Обоснование структуры и параметров, определяющих рациональную степень компенсации реактивной мощности в сложных электротехнических комплексах с нелинейными электрическими нагрузками тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Илиана Антониа Гонсалес Палау

• Илиана Антониа Гонсалес Палау
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Илиана Антониа Гонсалес Палау

ВВЕДЕНИЕ.

1. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ.

1.1. Обзор современных методов выбора параметров компенсирующих устройств.

1.2. Характеристика систем электроснабжения металлургических предприятий.

1.3. Цель и задачи научных исследований.

1.4. Выводы к Главе 1.

2. РАЦИОНАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТОКОВ НАГРУЗКИ ПРИ НАЛИЧИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК.

2.1. Схемы замещения сетей при наличии высших гармоник.

2.1.1. Определение значимых элементов схемы замещения сети.

2.1.2. Влияние высших гармоник на элементы электрической сети.

2.1.3. Оценка учета несинусоидальности при расчете электрических сетей.

2.2. Выводы к главе 2.

3. МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЕТА ПОТОКОВ НАГРУЗКИ ПРИ НАЛИЧИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК.

3.1. Сравнение методов расчета электрических сетей.

3.2. Расчет электрических сетей при наличии высших гармоник.

3.3. Выводы к Главе 3.

4. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПРИ НАЛИЧИИ ИСКАЖЕНИЙ В СЕТИ.

4.1. Принципы компенсации реактивной мощности.

4.2. Компенсация реактивной мощности — многокритериальная задача.

4.3. Выбор метода оптимизации компенсации реактивной мощности.

4.4. Сравнение моно и многокритериальных задач.

4.5. Выводы к главе 4.

5. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ ПРЕДПРИЯТИИ ИМ. ЭРНЕСТО ЧЕ ГЕВАРА.

5.1. Характеристика электротехнического комплекса предприятия.

5.2. Выбор рациональной компенсации реактивной мощности.98

5.3. Экономическая оценка эффективности компенсации реактивной мощности.

5.4. Выводы к главе 5.109.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование структуры и параметров, определяющих рациональную степень компенсации реактивной мощности в сложных электротехнических комплексах с нелинейными электрическими нагрузками»

Потоки реактивной мощности увеличивают потери в проводниках, составляющих электротехническую систему, снижают эффективность работы генераторов и энергосистемы в целом. Увеличение оплаты за потребление электроэнергии, обусловленное реактивной мощностью, привело к необходимости рассматривать эту проблему как составную часть общей политики повышения энергоэффективности предприятий, составляющих общую энергетическую систему Кубы. Формирование рациональной величины коэффициента мощности позволяет транспортировать в энергосистеме больше активной мощности, уменьшить потери мощности и повысить качество электроэнергии.

На Кубе применяется существующий международный стандарт качества электроэнергии в электрических сетях - ЕЙ 50160, который устанавливает параметры качества.

Одним из факторов, влияющих на качество электроэнергии является компенсация реактивной мощности.

В качестве компенсаторов реактивной мощности следует выделить прежде всего конденсаторные батареи (КБ) и синхронные двигатели с перевозбуждением.

Наиболее простым в эксплуатации и поэтому наиболее распространенным способом компенсации реактивной мощности является применение КБ.

Однако конденсаторы практически никогда не работают в строго номинальных условиях. Это объясняется тем, что напряжение электрической сети изменяется во времени в зависимости от вариации нагрузок. Кроме того, формы кривых напряжений и токов в большей или меньшей степени могут отличаться от синусоидальных. Причиной этого является насыщение трансформаторов и главным образом наличие нелинейной нагрузки. Несинусоидальность кривой напряжения достигает в ряде случаев 10-15%, что ухудшает условия работы КБ, а иногда делает невозможным использование конденсаторных батарей. Возрастает количество отключений КБ в условиях появления высших гармоник, возникающих как со стороны самого предприятия, так и со стороны внешнего источника относительно ввода предприятия, что приводит к неэффективной компенсации реактивной мощности. Также увеличиваются потери мощности и напряжения, сокращается срок службы КБ. Следовательно, снижается эффективность функционирования электротехнического комплекса в целом. Отсюда следует, что при выборе параметров КБ необходимо прежде всего проанализировать состояние цепи с точки зрения искажений. Кроме этого выбор мощности КБ и мест их установки в разветвленных сетях представляет собой сложную многокритериальную задачу, связанную с потерями энергии, коэффициентом мощности и показателями качества электроэнергии.

Несомненно, при выборе рациональной степени компенсации реактивной мощности, необходимо получить максимально возможный экономический эффект при обеспечении его компромисса с техническими показателями.

