Введение к работе
Актуальность работы. В условиях растущего дефицита энергетических ресурсов, динамики опережающего роста тарифов на электроэнергию возрастает роль энергоэффективности в технологических процессах и развивающейся экономике страны. Оптимизация режимов электропотребления, повышение рентабельности производства и обеспечение конкурентоспособности выпускаемой продукции - стратегическая линия экономической эффективности внедрения энергосберегающих мероприятий.
Поэтому одним из путей снижения потерь электроэнергии, улучшения режимов электроэнергетических систем и систем электроснабжения, повышения качества электроэнергии является установка устройств компенсации реактивной мощности.
Недостаточный уровень качества электрической энергии вызван электропотребителями с резкопеременной, нелинейной, несимметричной и циклической нагрузкой, что характерно для дуговых сталеплавильных печей (ДСП), которые являются составляющей электротехнологий.
Для компенсации реактивной мощности ДСП применяют в основном быстродействующие компенсаторы с тиристорно-реакторной группой, главной функцией которых, кроме компенсации постоянной составляющей реактивной мощности и подавления высших гармоник с помощью силовых фильтров, является снижение до необходимого уровня колебаний амплитуд реактивного тока прямой последовательности.
Однако неполный учет характеристик данных факторов в комплексе при расчете параметров электротехнических устройств поперечной компенсации реактивной мощности и недостаточно эффективное управление ими снижает надежность их функционирования до 30%.
Ухудшение качества электроэнергии приводит к снижению эффектности технологического и электромагнитного характера: увеличение потерь активной мощности и электроэнергии, сокращение срока службы электрооборудования, нарушение нормального хода технологических процессов потребителей.
Поэтому комплексный учет характеристик факторов, влияющих на формирование реактивной мощности и качество электрической энергии для определения рациональных параметров электротехнических устройств поперечной компенсации в электротехнологиях, закона и структуры системы управления ими для повышения эффективности их функционирования, является актуальной научной задачей.
Цель работы - повышение надежности функционирования устройств поперечной компенсации реактивной мощности в электротехнических системах электротехнологий путем обоснования их рациональных параметров, закона и структуры управления переходными процессами, комплексно учитывающих резкопеременную, несимметричную и циклическую нагрузку, высокочастотные гармоники, ток обратной последовательности и квазистационарные электромагнитные процессы при формировании реактивной мощности.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи исследования:
-
Анализ методов расчета, моделирования и условий эксплуатации устройств поперечной компенсации реактивной мощности.
-
Разработка математической модели системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор», учитывающей в комплексе резкопеременную, нелинейную, несимметричную и циклическую нагрузку, высокочастотные гармоники, ток обратной последовательности и квазистационарные переходные электромагнитные процессы, и установление закономерностей формирования управляющего воздействия устройствами поперечной компенсации реактивной мощности в электротехнических системах электротехнологий.
-
Исследование математической модели для расчета рациональных параметров системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор», структуры и топологии управления устройствами поперечной компенсации реактивной мощности.
-
Определение уровня надежности и условий реализуемости конструкционной и функциональной надежности системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
-
Разработка методики определения рациональных параметров по критерию надежности системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
-
Численное и экспериментальное исследование режимов работы системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
-
Определение экономических показателей эффективности системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
Идея работы заключается в достижении требуемого уровня надежности функционирования устройств поперечной компенсации на основе эффективного закона и структуры управления переходными процессами в электротехнических системах и условий реализуемости их рациональных параметров.
Объект исследования - электротехнический комплекс «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
Предмет исследования - электромагнитные и электромеханические процессы, протекающие в электротехническом комплексе «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
Методы исследования, используемые в работе, основаны на совокупности применения теории электрических цепей, автоматического управления, теории надежности технических систем, теории вероятностей и математической статистики, эксперимента с широким применением ЭВМ.
Автор зашишает:
-
-
Математическую модель системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор», учитывающую в комплексе резкопеременную, нелинейную, несимметричную и циклическую нагрузку, высокочастотные гармоники, ток обратной последовательности и квазистационарные переходные электромагнитные процессы, и зависимости для определения ее рациональных параметров, на основе исследования математической модели системы.
