Разработка методик подавления колебаний напряжения и коррекции формы токов резкопеременных промышленных нагрузок с помощью быстродействующих управляемых устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Ненахов Александр Игоревич

• Ненахов Александр Игоревич
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Ненахов Александр Игоревич

Введение

1. глава 1. разработка программно-математических моделей режимов совместной работы дсп и стк

1.1. Компенсация реактивной мощности и подавление фликера с помощью СТК

1.2. Моделирование режимов совместной работы ДСП и СТК

.-М Реализация математической модели дуговой печи

] .2.2. Идентификация параметров модели

1.23. Проверка реакции модели на изменение внешних параметров

1.3. Выводы по главе

2. глава 2. оценка эффективности применения стк в системах электроснабжения

2.1. Аналитическая оценка работы комплекса ДСП и СТК

2.1.1. Работа печи без компенсатора

/1.2. Оценка эффективности работы СТК с дуговой печью

2.2. Совместное регулирование устройств компенсации в энергетической системе

2.2.1. Предварительные расчеты режимов компенсации

2.2 2. Параллельное независимое регулирование УШР и СТК

2.2.3. Зависимое регулирование - ведущий УШР, ведомый СТК

2.2 4. Раздельное регулирование напряжений 220 и 110 кВ

2.3. Выводы по главе

3. глава 3. перспективы внедрения статком в системах электроснабжения

3.1. Сравнение устройств СТАТКОМ и СТК

3.2. Обзор топологий СТАТКОМ

3.2.1. Схема на базе одноуровневого инвертора

3 2.2. Схема на базе многоуровневого инвертора

3.23. Двухуровневый инвертор

3.3. Выводы по главе

4. глава 4. расчет параметров статком и выявление функциональных особенностей

4.1. Расчет режимов компенсации и симметрирования

4.2. Выбор элементов и параметров

4.2.1. Расчет фильтрующих устройств

4.2 2. Анализ режима компенсатора с учетом фильтра

4.2.3. Расчет изменений напряжения на конденсаторе для выбора его емкости

4.2.4. Структура расчета параметров элементов компенсатора

4.3. Методика расчета сигнала управления

4.3 1. Быстродействующие датчики составляющих тока

4.3.2. Базовая методика управления

4.4. Выводы по главе

5. глава 5. исследование качества компенсации при различных подходах к управлению

5.1. Вспомогательные расчетные модели

Ь 1.1. Система промежуточной обработки сигналов управления

Ь.1.2. Параметры оценки эффективности компенсации

г) 1.3. Задание исходных условий для компенсации

5.2. Оценка эффективности работы алгоритмов регулирования по току

j./.l. Управление датчиками активных и реактивных токов

Ь.2.2. Практическое применение методики симметрирования токов с помощью датчиков

составляющих токов

5.2.3. Управление с исключением гармонических составляющих тока печи

Ь 2.4. Выделение сигнала основной частоты

Ь.2.Ь. Подавления фликера с управлением по напряжению

5.3. Выводы по главе

общие выводы по диссертации

список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

ПРИЛОЖЕНИЕ И

ПРИЛОЖЕНИЕ К

ПРИЛОЖЕНИЕ Л

ПРИЛОЖЕНИЕ М

Список аббревиатур и буквенных обозначений

АИН - автономный инвертора напряжении

ДВАХ - динамическая вольтамперная характеристика дуги

ДСП - дуговая сталеплавильная печь

КЗ - короткое замыкание

ПКЭ - показатели качества электроэнергии

ПС - подстанция

РМ - реактивная мощность

СКРМ - система компенсации реактивной мощности

СТК - статический тиристорный компенсатор

СУ - система управления

ТРГ - тиристорно-реакторная группа

УИН - управляемый инвертора напряжения

УШР - управляемый шунтирующий реактор

ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты

ФИП - фазоимпульсное преобразование

ФКУ - фильтрокомпенсирующее устройство

ФКЦ - фильтрокомпенсирующая цепь

ШИМ - широтно-импульсная модуляция

ШПФ - широкополосный фильтр

ЭКЗ - эксплуатационное короткое замыкание

ЭШП - электрошлаковый переплав

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методик подавления колебаний напряжения и коррекции формы токов резкопеременных промышленных нагрузок с помощью быстродействующих управляемых устройств»

Введение

Актуальность. В современных условиях быстрого развития промышленности и роста потребностей в энергоресурсах важным аспектом являются мероприятия, направленные на энергосбережение и повышение устойчивости и надежности электроснабжения. Данные вопросы напрямую связаны с необходимостью улучшения управляемости и качества контроля режимов электроэнергетических систем. Одним из направлений в решении данных задач являются устройства, относящихся к системам FACTS (Flexible Alternative Current Transmission Systems — гибкие системы передачи переменного тока).

Все более широкое распространение получают преобразовательные устройства в основе которых лежат мощные биполярные транзисторы (IGBT). Их свойства напрямую отражаются на всех параметрах преобразователей. В идеальном случае ключ должен мгновенно, при нулевой мощности управления, переключать бесконечно больше токи и блокировать бесконечно большие напряжения, иметь при этом нулевой остаточное напряжение и токи утечки. Однако в реальных задачах это недостижимо.

С каждым годом полупроводниковые приборы усовершенствуются и в настоящее время допустимые напряжения силовых ключей достигают 6000 В, а отключаемый ток составляет до 4 кА, и это ограничивает мощность полностью управляемых схем на их основе [1]. Схемы на IGBT уже широко используются в пусковых устройствах и преобразователях частоты, применяемых с электрическими двигателями.

