], разработкой общих принципов и частных методов оптимального управления энергетическими и электрическими системами, современной формулировкой этих принципов [129,130,136].
Оптимизация управления системами энергетики промышленных предприятий - это целенаправленное поддержание или обеспечение параметров режимов рассматриваемых систем в зависимости от возмущающих воздействий такими, чтобы получить максимум экономического эффекта.
Часто максимум экономического эффекта в системах электроэнергетики промышленных предприятий обусловливается минимальными приведенными затратами в этих системах при обеспечении технологического процесса предприятия.
Повышение коэффициента мощности электрических установок промышленных предприятий является составной частью проблемы повышения коэффициента полезного действия электрической системы и раскрытием внутренних резервов большого энергетического хозяйства.
Широкое применение асинхронных двигателей, трансформаторов и другого технологического оборудования, давая большой экономический эффект, неизбежно влечет за собой появление больших реактивных нагрузок и снижение коэффициента мощности электрических установок. Увеличение потребления реактивной мощности в системе влечет за собой непроизводительные потери активной энергии в системе электроснабжения за счет увеличения действующего значения тока.
Вопросам повышения коэффициента мощности сети посвящено большое количество научных работ [101,114,123,124,133,142], в которых дан глубокий анализ традиционных способов повышения коэффициента мощности с помощью косинусных конденсаторов, синхронных компенсаторов, синхронных двигателей, преобразовательных установок переменного тока в постоянный при искусственной коммутации вентилей, и др.
Общие основы управления системами электроэнергетики промышленных предприятий разрабатывались и ранее параллельно с развитием промышленной энергетики и основ управления электрическими системами. К таким основополагающим работам следует отнести изучение режимов [96,98,135,33] и энергетических характеристик [91,101,114,120] отдельных установок, работы по экономии электроэнергии, улучшению качества, компенсации реактивной мощности и регулированию напряжения, прогнозированию нагрузок [101,123,124,133].
Эти работы явились фундаментом научного и практического развития оптимизации управления системами электроэнергетики промышленных предприятий.
Частные задачи оптимального управления системами электроэнергетики решались в [111,120,142], задачи оптимального управления режимами синхронных двигателей в [129,130], задачи по разработке полупроводниковых преобразователей на базе новейших технологий в [166].
Генерация реактивной мощности любого знака СД и выпрямителями с искусственной коммутацией непосредственно может влиять на следующие показатели:
- потери активной мощности в самих двигателях и системе электроснабжения;
- изменения напряжения в узле нагрузки и влияние его на качество электроэнергии.
В свою очередь от напряжения в системе в общем случае может зависеть ряд составляющих затрат: - производительность механизмов с асинхронным электроприводом, электролизных, электродуговых технологических установок;
- потребление реактивной мощности асинхронными двигателями;
- срок службы электрических ламп;
- расход энергии на электрическое освещение;
- расстройство технологического процесса ряда производств. Актуальность работы
Электроэнергия является единственным видом продукции, транспортировку которой осуществляют за счет расхода определенной части самой продукции, поэтому потери электрической энергии при ее передаче неизбежны.
Кроме этого «необходимого технологического расхода» во всех элементах системы электроснабжения возникают существенные дополнительные потери активной мощности и энергии, обусловленные загрузкой их реактивной мощностью, передаваемой потребителям по линиям электропередачи.
Для изменения активной мощности требуется изменение технологического режима работы потребителей. Изменения реактивной мощности достигаются более просто - с помощью компенсирующих устройств. Установка дополнительных устройств для компенсации реактивной мощности (КРМ) связана с затратами средств на приобретение, доставку, монтаж и обслуживание как самих установок, так и дополнительного оборудования.
С точки зрения энергетической системы КРМ в электрических сетях всегда экономически выгодна, поскольку уменьшается расход топлива на электростанциях и высвобождается генерирующая мощность на электростанции. В условиях новых рыночных отношений установка КРМ в собственных сетях потребителей не всегда выгодна. Экономическим стимулом должна быть система оплаты за перетоки реактивной мощности между сетями энергоснабжающей организации и потребителя. Поэтому необходима разработка иных подходов при решении задач КРМ, в наибольшей степени адаптированных к новым условиям. Для совершенствования систем электроэнергетики промышленных предприятий на первый план выдвигаются задачи по энергосбережению во всех звеньях генерации, передачи, распределения и максимально полезного использования электроэнергии. Повышение коэффициента мощности электрических установок является составной частью проблемы повышения коэффициента полезного действия электрической системы и раскрытием внутренних резервов большого энергетического хозяйства.