В конечном итоге, уменьшение в распределительных сетях потоков реактивной мощности за счет ее компенсации позволит:

- обеспечить подключение дополнительных нагрузок, увеличив тем самым установленную мощность при наличии в энергоузлах тех же объемов активной мощности и той же пропускной способности сетей;

- самому потребителю увеличить производственные мощности без увеличения тока в сети; улучшить технико-экономическую эффективность системы электроснабжения;

- повысить устойчивость энергетической системы в целом.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Илиана Антониа Гонсалес Палау

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Выявлены зависимости параметров элементов1 системы ( , ' электроснабжения! от действия высших гармоник. Установлено; что неучет высших гармоник в виде скин-эффекта и вихревых токов приводит к, погрешности определения активного сопротивления и погрешности в расчете активных потерь мощности в пределах 10%.

2. Разработана программная реализация метода- основанного на методе . Гаусса-Зейделая, позволяющая рассчитать режимы;: работы электрической сети, в том .числе: и при; наличии; высших гармоник и обеспечивающего заданную точность расчета.

3. Разработан алгоритм и методика выбора параметров компенсации реактивной мощности,, включая: ФКУ, позволяющие; получить, желаемый технический и экономический эффекты.

4. Доказана эффективность. применения разработанной методики?: на примере ее, внедрения на обогатительном электротехническом комплексе предприятия «Эрнесто Че Гебара», г. Moa, Куба. Экономической эффект от внедрения компенсации реактивной мощности составил 121515 долларов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи повышения технических и экономических показателей работы электрической сети на основе повышения? эффективности,; компенсации реактивной; мощности в электротехнических комплексах предприятий; содержащих нелинейную двигательную нагрузку.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Илиана Антониа Гонсалес Палау, 2011 год

1. Абрамович Б.Н., Тарасов Д.М., Устинов Д.А., Сычев Ю.А. Проблемы контроля и компенсации гармонических искажений в сетях предприятий цветной металлургии // Цветные металлы. — 2008. — № 9. С.90-94.

2. Абрамович Б.Н., Полищук В.В. Надежность систем электроснабжения: Учебное пособие / СПГГИ. СПб, 1997. - 37 с.

3. Абрамович Б.Н., Устинов Д.А. Электропривод и электроснабжение горных предприятий: Учебное пособие / СПГГИ. СПб, 2004. - 84 с.

4. Агунов A.B. Статический компенсатор неактивных составляющих мощности с полной компенсацией гармонических составляющих тока нагрузки // Электротехника. 2003. - № 2. - С.47-50.

5. Асафов В.Н. Разработка секционированной конденсаторной установки для сети горного предприятия с вентильной нагрузкой: дис. на соискание ученой степ. канд. техн. наук: 05.09.03. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1994.

6. Бурман А.П., Виссарионов П.А. Основы современной энергетики. -М.: Изд-во МЭИ, 2003. 454 с.

7. Волков A.B., Волков В.А. Компенсация мощности искажений и реактивной мощности посредством активного фильтра с прогнозируемым релейным управлением // Электротехника. 2008. - № 3. - С.2-10.

8. Глухарев Ю.Д., Замышляев В.Ф. Техническое обслуживание и ремонт горного оборудования. М.: Издательский центр Академия, 2003. — 400 с.

9. Глушков В.М., Грибин В.П. Компенсация реактивной мощности. -М.: Энергия, 1975. 104 с.

10. ГОСТ 13109-97 Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

11. ГОСТ Готман В.И., Маркман Г.З. Задачи обследования системы компенсации реактивной мощности // Промышленная энергетика. 2006. -№ 8. - С.50-55.

12. Гонсалес И. Моделирование электрической сети и расчет ее режимов при наличии нелинейных искажений // Записки Горного института. РИЦСПГГУ. СПб, 2011. Том. 194. С 130-135.

13. Гонсалес И. Выбор параметров экономически выгодной компенсации реактивной мощности // Записки Горного института. РИЦ СПГГУ. СПб, 2011. Том 194. С 125-130.

14. Гонсалес И. Оптимизация компенсации реактивной мощности в сложных электрических сетях / ЯЗ. Шклярский, И. Гонсалес // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. СПб, 2011. № 4. С. 162-170.

15. Дементьев Ю.А., Кочкин В.И., Мельников А.Г. Применение управляемых статических компенсирующих устройств в электрических сетях // Электричество. 2003. - № 9. - С.2-10.

16. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2000. — 252 с.

17. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабженияпромпредприятий. 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1986. —1168 с.

18. Жежеленко И.В., Рабинович М.Л., Божко В.М. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях. — К.: Техника, 1981. — 160 с.

19. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 224 с.

20. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1981. - 200 с.

21. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 176 с.

22. Зевеке Г.В. Основы теории цепей. 4-е изд., перераб. - М.: Энергия, 1975.-752 с.

23. Каялов Г.М. Основы построения промышленных электрических сетей / М.: Энергия, 1978. 352 с.