Данные схемы инверторов при разработке соответствующей системы управления могут быть адаптированы для других применений, в частности для систем компенсации реактивной мощности, что является на данном этапе наиболее часто применяемой составляющей идеологии FACTS.

Для исследования в данной работе выбрана конкретная область

компенсации реактивной мощности резкопеременных нагрузок, а именно

дуговых печей малой мощности (до 12 МВА), как наиболее сложных, с точки

5

зрения влияния на параметры качества электроэнергии. Такие нагрузки питаются на напряжении 6, 10 кВ и имеют более высокое отношение мощности эксплуатационного КЗ к номинальной мощности, что обуславливает генерацию сильных колебаний напряжения. Применение в таких случаях классических тиристорных компенсаторов становится недостаточно эффективным. А устройства СТАТКОМ благодаря возможности полного контроля тока в широком диапазоне могут обеспечить не только более качественное подавление колебаний, но и такие дополнительные функции, как активная фильтрация и симметрирование токов по фазам.

Схемы построения СТАТКОМ очень разнообразны и для каждого конкретного применения необходимо вести разработку не только силового устройства, отвечающего требуемым параметрам, но и в первую очередь алгоритма управления. В настоящее время имеются работы описывающие различные разработки в области быстродействующей компенсации. Так в работах Пешкова М.В. изучается применение СТАТКОМ средней мощности и алгоритмы управления в электроэнергетических сетях. Мурзиков А.А. рассматривает применение быстродействующего компенсатора для повышения устойчивости и более эффективного использования мощности синхронных генераторов. Работы Кошелева К.С. посвящены выбору защитных средств для компенсатора СТАТКОМ, рассмотрены вопросы проектирования и выбора силовых элементов, проанализированы возможные аварийные процессы. Николаевым А.В. исследовано использование быстродействующего компенсатора на преобразовательных подстанциях с точки зрения активного фильтра гармоник. Также различным аспектам использования устройства СТАТКОМ посвящены работы таких российских и зарубежных авторов, как Чуприков В.С, Vijay K. Sood, J. B. Anderson, J.P. Hasler.

Таким образом, в большинстве работ рассмотрена та или иная сторона использования возможностей быстродействующей компенсации, в основном, применительно к сетям высокого напряжения. Однако, в опубликованных

материалах не раскрываются полностью особенности работы СТАТКОМ в комплексе с резкопеременными нагрузками на среднем и низком напряжении.

Уровень развития технологий позволяет применять компенсатор данного типа с дуговыми печами малой мощности, при этом существенно не увеличивая стоимость оборудования в сравнении с СТК. А метод управления таким преобразователем, максимальное использующий все возможности силовой схемы, обеспечит значительные более высокую эффективность. Поэтому разработка и анализ такой системы являются сегодня актуальной проблемой.

Цель работы - разработка эффективного способа регулирования полностью управляемого компенсатора РМ в системе с дуговой печью, обеспечивающего подавление генерируемых нагрузкой колебаний напряжения, симметрирование и активную фильтрацию токов.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

• Разработать модели комплекса ДСП и компенсатора РМ, максимально точно отражающая взаимодействие устройств в одной системе.

• Верифицировать модель ДСП. Проанализировать на моделях работу СТК с ДСП и сравнить результаты с имеющимися данными,

• Выполнить анализ схем и вариантов исполнения СТАТКОМ, выявить наиболее подходящие для конкретных задач.

• Разработать несколько методов управления компенсатором с учетом опыта для СТК.

• В полной модели электротехнического комплекса провести анализ качества функционирования методов и определить предельные возможности данной системы.

Методика исследований. Получение расчетных данных проведено в среде МайаЬ^тиНпк. При этом имитационные модели основаны на дифференциальных уравнениях теории электрических цепей. Также применена методика моделирования электрических параметров дуги на основании уравнения Касси.

Обоснование и достоверность результатов. Адекватность результатов обеспечена идентификацией моделей нагрузки с использованием осциллограмм напряжений и токов реальной печи. В первой части работы правильность расчетов подтверждается путем сравнения результатов, полученных в моделях с характеристиками реальной системы компенсации. Далее математическое моделирование проведено с учетом физически обоснованных допущений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• Определен характер взаимного влияния работы компенсатора реактивной мощности и дуговой печи. Это учтено при моделировании комплекса, что повысило точность оценки качества компенсации.

• Исследованы режимы одновременной работы в одной системе нескольких компенсирующих устройств разных типов. Сформированы принципы совместного регулирования для выполнения разных задач.

• Исследованы возможности устройств СТАТКОМ при работе с резкопеременной нагрузкой и сложными формами токов. Разработана методика выбора мощностей компенсатора.

• Разработаны алгоритмы управления СТАТКОМ использующие весь потенциал устройства при различном применении и функциях устройства.

Практическая ценность. Разработанный алгоритм управления позволяет скомпенсировать колебания реактивной мощности (и напряжения) самых сложных промышленных нагрузок. Применение такого компенсатора обоснованно в распределительных сетях 6-10 кВ предприятий с низкой мощностью КЗ сети. При этом компактность установки и ее высокая эффективность делает СТАТКОМ незаменимым при введении в эксплуатацию новых нагрузок на развитых промышленных предприятиях с разветвленными сетями низкого напряжения.

На защиту выносится: 1. Система комплексного моделирования энергосистемы дуговой печи и

компенсирующего устройства и расчета ПКЭ.