В связи с ускоренными темпами потребления электроэнергии задачи ее оптимального использования в перспективе приобретают еще большее значение.
Оптимизация управления системами электроэнергетики промпредприя-тий - это целенаправленное поддержание или обеспечение параметров режимов рассматриваемых систем в зависимости от возмущающих воздействий такими, чтобы получить максимум экономического эффекта.
Целесообразность получения дополнительной экономии путем повышения эффективности используемых энергоресурсов, в частности, полного использования ресурса выпрямителей с искусственной коммутацией для питания регулируемых электроприводов переменного и постоянного тока и синхронных двигателей, способных генерировать реактивную мощность емкостного характера в узлах нагрузки, определяет актуальность работы.
Цель работы заключается в исследовании возможности использования ресурсов вентильных выпрямителей с искусственной коммутацией и синхронных двигателей для получения дополнительной экономии электроэнергии за счет генерации ими реактивной мощности с применением новейших технических и программных средств, методов анализа энергетических систем предприятий и синтеза законов управления ими.
Задачи работы. В соответствии с поставленной целью сформулированы следующие задачи исследования: 1. Анализ возможности использования полупроводниковых выпрямителей с искусственной коммутацией силовых вентилей для питания регулируемых электроприводов и синхронных двигателей (СД) в качестве дополнительных источников реактивной мощности емкостного характера в зависимости от их характеристик и текущей нагрузки; постановка математической задачи оптимизации управления возбуждением группы СД с целью минимизации приведенных затрат.
2. Технико-экономический анализ применения компенсационных выпрямителей для питания системы возбуждения СД.
3. Технико-экономическое обоснование применения компенсированных и компенсационных выпрямителей как источников питания регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока с одновременной компенсацией реактивной мощности в системе электроснабжения.
4. Определение оптимального соотношения напряжения и реактивной мощности узла нагрузки и нахождение оптимального распределения реактивной мощности между СД и выпрямителями с искусственной коммутацией.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- предложена новая схема статического возбудителя для СД на базе компенсационных выпрямителей, способного дополнительно генерировать реактивную мощность емкостного характера;
- сформулирована задача достижения оптимального соотношения напряжения и реактивной мощности в узле нагрузки и оптимального распределения генерируемой реактивной мощности емкостного характера между синхронными двигателями и выпрямителями с искусственной компенсацией, участвующими непосредственно в технологическом процессе, и специальными компенсирующими устройствами;
- разработана методика определения приведенных затрат от изменения напряжения в электроэнергетической системе промышленного предприятия и затрат, зависящих от величины потребляемой реактивной мощности; - предложена программа комплексной системы управления распределением генерируемой реактивной мощности между синхронными двигателями в узле нагрузки;
- предложено для питания регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока при резко переменной нагрузке применение компенсированных выпрямителей, способных работать без потребления реактивной мощности из питающей сети, что позволяет избавляться от бросков реактивных токов и существенно уменьшать колебание напряжения в питающей сети при применении выпрямителей с естественной коммутацией силовых вентилей;
- предложено применение компенсационных выпрямителей в качестве компенсаторов реактивной мощности взамен косинусных конденсаторов. Такие преобразователи не чувствительны к высшим гармоникам и повышенным на пряжениям в сети.
Практическая значимость
- разработаны рекомендации по применению возбудителей СД на базе управляемых выпрямителей с искусственной коммутацией, которые генерируют реактивную мощность емкостного характера в питающую сеть, увеличивая эффективность применения СД в качестве источников реактивной мощности;
- предложен метод оптимизации управления генерацией реактивной мощности емкостного характера СД и полупроводниковых выпрямителей с искусственной коммутацией;
- предложена схема компенсатора реактивной мощности на базе современных силовых транзисторов IGBT и тиристоров GTO и IGCT, которая может полностью заменить синхронные компенсаторы и косинусные конденсаторы;
- результаты работы использованы в учебном процессе в Воронежском государственном техническом университете при проведении НИР и дипломного проектирования. Автором написана в учебном пособии "Электроснабжение", 2006 глава по компенсации реактивной мощности. Методы исследования. Для решения поставленных в диссертации задач использованы структурные методы автоматического регулирования, теория электрических цепей, методы моделирования динамических процессов на ЭВМ, сравнение с результатами, полученными другими исследователями.