24. Кириенко В.П., Слепченков М.Н. Комплексное устройство компенсации реактивной мощности и мощности искажения в системах питания с управляемыми выпрямителями // Электричество. 2006. — № 11.— С.33-40.

25. Компенсация реактивной мощности ключ к снижению энергопотребления // Технологии энергосбережения Сибири. 2009. - С.2-13.

26. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов. М.: Академия, 2004.320 с.

27. Корнилов Т.П., Храмшин Т.Р. Современные способы компенсации реактивной мощности крупных металлургических приводов // Электромеханика. 2009. - № 1. — С.28-31.

28. Кумаков Ю.В. Инверторы напряжения со ступенчатой модуляцией и активная фильтрация высших гармоник // Новости электротехники. 2005. № 6.

29. Кучумов JI.A., Спиридонова JI.B. Потери мощности в электрических сетях и их взаимосвязь с качеством электроэнергии. JL: Изд-воЛПИ, 1985.-92 с.

30. Максимов A.B., Паули В.К. Компенсация реактивной мощности -актуальная задача энергосбережения//Электро. 2009.-№ 3.-С.7-10.

31. Михайлов В.В. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. М: Энергоатомиздат, 1992. - 150 с.

32. Пронин М.В. Активные фильтры высших гармоник. Направления развития // Новости электротехники. 2006. - № 2.

33. Розанов Ю.К., Гринберг Р.П. Гибридные фильтры для снижения несинусоидальности тока и напряжения в системах электроснабжения // Электротехника. 2006. - № 10. - С. 55-60.

34. Скамьин А.Н. Обоснование структуры и параметров системы компенсации реактивной мощности при наличии высших гармоник в напряжении и токе: дис. на соискание ученой степ. канд. техн. наук: 05.09.03. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2011.

35. Феодоров A.A. Электроснабжения промышленных предприятий /I1. Энергоисдат, 1986-340с.

36. Чаплыгин Е.Е., Ковырзина О.С. Компенсация неактивных составляющих полной мощности дуговых сталеплавильных печей // Электричество. 2009. -№11.- С.30-37.

37. Черепанов В.В. Методика анализа несинусоидальных режимов систем электроснабжения промышленных предприятий // Электротехника. -1989.-№17.

38. Шклярский Я.Э. Методы и средства повышения эффективности управления потоками реактивной мощности электротехнических комплексовгорнодобывающих предприятий: дис. на соискание ученой степ. докт. техн.наук: 05.09.03. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2004.

39. Шклярский Я.Э. Управление потоками реактивной мощности на горных предприятиях. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2002. - 94 с.

40. Шклярский Я.Э., Ситников Д.А., Скамьин А.Н. Уменьшение влияния высших гармоник на работу электротехнического комплекса горногопредприятия // Сб. Записки Горного института. — 2008. том 178. - С.162-165.

41. Шклярский ЯЗ., Скамьин А.Н. Способы уменьшения влияния высших гармоник на работу электрооборудования // Сб. Записки Горного института. -2011. том 189. - С. 121-124.

42. Anderson ЕЕН. Modeling and analysis of electric power systems / EEH 2003- p.150.

43. Aydogan O., Yun L., Singh C. Post-outage reactive power flow calculations by Genetic Algorithms: constrained optimization approach // IEEE Transactions on Power Systems, vol. 20, no. 3, august 2005. p-105-111.

44. Arrillaga J, Smith B, Watson N у Wood A. Power System Harmonic Analysis // IEEE Transactions on Power Systems. 1997 p. 67-72.

45. Arzola R. J. System Engineering / Felix Varela. 2000 p.350.

46. Arzola R.J, Simeon R.M, A. Maceo. The integration of variables method: a generalization of genetic algorithms // 2003- p. 35-40.

47. Delfanty M., Guerrero P. Optimal Capacitor Placement using Deterministic and Genetic Algorithms // IEEE. Transaction on Power Systems Vol. 15 N°3, 2000-p. 145-152.

48. Dong Z., Makarov B. Advanced Reactive Power Planning by a Genetic Algorithm // Power Systems Computation Conference: PSCC'99, 1999 p. 96 -117.

49. ESA. The graphical solution for power system analysis// Easy Power Copyright 1991-2006 p. 240.

50. Gilker В. Power Quality Compensation Using Universal Power Quality Conditioning System // IEEE Power Ingineering. 2000- p. 45-54.

51. Giinjelen J., Ruskaert A. Influence of electric power distribution system design on harmonic propagation // Springer 2003- p. 97-105.

52. Gonzalez P.I., Marrero R.S. Компенсация реактивной мощности в электрически сети // Горное дело и геология. 1999- р. 13-15.