8

2. Принципы совместного регулирования разнотипных компенсирующих устройств:

a. Параллельное независимое регулирование

b. Зависимое регулирование - один ведущий, другой ведомый

c. Раздельное регулирование по двум параметрам.

3. Метод обработки быстроизменяющихся токов с использованием накопленной энергии.

4. Методика быстродействующего косвенного регулирования напряжения с плавающий коэффициентом расчета выходного тока.

Апробация. В ходе выполнения диссертационной работы основные

положения и результаты докладывались на научно-технических конференциях:

1. «Математическая оценка подавления фликера с помощью СТК», «Энерго- и ресурсосбережение- XXI век», г. Орел, 04.2013.

2. «Современные методы компенсации реактивной мощности», конференция «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 27-28.02.2014.

3. «Преимущества современных средств компенсации реактивной мощности». конференция «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов», г. Тольятти, 15-17 апреля 2014г

4. «Возможности современных компенсирующих устройств», конференция «Тинчуринские чтения», г. Казань, 23-24.04.2014 г

5. «Перспективы развития устройств компенсации реактивной мощности», «Тинчуринские чтения», г. Казань, 03.2015.

6. «СТАТКОМ как средство подавления фликера», «Энерго- и ресурсосбережение- XXI век», г. Орел, 04.2015.

7. «Сравнение методов выделения реактивной составляющей тока», «Проблемы и перспективы развития электроэнергетики в XXI веке», г. Армавир, 08.2014.

8. «Вычисление доз фликера в моделях реального времени», «Энергетика, электромеханика, и энергоэффективные технологии глазами молодежи», г. Томск, 10.2014

Были опубликованы следующие печатные работы в журналах ВАК:

1. Особенности построения систем управления статическими тиристорными компенсаторами, журнал «Электрооборудование: эксплуатация и ремонт», г. Москва, № 1, 2014 г.

2. Применение тиристорных компенсаторов в системах электроснабжения, журнал «Главный энергетик», г. Москва, № 4, 2014 г.

3. Моделирование режимов совместной работы двух устройств компенсации реактивной мощности на подстанции 220 кВ, журнал «Промышленная энергетика», №12, 2014 г.

4. Перспективы использования устройств компенсации типа СТАТКОМ в сетях промышленных предприятий, журнал «Электрооборудование: эксплуатация и ремонт» №7, 2015 г.

5. Совершенствование подходов к моделированию токов дуговой сталеплавильной печи при разработке компенсаторов реактивной мощности, журнал «Промышленная энергетика», №9, 2015 г.

6. Совмещение функций компенсации реактивной мощности, симметрирования и активной фильтрации токов при построении алгоритма управления устройством СТАТКОМ, журнал «Электричество», №8, 2016 г.

7. Применение устройства СТАТКОМ малой мощности в системе с несимметричной нагрузкой, журнал «Промышленная энергетика», №1, 2017 г.

1. Глава 1. Разработка программно-математических моделей режимов совместной работы ДСП и СТК

1.1. Компенсация реактивной мощности и подавление фликера с помощью СТК

Статический тиристорный компенсатор (СТК) - устройство, обеспечивающее повышение эффективности работы и энергосбережения систем передачи, и распределения электрической энергии путем быстродействующей управляемой компенсации реактивной мощности. СТК разрабатываются в двух основных модификациях: для промышленных установок типа дуговых сталеплавильных печей (ДСП) и тиристорных приводов прокатных станов, а также для высоковольтных линий электропередачи. Также есть специальное исполнение СТК для применения на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог.

В настоящее время лишь несколько компаний занимаются производством СТК в России. Ведущим производителем является компания «Нидек АСИ ВЭИ» (ранее «Ансальдо-ВЭИ»). Первые СТК были разработаны в ВЭИ в начале 1980-х годов и до сих пор успешно эксплуатируются. С принятием в 2013 году нового стандарта на качество электроэнергии такие установки становятся все более востребованы.

Если рассматривать применение СТК в промышленности [2], то необходимость их внедрения обусловлена реализацией следующих функций:

- существенное снижение колебаний напряжения (фликера) в питающей сети

- возможность подключения мощных печей к энергосистемам с низкой мощностью КЗ

- повышение среднего коэффициента мощности

- снижение токов высших гармоник, генерируемых нагрузкой

- симметрирование токов, потребляемых из сети

- стабилизация напряжения на шинах нагрузки

- повышение производительности печи

- снижение расхода электродов и износа футеровки

Помимо обеспечения требований ГОСТ [3]по основным показателям качества напряжения СТК осуществляют разгрузку сетевых трансформаторов и питающих линий электропередачи от реактивной мощности и, тем самым, снижают в них величину действующего тока и активных потерь, что позволяет увеличить передаваемую активную мощность без установки нового оборудования [4]. Этот фактор определяет основной экономический эффект от применения СТК. Срок окупаемости СТК составляет от 1 до 3 лет.

Требования, предъявляемые к СТК, очень разнообразны и для каждой конкретной установки имеют свои особенности, поэтому для каждого объекта параметры установки и алгоритмы управления подбираются индивидуально, исходя из расчетов основанных на замерах параметров системы электроснабжения в виде мощности компенсируемой нагрузки и требований по качеству электроэнергии.

Стандартная схемная конфигурация СТК включает в себя набор фильтров высших гармоник - фильтрокомпенсирующих цепей (ФКЦ), постоянно подключенных к сети или коммутируемых выключателями, и включенную параллельно им тиристорно-реакторную группу (ТРГ) - три фазы управляемых тиристорами реакторов. Угол отпирания тиристоров постоянно регулируется системой управления в зависимости от токов нагрузки и реактивной мощности в линии питания.