Достоверность полученных результатов. Достоверность научных положений диссертационной работы, конкретных выводов и рекомендаций, адекватность предложенных методов и методик подтверждены положительными результатами сравнительного анализа данных моделирования, эксперимента и расчета отдельных узлов.
Реализация и внедрение результатов работы:
- основные результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы используются при проектировании систем компенсации реактивной мощности в проектных работах ДОАО «Газпроектинжини-ринг»;
- в учебном процессе - раздел «Компенсация реактивной мощности», написанный автором, включен в учебное пособие по курсу «Электроснабжение».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на региональной студенческой научно-технической конференции «Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники» (Воронеж, 2004); Международной школе-конференции «Высокие технологии энергосбережения» (Воронеж, 2005); Всероссийской студенческой научно-технический конференции «Прикладные задачи электромеханики, энергетики, электроники. Инженерные идеи XXI века» (Воронеж, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в списке литературы, лично автору принадлежит: [164] - Оптимизация режимов СД в качестве компенсаторов реактивной мощности. [158, 163, 165] - исследованы установившиеся режимы и управление выпрямителями с конденсаторным фильтром; [160, 161, 157, 162] - анализ режимов перенапряжений на трансформаторных подстанциях с конденсаторами.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 134 страницах, списка литературы, из 171 наименований; содержит 2 таблицы, 49 рисунков и 5 приложений.
Выбор компенсирующих устройств в электрических системах
Приведенные соображения вынуждают, насколько это технически и экономически целесообразно, приближать источники покрытия реактивной мощности к местам ее потребления в сети. Это разгружает в значительной степени питающие линии электропередач и трансформаторы от реактивной мощности.
Оптимальная величина коэффициента мощности на предприятии получается путем компенсации реактивной мощности как естественными мерами (за счет улучшения режима работы приемников, применения двигателей более совершенной конструкции, устранения недогрузки двигателя, трансформаторов), так и за счет установки специальных компенсирующих устройств (генераторов реактивной мощности) в соответствующих точках системы электроснабжения.
Наиболее целесообразным является такое размещение компенсирующих устройств, при котором обеспечивается минимум годовых расходов. При определении затрат следует учитывать, что, с одной стороны, установка компенсирующего устройства увеличивает годовые затраты за счет капиталовложений в это устройство и стоимость дополнительных потерь в нем, а с другой стороны -годовые затраты уменьшаются за счет снижения потерь активной энергии во всей цепи электроснабжения от источника питания до места установки компенсирующего устройства вследствие компенсации реактивной мощности.
Современные системы электроснабжения (под этим термином понимаются все электрически связанные сети) относятся к классу больших систем с неполно заданной информацией.
Большое число узлов таких систем затрудняет совместный электрический расчет сетей всех напряжений, заставляет отказаться от классических способов их представления в виде схем с известной конфигурацией и заданными нагрузками и использовать различные способы их моделирования. Необходимость моделирования сетей, находящихся вне сферы деятельности организации, производящей расчет, обусловлена также дополнительными факторами организационного порядка, затрудняющими получение в полном объеме информации об их схемах и нагрузках. В этих случаях модели сетей необходимо строить по ограниченной информации обобщенного характера, которая, как правило, известна.
Решение задачи выбора мощности и мест установки КУ в описанных условиях возможно с помощью методов оптимизации больших систем [13, 14, 16]. Расчет, в котором одновременно учитываются сети всех напряжений общей системы электроснабжения, в дальнейшем называется системным расчетом. Используемая в таком расчете оптимизационная модель должна учитывать все технические и экономические факторы, существенные для сетей различных напряжений [21,12,23,27,28].