53. Gonzalez P.I. Программное обеспечение оптимизации и контроля распределения реактивной мощности // Энергетика. Vol. XXV. № 2. 2004- р. 67-69.

54. Gonzalez P.I., Marrero R.S., Legra L.A. Оптимизация распределения реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятии. Часть I // Энергетика. Vol. XXVII. № 2. 2006- p.l 13-117.

55. Gonzalez P.I., Marrero R.S., Legra L.A. Оптимизация распределения реактивной мощности в электрических сетях промышленных предприятии. Часть 11 // Энергетика. Vol. XXV. № 2. 2007- р.156-161.

56. Grudinin N. Reactive power optimization using successive quadratic programming method // IEEE Transaction on Power Systems Vol 13 N°4 1998-p.56-62.

57. Holland J. H. Adaptation in Natural and Artificial Systems / University of Michigan Press, 1976 p. 269.

58. Hernández Galicia, Julio A. y Gómez Nieva Rolando. Reactive compensation planning by evolutionary programming //. IEEE. 2000- P.45-52.

59. IEEE. Recommended Practice for Industrial and Commercial Power Systems Analysis / STD 399-1997. p. 589.

60. IEEE Std 519-1992 IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems, 1992.p.

61. Karrillo G. Arrillaga I. Optimal Reconfiguration of Distribution Networks with a Heuristic Truncated Enumeration Algorithm // Halifax, 2000. C. 158-164

62. General Electric catalog / 2007. p.450.

63. Kasas F. L. Электро энергетические системы// Мир. 1991- p. 60.

64. Kannan S. Narayana P. Application and Comparison of Metaheuristic Techniques to Generation Expansion Planning Problem // IEEE Transactions On Power Systems, Vol. 20, №. 1, 2005. p. 1190-1195.

65. Kenjy I. Calculation of reactive power service charges under competition of electric power industries // Electrical Engineering 85 SpringerVerlag 2003. p.169-175.

66. Koello С. А. Введение в эвристического программирования / энергия, 2004- р. 389.

67. Gardiner 1. R. у Steuer R.E. A heuristic for estimation nadir criterion values in multiple objetive linear programming // Universidad of Georgia. 1993- p. 1-45.

68. Karainova J.N., Narula S.C. y Vasiliev V. An interactive procedure for multiobjetive integerprogramming problems // IEEE Transaction on Power Systems Vol 13 N°1 1998. p. 1200-1210.

69. Man K., Tang K., Kjong S. Genetic Algorithms: Concepts and Applications// IEEE Transactions on Industrial Electronics. V. 43, №. 5.1996. p.519 533.

70. Pirez F., Gomez M.A. Multiobjective Model for VAR Planning in Radial Distribution Networks Based on Tabu Search // IEEE Transactions On Power Systems, Vol. 20, №. 2, 2005- p.45-55.

71. Pileggy M. Metaheuristics for multiple objective combinatorial optimization / IMM. 1998-p.45.

72. Perez X., Fuerte E. Advanced SVC models for Newton Raphson load flow and Newton Power flow studies //IEEE Transaction on Power Systems Vol 15 N°1 .2000-p. 1256-1261.

73. Perez I., Gonzalez X. VAR Compensation by Sequential Quadratic Programming // IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 18, №. 1, February 20030- p. 345-349.

74. Rios S., Naranjo A., Escobar A. Modeling of electrical systems in the presence of harmonics // IEEE Transactions on Power Systems Vol. IX, № 22, 2003-p. 987-993.

75. Salam, Chickhani, Hackman. A probabilistic Heuristic for a Computationally Difficult Set Covering Problem // Operation Research Letters, Vol. 8, 1994. p. 67-71.

76. Soria E. Meta-Heuristics: Theory and Applications / Kluwer Academic Publishers. 2003. p. 192.

77. Shperling B.R., Sims T.R. and Xu W. Modelling and simulation of the propagation of harmonics in electric power networksT // IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 11, No. 1, January 1996, p. 456- 462.

78. Stagg G.W. and El-Abiad A.H. Computer Methods in Power System Analysis// McGraw-Hill, 1968,p-421.

79. Sapag Chain N. y Sapag Chain P. Financiación de empresa / Universidad de Barcelona. 1993, p-189.

80. Stevenson W.D. Análisis de Sistemas de Potencia / McGraw-Hill. 1977,1. C.731.

81. XeidT G., Grady M. Optimal Vary Sitting Using Linear Load Flow Formulation // IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol. 102, 1983, p. 1214-1222.

82. Xyr P. Analysis iterative of reactive power compensation in distribution networks // Energy. 2003, p. 234-238.

83. Zhang Y. Optimal Reactive Power Dispatch Considering Costs of Adjusting the Control Devices // IEEE Transactions On Power Systems, Vol. 20, No. 3. 2005, p. 1200-1207.