Каждая установка снабжается системой охлаждения для отвода тепла от тиристорно-вентильного устройства. В зависимости от требований потребителя используются два основных типа системы охлаждения: "вода-воздух" и "вода-вода". Она включает в себя 2 взаиморезервирующих насоса, автоматически управляемый вентиль, расширители, набор фильтров и промышленный контроллер, который производит постоянный контроль давления, расхода, температуры и проводимости охлаждающей жидкости. Мощность отводимых тепловых потерь может составлять до 300 кВт.

Ключевым элементом системы СТК является система управления (СУ), состоящая, как правило, из 2-х шкафов автоматики: шкафа управления (ШУ), отвечающего за регулирование, и шкафа релейных защит (ШРЗ). Время реакции системы регулирования на изменение регулируемого параметра составляет 5 мс для нагрузок типа ДСП и 25-100 мс для общепромышленных нагрузок и сетевых подстанций. Система управления должна обеспечивать работу СТК без постоянного присутствия персонала и автоматическую защиту от любых аварийных ситуаций.

Принципиальная схема регулирования СТК представлена на рисунке 1.1. Все операции управления, входящие в алгоритм, можно разделить на несколько этапов. Изначально производится измерение параметров системы с целью получения сигналов, используемых в качестве входных параметров регулятора. Для работы с ДСП этими сигналами являются напряжения на шинах включения СТК и нагрузки, токи нагрузки и токи линии. Для контроля работы также постоянно измеряются токи ТРГ.

Из измеренных величин контроллером вычисляются необходимые для

регулирования параметры [5], такие как реактивная мощность линии или

нагрузки. Для этого использованы датчики реактивного тока (мощности). Эти

блоки являются наиболее важной частью всех расчетов, поэтому их реализации

уделяется большое внимание. Данные датчики должны с наименьшей задержкой

и высокой точностью разделять измеренный ток на активную и реактивную

составляющие. В разное время развития СТК применялись различные типы

датчиков. И в настоящее время используются датчики, основанные на

дифференцировании сигналов токов и напряжений, что позволяет сократить

задержки расчетов, вызванные фильтрацией. Регулирование работы ТРГ

производиться на основании сигналов, получаемых от датчиков. Причем, как

правило, присутствует два контура регулирования: быстрый и медленный

(интегральный). Первый формирует сигнал управления исходя непосредственно

из токов печи. А второй измеряя токи комплекса на выходе (токи линии) удаляет

из них остаточную реактивную составляющую. При настройке этого контура

13

необходимо правильно выбирать постоянную времени интегрирования, иначе его работа приведет к ухудшению подавления колебаний. Для более точного регулирования эти контура используются одновременно.

Рисунок 1.1 - Блок схема алгоритма управления СТК для ДСП

Завещающим этапом обработки данных является формирование импульсов управления. Сигнал задания угла управления поступает в блок фазоимпульсного преобразования (ФИП), который формирует импульсы в нужный момент времени относительно перехода сигнала напряжения через ноль с очень высокой точностью. Важной особенностью такой системы является то, что в ней применен программно-аппаратный способ формирования функции ФИП. Программа заранее вычисляет требуемую фазу и угол управления, а само формирование импульса в требуемый момент времени осуществляется аппаратным способом в логической матрице. Это позволяет выдавать импульсы управления с большой точностью и минимальными затратами вычислительных ресурсов.

Для реализации всех этих расчетов, как правило, используется один контроллер.

Помимо него шкаф управления (ШУ) содержит индивидуальный для каждого случая набор плат служащих для обмена разного рода информацией между контроллером и объектом регулирования. Передача информации между

контроллером и другими элементами системы управления осуществляется по волоконно-оптическим световодам.

В СУ входят:

- платы передачи контактных сигналов (ПКВ), получающие и преобразующие их в цифровые логические сигналы да/нет - по 24 сигнала на плату;

- платы приема аналоговых сигналов (ПАС) и платы преобразования сигналов от датчиков (ППСД), преобразующие входные сигналы токов и напряжений в цифровые;

- платы релейных выходов (ПРВ) - преобразующие цифровые логические сигналы в контактные сигналы для выдачи команд управления на объект (включения, отключения силовых выключателей и др.)

- платы светового управления (ПСУ) - плата размножает и контролирует световые импульсы управления, идущие от контроллера к тиристорам, а также принимает и обрабатывает импульсы контроля, поступающие от тиристоров. Так для СТК на 35 кВ, в каждом тиристорном вентиле содержится 18 тиристоров, каждый из которых имеет свою ячейку управления получающие световые импульсы от системы ПСУ.

Структура системы управления в виде набора модулей позволяет легко адаптировать ее для особенностей конкретного объекта установкой необходимого количества плат и разработкой алгоритма регулирования. Контроль исправности плат СУ и оборудования объекта позволяет быстро выявлять неисправность и заменять неисправный элемент. Таким образом достигается высокая степень надежности системы.

Схема взаимодействия блоков такой системы друг с другом и с управляемым объектом представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Структура системы управления статическим компенсатором В зависимости от требований программой центрального контроллера могут выполнятся следующие функции [6]:

- Регулирование компенсации по реактивному току (мощности) нагрузки.

- Регулирование компенсации по реактивному току (мощности) в линии

- Поддержание напряжения на шинах с заданием величины статизма. Помимо этого, во всех объектах тем же контролером реализуются

необходимые защиты элементов СТК:

- Защиты при повышении/понижении напряжения Защиты ТРГ от сверхтоков, перегрузок, отклонений тока от расчетных значений.