В соответствии с характерными условиями информационной обеспеченности расчетов и присущими особенностями режимов работы все сети могут быть разделены на пять групп [1]: 1) линии сверхвысокого напряжения (330 кВ и выше), возможности передачи реактивной мощности по которым определяются в основном техническими параметрами этих линий, а не требованиями приемной и передающей энергосистем; 2) межсистемные связи напряжением 220-110 кВ; 3) замкнутые сети ПО кВ и выше, не входящие в перечисленные выше группы; 4) разомкнутые сети 35-110 кВ; 5) сети 6-20 кВ и ниже.
Основной подсистемой являются замкнутые сети 110 кВ и выше, которые в системном расчете представляют обычной расчетной схемой [3]. Остальные группы сетей заменяют предварительно рассчитанными моделями, параметра ми которых являются потоки активной и реактивной мощности через граничные узлы с основной подсистемой.
Определение оптимальных графиков передачи мощности по линиям второй группы производится с целью выделения схемы рассматриваемой энергосистемы из схемы объединения энергосистем. Для получения таких графиков необходимо каждую из связанных энергосистем заменить эквивалентным числом узлов п, равным числу связей с другими системами.
Способы и средства компенсации реактивной мощности
Синхронные машины обладают рядом известных достоинств, которые обеспечили их применение для приводов механизмов большой и средней мощности, не требующих регулирования скорости вращения.
1. Главное преимущество синхронных двигателей заключается в возможности регулирования величины и изменения знака реактивной мощности. Синхронные машины обычно выполняются для работы с опережающим коэффициентом мощности, что позволяет компенсировать в определенных пределах реактивную мощность в питающей энергосистеме.
2. Синхронные машины имеют наиболее высокий КПД из всех вращающихся электрических машин. Коэффициент полезного действия синхронных машин всегда выше, чем асинхронных того же габарита. Это объясняется тем, что потери в стали синхронных машин всегда меньше, чем у асинхронных; потери в меди статора также меньше для синхронных машин вследствие более высокого значения коэффициента мощности, а остальные потери примерно равны.
3. Синхронные двигатели обеспечивают постоянство средней скорости вращения независимо от величины нагрузки.
4. Больший, чем у асинхронных машин, зазор между ротором и статором делает машину более надежной с точки зрения конструкции.
5. Синхронные машины могут оказьюать определенное положительное влияние на работу энергосистемы в целом.
Поддержание требуемого режима как двигателя, так и питающей системы может быть осуществлено при помощи автоматического регулирования возбуждения СД в функции: напряжения, реактивной мощности, угла сдвига между током и напряжением, активного и полного тока статора и, наконец, в функции угла внутреннего сдвига осей поля статора и ротора.
В работах [21,33, 34] дан глубокий анализ зависимости компенсирующего эффекта синхронного двигателя от тока возбуждения, напряжения на статор-ной обмотке, а также от конструктивных параметров двигателя.
Синхронные компенсаторы Синхронные компенсаторы на промышленных предприятиях применяются очень редко: на подстанциях, имеющих районное значение, а также иногда на крупных электропечных установках (дуговых и рудотермических). Этот способ компенсации целесообразен при больших мощностях компенсирующих устройств и переменном графике нагрузки по рекомендации или по согласованию с энергосистемой. Основное достоинство этого способа - возможность автоматического плавного регулирования уровня напряжения у потребителя электрической энергии с широкими пределами регулирования.
Решение о применении этого способа компенсации при больших мощностях компенсирующего устройства принимается исходя из технико-экономических соображений с учетом требований энергосистемы в отношении потребной в данной точке сети реактивной мощности, регулирования напряжения, устойчивости работы системы и режима короткого замыкания. В настоящее время ведутся работы по замене синхронных компенсаторов на статические полупроводниковые компенсаторы реактивной мощности.
Генераторы При выборе компенсирующих устройств необходимо определять целесообразную степень использования реактивной мощности работающих генераторов ближайших электростанций. Критерием такой целесообразности является сравнение приведенных затрат на генерацию и передачу реактивной мощности от электростанций Зр с затратами на установку на предприятии конденсаторных батарей 3Кб необходимой мощности. Затраты на генерацию при этом будут определяться только стоимостью дополнительных потерь в генераторе. В большинстве случаев передача реактивной мощности от генераторов является экономически целесообразной, если это не вызывает увеличения числа или сечения питающих линий, числа устанавливаемых трансформаторов и других затрат по усилению сети или по режимным условиям энергосистемы.