-
Закономерности формирования управляющего воздействия устройствами поперечной компенсации реактивной мощности в электротехнических системах электротехнологий, комплексно учитывающие характеристики переходных процессов в системе «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
-
Условия реализуемости математической модели системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор» и технические решения рациональной структуры топологии управления устройствами поперечной компенсации реактивной мощности.
Научная новизна заключается в определении рациональных параметров системы «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор», закономерностей формирования закона и структуры управления устройствами поперечной компенсации путем учета в комплексе характеристик факторов, влияющих на формирование реактивной мощности и качество электрической энергии для повышения эффективности функционирования электротехнических систем электротехнологий.
Она представлена следующими результатами:
определены зависимости для расчета рациональных параметров электротехнического комплекса «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор», учитывающие в комплексе резкопеременную, нелинейную, несимметричную и циклическую нагрузку, высокочастотные гармоники, ток обратной последовательности и квазистационарные переходные электромагнитные процессы на основе исследования его математической модели;
установлены закон и условия формирования рациональной структуры системы управления электротехническими устройствами компенсации реактивной мощности, обеспечивающие повышение эффективности их функционирования в электротехническом комплексе электртехнологий;
установлены закономерности формирования флуктуаций напряжения в точке подключения электротехнологий (ДСП), комплексно учитывающие характеристики факторов влияющих на питающую сеть;
разработан алгоритм функционирования системы управления устройством поперечной компенсации (СТК) электротехнических устройств электротехнологий (ДСП);
установлены зависимости, учитывающие электромагнитные переходные процессы при компенсации реактивной мощности для оценки качества работы СТК в составе электротехнического комплекса «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены физически обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми составляет 10,5%.
Практическая значение. Разработаны методика расчета рациональных параметров и алгоритм управления устройством поперечной компенсации (СТК) электротехнических систем электротехнологий (ДСП), комплексно учитывающие резкопеременную, нелинейную, несимметричную и циклическую нагрузку, высокочастотные гармоники, ток обратной последовательности и квазистационарные переходные электромагнитные процессы и методика расчета рациональных параметров электротехнического комплекса «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор».
Реализация результатов работы.
Результаты работы используются в ЗАО «Нидек АСИ ВЭИ» при разработке быстродействующих устройств компенсации реактивной мощности для резкопеременной, циклической и других видов нагрузки. Технико- экономический эффект от внедрения результатов работы составляет около 8 млн. руб. в год.
Разработанная математическая модель электротехнического комплекса «электропитающая система - дуговая сталеплавильная печь - статический тиристорный компенсатор» используется при исследовании влияния переходных процессов на выбранное силовое оборудования СТК для ДСП в ЗАО «Нидек АСИ ВЭИ».
Основные научно-практические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в курсах: «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике», «Основы проектирования электроэнергетических систем», «Электроснабжение промышленных предприятий», читаемых на кафедре «Электроэнергетика» Тульского государственного университета.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных магистерских научно-технических конференциях ТулГУ (г. Тула, 2009 - 2013 гг.), V и VI молодёжной научно- практической конференции ТулГУ МОЛОДЁЖНЫЕ ИННОВАЦИИ (г. Тула, 2011 г.), Пятой международной Школе-семинаре молодых ученых и специалистов «Энергосбережение-теория и практика» (г. Москва, 2010 г.), VI Международной конференции по автоматизированному электроприводу «АЭП- 2010» (г. Тула, 2010 г.), Международной научно-технической конференции «Энергосбережение-2011» (г. Тула, 2011 г.), 7-ой и 8-ой Международной конференции «Силовая электроника и энергетика» (г. Москва, 2010-2011 г.), VII Международной конференции по автоматизированному электроприводу «АЭП-2012» (г. Иваново, 2012 г.).
Публикации. Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в 12 печатных работах, из них 5 - в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получен патент на полезную модель № 112532.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 110 наименований. Диссертация изложена на 134 страницах машинописного текста, включая 4 таблицы, 34 рисунка.
Автор выражает благодарность научному руководителю - доктору технических наук, профессору Степанову Владимиру Михайловичу и техническому руководителю проектов ЗАО «Нидек АСИ ВЭИ», кандидату технических наук Фомину Андрею Васильевичу за научные консультации и помощь при работе над диссертацией.
Похожие диссертации на Повышение эффективности функционирования устройств поперечной компенсации электротехнических систем электротехнологий
-