Защиты ФКЦ от сверхтоков, перегрузок и небаланса токов в фазах

конденсаторных батарей

Помимо защит, реализованных непосредственно в системе управления,

элементы СТК защищаются программируемыми промышленными реле,

расположенными в шкафу релейных защит. Каждое реле получает сигналы от

ТТ ввода ТРГ или ФКЦ и от ТТ небаланса ФКЦ. Реле реализуют максимально-

токовые защиты и защиты от перегрузки. При защите конденсаторов ФКЦ к этим

16

защитам добавляются защита от небаланса и защита от повторного включения до полного разряда конденсаторов.

В зависимости от аварийного события и объекта защиты реле могут выдавать в СУ сигналы аварии или неисправности. При поступлении сигнала аварии от любого элемента СУ или реле СТК прекращает свою работу. При поступлении сигнала неисправности выводится предупреждающая индикация, без остановки работы СТК. При этом все события фиксируются в протоколе контроллера, который сохраняется в энергонезависимой памяти, что позволяет обнаружить причины неполадок, даже при полном отключении питания системы управления.

Также крайне важной для анализа функционирования всей системы является возможность осциллографирования переменных. В память постоянно может записываться до 16 сигналов, как внешних (токов, напряжение) так и внутренних сигналов управления. При этом запись ведется постоянно в виде цикла заданного промежутка времени. Оно может быть задано оператором в интервале от 7,9 с до 9,5 мин, причем чем меньше время цикла, тем больше частота записи, так как количество сохраняемой информации ограничено количеством точек. Для вывода в осциллограф доступно около 200-т цифровых и аналоговых сигналов. Записанные данные в виде осциллограмм могут быть выведены на экран монитора после скачивания данных из памяти контроллера. Это позволяет досконально анализировать работу контроллера и предварительно прорабатывать внутренние процессы и тестировать алгоритм.

Описанные особенности СУ обеспечивают высокую надежность всей системы, но часто требуется получить более широкие возможности управления СТК, такие как включение компенсатора в общую структуру управления технологическим процессом предприятия.

Последние несколько лет для вновь изготавливаемых СТК СУ всегда

дополняется панельным компьютером, реализующим управление с помощью

SCADA-системы (supervisory control and data acquisition, диспетчерское

управление и сбор данных). Такая программная оболочка позволяет наглядно

17

оценивать состояние всей системы, видеть, как текучие значения параметров, так и выводить их тренды. Через нее могут выдаваться команды управления от оператора. Причем отключение программы или панельного компьютера не приводит к остановке или неправильной работе компенсатора, так как все функции выполняются промышленным контроллером, а в SCADA происходит только отображение характеристик и состояний.

Экран управления может дублироваться на любом другом компьютере, соединенном с сетью предприятия. Нередко имеется несколько автоматизированных рабочих мест, с которых операторы контролируют работу. Отображение параметров ведется постоянно на всех пунктах управления, но выдача команд может производиться только с одного из них, выбор которого задается режимом управления.

Во время эксплуатации уже запущенного СТК компанией-производителем осуществляется техническая поддержка проекта. В большинстве случаев состояние и режимы работы могут диагностироваться удаленно и без помощи операторов предприятия. Это осуществляется с помощью программы удаленного комплекса, устанавливаемой на основной SCADA-компьютер. Она обеспечивает обработку и передачу (рисунок 1.3) в службу производителя данных, в том числе аварийных осциллограмм, что позволяет анализировать проблему и при необходимости вносить исправления в программу контроллера. Эти исправления также могут быть переданы и дистанционно установлены на контроллер.

Рисунок 1.3 - Схема связи системы управления с предприятием-производителем.

Со стороны оператора компании на сервер могут быть записаны файлы

команд для удаленного комплекса. Через файлы команд могут быть изменены

настройки удаленного комплекса, например, смена периода обновления или

18

изменение списка осциллографируемых параметров, запрошено получение протокола системы управления или осциллограмм, записанных на данный момент в контроллере.

До оправки на объект производителем производится наладка системы управления с помощью моделирования условий работы на математическом имитаторе. Он представляет собой установку, которая реализует имитацию всех сигналов обмена между системой управления и объектом управления.

Для проверки СТК разработан набор моделей в системе Simulink, на основе общей модели системы. Как правило для полной проверки применяется до 20 различных моделей с различными режимами объекта, соответствующими тем или иным аварийным ситуациям. В базовую модель входят элементный ТРГ, ФКЦ и энергосистемы, с помощью которых рассчитываются значения всех токов, заводимых в СУ в реальном времени. Помимо этого, моделируются все выключатели согласно схеме объекта, на них подаются сигналы включения и отключения от СУ, так же все состояния их блок-контактов считываются и передаются в контроллер.

Обмен информацией между системой и моделью осуществляется с помощью 2-х плат ввода-вывода, каждая из которых позволяет выдавать из модели по 8 аналоговых сигналов, а также выдавать и получать до 48 логических сигналов.

Система управления работает с моделью абсолютно так же, как с объектом. Поэтому обычно на объекте не требуется корректировки коэффициентов передачи каналов измерения, что сокращает время наладки и позволяет избежать ошибок. Такой подход к наладке позволяет производить все пусконаладочные работы СТК в течении 1 - 2-х недель по окончании монтажа силовой части установки.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ненахов Александр Игоревич, 2017 год

Список литературы

1. Воронин П.А. Силовые полупроводниковые ключи. Семейства, характеристики, применение. 2nd ed. Москва: Издательский дом "Додека-XXI", 2005. 384 pp.

2. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. Москва: НЦ ЭНАС, 2000.

3. ГОСТ Р 54149- 2010. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Москва: Стандартинформ, 2012. 16 pp.

4. Киреева Э.А., Анчарова Т.В., Бодрухина С.С. Энергосбережение в системах промышленного электроснабжения: Справочно-методическое издание. Москва: Интехэнерго-Издат, 2014. 304 с.

5. Кузьменко В.А., Чупривков В.С. Цифровая система автоматического управления статического тиристорного компенсатора реактивной мощности // Труды международного н/т семинара "Современные технологии в задачах управления и обработки информации". 1996.

6. Ансальдо ВЭИ. Техническое описание на систему управления СТК-45/35, Москва, 2007.

7. Аргунов А.В. Управление качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах. Санкт-Петербург: СПбГМТУ, 2009. 134 pp.

8. Герман-Галкин С.Г. Matlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб: КОРОНА-Век, 2008. 368 pp.

9. Фомин А.В. Имитационная модель комплекса дуговой сталеплавильной печи со статическим тиристорным компенсатором и измерителями показателей качества электроэнергии // Электротехника, №3 2009.

10. Данцис Я.Б., Кацевич Л.С., Жилов Г.М. Короткие сети и электрические параметры дуговых электропечей. Москва: Металлургия, 1987. 344 с.

11. Егоров А.В. Расчет мощности и параметров электропечей черной металлургии. Москва: Металлургия, 1990. 280 с.

12. Mayr O. Beitrag zug Theorie der Statischen und Dynamischen Lichtbogen // Archiv fur Elektrotechnik, Vol. 37, №12 1943.

13. Cassie A.M. A new Theory of Arc Rupture and Circuit Severity // CIGRE, Vol. 102, 1939. pp. 1-14.

14. Троицкий А.И. Установки дугового нагрева. Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. 70 с.

15. Montanari G.C., Loggini M., Cavallini A., Pitti L., and Zaninelli D. Arc-furnace model for the study of flicker compensation in electrical networks // IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 9,4, Oct 1994.

16. Zhang Kai-lun, Chen Hong-wei, and Jiang Quan-yuan. Modeling and parameter identification of electric arc furnace load // Power System Protection and Control, No. 16, 2012.

17. Миронова А.Н., Миронов Ю.М. Энерготехнологическая эффективность дуговых сталеплавильных печей. Чебоксары: Чуваш.ун-та, 1999. 154 pp.

18. Снеддон И., Матвеева А.Н. Преобразования Фурье. Москва: ИЛ, 1955. 668 с.

19. Тухас С.В., Пожидаев С.А., and Эйнтроп С.А. Измерения фликера и гармонических составляющих тока. 2004.

20. Gallo D., Landi C., and Pasquino N. An instrument for objective measurement of light flicker // Measurement, No. 41, 2008. pp. 334-340.

21. ГОСТ Р 51317.4.15-2012. Совместимость технических средств электромагнитная. Фликерметр. Функциональные и конструктивные требования. Москва: Стандартинформ, 2012. 75 pp.

22. Ненахов А.И., Гамазин С.И. Совершенствование подходов к моделированию токов дуговой сталеплавильной печи при разработке компенсаторов реактивной мощности // Промышленная энергетика, Sep 2015. pp. 25-31.

23. K. W. Chan, D. Z. Fang, and E Zhijun. Dynamic phasor modelling of TCR based FACTS devices for high speed power system fast transients simulation // Asian power electronics journal , Vol. 1, No. 1, Aug 2007. pp. 42-48.

24. Narain G. Hingoranl, Laszlo Gyugyi. Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems. New York: IEEE Press Marketing, 2000. 440 pp.

25. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Севостьянов А.А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике. Н.Новгород: НГТУ, 2004. 214 с.

26. Чуприков В.С. Компенсация реактивной мощности - ключ к повышению передаточной способности электрических сетей // Энергоэксперт, №4 2008.

27. Долгополов А.Г., Кондатенко Д.В., Уколов С.В., Постолатий В.М. Управляемые шунтирующие реакторы для энергетических сетей // Проблемы региональной энергетики, №2 2011.

28. R. Mohan Mathur, Rajiv K. Varma. Thyristor-Based FACTS Controllers for Electrical Transmission Systems. Wiley-IEEE Press, 2002.

29. Под ред. Г.А. Евдокунина. Управляемые подмагничиванием шунтирующие реакторы. СПб: Родная Ладога, 2013. 280 pp.

30. Otto R.A. Principles and applications of static, thyristor-controlled shunt compensators // Transactions on Power Apparatus and Systems, No. Vol. PAS-97, No. 5, 1978. P. 11.

31. Виджей К. Суд. HVDC and FACTS Controllers. Применение статических преобразователей в энергетических системах. Москва: НП «Научно-инженерное информационное агенство», 2009. 344 с.

32. Madhusudan R., Ramamohan Rao G. Modeling and Simulation of a Distribution STATCOM (D-STATCOM) for Power Quality Problems-Voltage Sag and Swell Based on Sinusoidal Pulse Width Modulation (SPWM) // IEEE- International Conference On Advances In Engineering, Science And Management , March 30-31 2012. pp. 436-441.

33. Пронин М.В., Воронцов А.Г. Силовые полностью управляемые полупроводниковые преобразователи (моделирование и расчет). Санкт-Петербург: Электросила, 2003. 172 с.