Гармонический анализ переменного тока и энергетические показатели компенсированного преобразователя
Одним из наиболее экономически выгодных способов управления вентильными преобразователями рассматриваемого класса является управление с поддержанием входного коэффициента сдвига по первой гармонике на уровне близком к единице. Такое управление в многофазных выпрямительных схемах осуществляется двумя способами. В первом используется принцип двухкратного включения за период сетевого напряжения. Способ предложен и исследован в работах Ф.Н. Голубева и В.Д. Латышко [77 - 79]. Во втором случае работа преобразователей осуществляется по принципу комбинированной коммутации, что позволяет иметь в схеме лишь половину вентилей, работающих с искусственной коммутацией. Схемы преобразователей с комбинированной коммутацией впервые были предложены И.М. Чиженко [80]. Вопросы использования в преобразователях с комбинированной коммутацией колебательных УИК освещены Г.Г. Магазинником и В.А. Тихомировым [68 - 69].
Оснащение компенсированного преобразователя конденсаторным фильтром придает ему ряд новых свойств.
Принцип работы УЗП, исключающий накапливание энергии в конденсаторе, был изложен в разделе 2.1.2, рис. 2.6. На базе рассмотренного узла искусственной коммутации (рис. 2.6).
Аналитическое исследование переходных и установившихся процессов в преобразователях приведено в работах [148,149].
При допущении мгновенной коммутации можно получить простые зависимости и сделать общие выводы относительно гармонического состава тока, потребляемого из сети компенсированным преобразователем. При анализе воспользуемся линеаризованным изображением кривых фазного тока по [148]. При разложении периодических несинусоидальных функций в ряд Фурье получены действующие значения ряда нечетных (п=1,5,7...) и четных гармоник тока [148]:
откуда следует, что в составе переменного тока преобразователя отсутствуют гармоники кратные трем, однако присутствуют четные составляющие.
На основании полученных выражений на рис. 2.9 построены зависимости действующих значений некоторых основных гармоник в функции угла регулирования. Величины гармоник отнесены к амплитуде первой гармоники при а=0. Из этого графика видно, что первая гармоника тока с увеличением угла регулирования монотонно уменьшается по закону косинусоидальной функции.
Действующее значение высших гармоник периодически изменяет свою величину, причем максимальные значения их обратно пропорциональны своему порядковому номеру.
Данные зависимости позволяют оценить содержание высших гармоник в фазном токе преобразователя. Из кривых на рис. 2.10, построенных на основе этих зависимостей, видно, что в отличие от обычных схем выпрямления уменьшение выходного напряжения при регулировании компенсированного преобразователя сопровождается уменьшением величины полной, а также полезной мощности. По сравнению с преобразователями с естественной коммутацией в данном преобразователе характер изменения мощности - не монотонный.
Из-за присутствия в гармоническом составе фазного тока четных гармоник содержание высших гармоник наиболее велико в средней части диапазона регулирования
Известно, что наличие высших гармонических в составе переменного тока в мощных вентильных преобразователях вызывает неблагоприятное влияние на показатели качества электроэнергии. Степень этого влияния в первую очередь зависит от абсолютных величин гармоник тока вентильных преобразователей. Показатель влияния преобразователя на питающую сеть принято определять через величину коэффициента искажения, так как в обычных схемах выпрямления он характеризует абсолютные величины высших гармоник тока.
В компенсированном преобразователе величина коэффициента искажения характеризует лишь относительное содержание высших гармоник, так как согласно (2.28) величина полного потребляемого тока здесь является также функцией угла управления. Это позволяет считать, что несмотря на падающий характер зависимости K =f(a) (рис. 2.11), работа компенсированного преобразователя в зарегулированном состоянии не будет вести к ухудшению качества энергии, так как потребление тока с увеличением угла а снижается.
Достоинства и недостатки синхронных машин достаточно проанализированы в литературе такими учеными, как И.А. Сыромятников, Л.Г. Мамикоянц, Д.П. Петелин, В. И. Плесков, Г.Г. Магазинник, Л.В. Литвак, В.А. Трошин и др., поэтому ограничимся лишь перечислением основных преимуществ синхронных двигателей [94,116,123,124,131,133,134].