34. // Static VAR Compensator - D-STATCOM Solutions: Dynamic reactive power compensation for distribution grid stability: [сайт]. [2015]. URL: http://www.mdec-asi.com/english/static_VAR_compensator_Silcovar_D.php

35. Ravi Babu Nagull, C.H. Phanindra. Design and Analysis of DVR and D-Statcom Multi Level Converter in Distribution System // Journal of Engineering Research and Applications, Vol. 3, Nov-Dec 2013. pp. 390-397.

36. Betz R., Summers T., and Palmer R. H-Bridge Multilevel STATCOM for Mining Applications // Proceedings 2006 Australian Mining Technology Conference. 2006. pp. 275-285.

37. Sundararajan K., Nachiappan A., and Veerapathiran G. Model Predictive Current Control of a Five-level Cascaded H-Bridge Inverter with different Sampling Times // Journal of Electrical and Electronics Engineering , Vol. 9, No. 5, Sep - Oct 2014. pp. 0818.

38. T Abdelkrim, K Benamrane. Study and control of 5-level PWM rectifier-5-level NPC active power filter cascade using feedback control and redundant vectors // Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, Vol. 20, No. 5, 2012. pp. 655677.

39. N.B.Mohite, Atre Y.R. Neutral-Point Clamped Multilevel Inverter Based Transmission Statcom for Voltage Regulation // Journal of Electronics & Communication Engineering, Vol. 3, No. 1, Sep-Oct 2012. pp. 31-35.

40. Отчет АО Ансальдо-ВЭИ от 27февраля 2002 г. на выполнение научно исследовательской работы по теме "Выбор силовой схемы и расчет параметров преобразователя частоты с микропроцессорным управлением".

41. Волков АВ and Скалько ЮС. Потери мощности в системе "Автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуцией - асинхронный двигатель", Запорожский национальный технический университет, Запорожье, 2006. 2 pp.

42. Ненахов А.И., Гамазин С.И. Перспективы использования устройств компенсации типа СтатКом в сетях промышленных предприятий // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт, Oct 2015. С. 30-36.

43. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учашихся вузов. Москва: Наука, 1981. 720 pp.

44. Зевеке Г.В., Ионкин А.В., Нетушил С.В., Страхов С.В. Основы теории цепей: Учебник для вузов. Москва: Энергоатомиздат, 1989. 528 с.

45. Боярская Н.П., Довгун В.П., Шевченко Е.С., Егоров Д.Э. Широкополоснык силовые фильтры гармоник // Ползуновский вестник, №4-2 2013.

46. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредпритий. М: Энергоатомиздат, 2000. 331 с.

47. Тропин ВВ и др., Датчик реактивной мощности резкопеременной нагрузки для управления статическим компенсатором реактивной мощности, №2012100347; Заявл. 10.01.2012; Бюл. № 20. 2488204 РФ, МПК H02J 3/18, Jul 20, 2013.

48. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб: Питер, 2003. 604 pp.

49. Ерофеев А.А. Теория автоматического управления. Учебник для вузов. СПб: Политехника, 2003. 302 pp.

50. Бодрухина С.С., Головин В.А., Сухинин Б.В., Феофилов Е.И. Релейные и микропроцессорные устройства защиты электрооборудования системы электроснабжения: Учебное пособие. Тула: Тульский гос. университет, 2003. 112 с.

51. Tzung-Lin Lee, Shang-Hung Hu, and Yu-Hung Chan. D-STATCOM with Positive-Sequence Admittance and Negative-Sequence Conductance to Mitigate Voltage Fluctuations in High-Level Penetration of Distributed Generation Systems // IEEE Transactions on industrial electronics, Vol. 60, No. 4, Apr 2013. pp. 436-441.

52. Недолужко И., Лебедев А. Методика определения параметров PSPICE-моделей IGBT-транзисторов // Силовая электроника, Feb 2005. pp. 100-103.

53. Лихошерст В.И. Полупроводниковые преобразователи электрической энергии с импульсным регулированием. Екатеринбург: ГОУ УГТУ-УПИ, 2002. 166 с.

54. Калиниченко В.С. Основы теории систем автоматического регулирования и управления: Часть 1. Тверь: ТГТУ, 2006. 196 pp.

55. Филатов В. Двух- и трехуровневые инверторы на IGBT // Силовая электроника, Апрель 2014. С. 38-41.

56. // ООО «Белэнергомаш - БЗЭМ»: Производство труб: [сайт]. [2015]. URL: http://www.energomash.ru/production/proizvodstvo-trub/

57. Минеев Р.В., Бадажков О.А., Игнатов И.А. Опыт эксплуатации дуговых печей малой и средней емкости. М: Металлургия., 1988. 80 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А Технические характеристики дуговой печи и печного трансформатора

Расчеты параметров для моделирования ведутся на основании справочных данных, представленных в таблицах А.1-А.2.