Все многообразие применения синхронных двигателей для приводов может быть разбито на две группы в зависимости от типа нагрузочной диаграммы рабочей машины, от характеристики нагрузки, подключенной к шинам подстанции, от которых питаются синхронные двигатели, и от поставленных задач по улучшению режима работы как двигателя, так и питающей системы [133].
Из известных законов регулирования возбуждения синхронных двигателей [133] при комплексном управлении целесообразно применять следующие: - регулирование возбуждения двигателей на постоянство напряжения на шинах питающей подстанции с ограничением по максимальному и минималь ному значениям тока ротора; - регулирование возбуждения двигателя на постоянство коэффициента мощности. Это обусловлено тем, что именно эти законы наиболее рациональны при управлении возбуждения синхронных двигателей второй группы по усло виям нагрузочной диаграммы и характеристики нагрузки, подключенной па раллельно синхронному двигателю.
Целесообразность регулирования возбуждения на постоянство напряжения на шинах питающей подстанции вытекает из того простого факта, что при всяком отклонении напряжения от номинального ухудшаются технико-экономические показатели как синхронных двигателей, так и других потребителей электроэнергии, питающихся с шин данной подстанции.
Применение компенсационных выпрямителей для питания системы возбуждения СД
Как уже указывалось, стоимость выработанной СД реактивной мощности зависит от его мощности и системы возбуждения. В настоящее время выпускаемые СД комплектуются тиристорными преобразователями для питания обмотки возбуждения. Величина мощности такого управляемого тиристорного преобразователя определяется по току при форсировке тока возбуждения, который может быть в 2-3 раза выше номинального тока возбуждения по соображениям устойчивости в переходных процессах в системе. Эта величина входит в перечень паспортных данных СД. Обзор применяемых систем возбуждения приведен в приложении
Рассмотрим методику определения мощности выпрямителя для питания обмотки возбуждения СД, от компенсационного выпрямителя. С учетом форсировки системы возбуждения СД при переходных процессах величина расчетного тока Іав.н. должна быть увеличена на коэффициент форсировки возбуждения. В зависимости от мощности и назначения коэффициент форсировки Кф выбирается в пределах Кф=( 1,5...2,5).
При питании обмотки возбуждения СД от вентильных преобразователей наиболее рациональной схемой следует считать бестрансформаторную схему преобразователя. Конкретно для получения режима компенсации реактивной мощности могут применяться трехфазные мостовые и трехфазные с нулевым выводом выпрямители. Остановимся на мостовой схеме компенсационного выпрямителя как наиболее благоприятной по пульсациям выпрямленного напряжения.
При питании компенсационного выпрямителя по бестрансформаторной схеме среднее значение выпрямленного напряжения определяется по выражению Ob- угол управления. С учетом потерь напряжения в активном сопротивлении обмотки возбуждения СД (Кв=ив.нЛв.н.) в сопротивлении вентилей и коммутационных потерь напряжения за счет угла коммутации внешняя характеристика выпрямителя будет иметь наклон, пропорциональный AU = f{RJH№ip)
Величина номинального напряжения, прикладываемого к обмотке возбуждения при номинальном режиме, зависит от мощности СД и может изменяться в пределах от 30 до 120 вольт в двигателях на напряжение 380 В. Как правило, для таких двигателей о находится в пределах 65-75 электрических. Режим при форсировке возбуждения СД всегда кратковременен, поэтому снижение генерируемой реактивной мощности емкостного характера компенсационным выпрямителем в этом режиме можно не учитывать.
Таким образом, генерируемая реактивная мощность емкостного характера компенсационным вьшрямителем может превышать номинальную мощность возбуждения (Рвн.) в (2,5...4) раза при питании выпрямителя непосредственно от сети без согласующего трансформатора.
Пусть Wgroa - годовое потребление электроэнергии. Примем средневзве-шенный коэффициент мощности преобразователя совфсрищ.. Тогда реактивная мощность преобразователя с фазовым управлением
При средневзвешенном коэффициенте мощности компенсированного преобразователя совфсркомпи 1 определим сокращение перетока реактивной мощности в системе электроснабжения