Таблица А.1 - Техническая характеристика электропечи ДСП-12

Показатель Значение

Номинальная емкость печи, т 12

Номинальная мощность, потребляемая от сети, МВА 8

Максимальный ток, кА 16,35

Удельный расчетный расход электроэнергии на расплавление 1 т твёрдой завалки и при непрерывном нахождении электропечи под током, кВтч/т 500

Время плавки с доводкой стали в печи, ч 2,5^3,0

Таблица А.2 - Трансформатор печи - ЭТЦПК-12500/10-74 У3

Показатель Значение

Мощность, МВА (номинальная/максимальная) 8.0/9.6

Первичное напряжение, кВ 6(10)

Пределы вторичного напряжения, В 318-120

Вторичный линейный ток, кА 14,5+20%

Напряжение короткого замыкания, % (в том числе реактора) 14,01

Потери, кВт (ХХ/КЗ) 20,5/75

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчет параметров схемы замещения печного трансформатора

Полное сопротивление электропечного трансформатора (включая реактор) составит:

= Ц^ = 14.0 - (6000)2 = о.бЗОм Б.1

р 100-£ 100 - 8000000

ном

Активное сопротивление электропечного трансформатора:

АР -и2 75000-60002 Б2

г, = кз? ном =-— = 0.0422Ом Б2

р 80000002

ном

Тогда реактивное сопротивление:

=>10.632 - 0.0422 = 0.621Ом Б3

Х1тр

Так как на стороне ВН трансформатора включен дополнительный реактор, сопротивление которого учтено в заданных параметрах, принимается, что

приведенные к стороне ВН сопротивления обмоток ВН и НН будут различаться. г 2 г

Задается, что и 1ВН _ 1НН .В таком случае:

х = — -х = 0 42Ом Б.4

Л1ВН 3 Л1тр Ч.ЧШМ

х = —• х = 0 21Ом Б5

Л1НН з 1тр

Г—ВН = ^Г—тр = 0.028Юм Б.6

Г—НН = 3-Г—тр = 0.0141Ом Б7

Необходимо также привести полученные сопротивление обмотки НН электропечного трансформатора к соответствующему уровню напряжения Приведенные сопротивления будут равны:

= 0 21-280 = 0.0005Ом Б.8

к2 6000

2 тр

г—тр = 0.0141 • 2802

к 2 " 60002

^ =„.„141 -^и = 30.7 мкОм Б.9

^ 2 тр

к 2 тр 2 - коэффициент трансформации электропечного трансформатора.

Отсюда получаем индуктивности обмотки ВН электропечного трансформатора:

ц = 042 = 1.5мГн Б.10

2-ж-/с 2-3.14-50

Индуктивности обмотки ВН электропечного трансформатора:

= _Зн^ = °0»05 = 1.6 мкГн Б.11

1ВН 2-ж-¡с 2-3.14-50

Все эти параметры используются при создании модели и так же подвергаются проверке с помощью проведения модельных опытов короткого замыкания и холостого хода.

Параметры короткой сети принимаются на основании справочных данных: ЯКС = 0.60мОм ХКС = 0.60мОм

С учетом этого получаем:

ХКС 0.00060 1 П1 „ Б12

ЬКС =-=-= 1.91мкГн Б12

2-ж-/с 2-3.14-50

М С = ^ =119- = 0.63 мкГн Б13

Х2 НН

ПРИЛОЖЕНИЕ В Расчет характеристик СТК

В качестве исходных данных для расчета принимаются следующие параметры:

S дсп _ ном = 8 мва - номинальная мощность дуговой печи, c°sp = 0 7 - 0 8 - коэффициент мощности дуговой печи,

Uном = 6 кВ - номинальное напряжение питания,

SГр = 10MBA - номинальная мощность питающего трансформатора,

Ек = 8% - напряжение короткого замыкания трансформатора. S кз _1 = 100mba - Исходная (предполагаемая) мощность КЗ сети: Максимальные мощности потребляемые ДСП с учетом перегрузки 20% составляют:

Pдсп = 1.2 • S дсп _ ном • cos р = 6.72 M В t В1

Q ДСП = 1.2 • S ДСП _ ном V1 - cos2 Ч> = 6.86MBap В2

S ДСП = 1.2 • S ДСП _ ном = 9.6 MBA В3

Реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором равна:

E • U 2

X = Ек U ном = 0.288OM В.4

100 • SГР

Q ГР

( Р,СП }

ДСП

V U ном J

• X ГР = 0.361M Bap В5

Таким образом, для компенсации реактивной потребляемой печью и трансформатором требуется установка фильтрокомпенсирующих устройств мощностью:

О ФКУ _ треб = О ДСП + О ТР = 7.22МВар В6

Р

Для определения максимальных колебаний напряжения и дозы фликера 5г в точке подключения к сетям общего назначения необходимо выполнить расчет полной мощности, потребляемой ДСП в режиме трехфазного эксплуатационного КЗ.

Согласно [57], коэффициент кратности тока ЭКЗ для ДСП-12 принимается равным 2.8-3.2. Тогда мощность ЭКЗ составит:

БЭКЗ ДСП = 3.0-9.6 = 28.8МВА В.7

Кратковременную дозу фликера, генерируемую печью, рассчитывают как:

Р = Бэкз _ДСП . К В .8

1 Бг _95 ^ ^Бг

БКЗ

БКЗ - мощность КЗ сети в точке подключения к сетям общего назначения, К - показатель интенсивности кратковременной дозы фликера с вероятностью 95%.

В силу отсутствия точных данных К принимается равным 65 ед. Таким образом при заданной мощности КЗ сети при работе печи в точке общего присоединения (ТОП) ожидается доза фликера равная:

Р._95 = ^^ - Кг = 18.72 В.9

При допустимом значении кратковременной дозы фликера в 1.38

р

- КБ1 = 13.56

необходимо снизить полученное значение в 138 раз.

Ни одно из современных средств компенсации не может обеспечить такой уровень подавления фликера. Для современных СТК коэффициент подавления не превышает 2.0 ед. Поэтому единственным способом снижения уровня фликера является увеличение мощности КЗ системы.

Для моделирования рассчитаем требуемую мощность КЗ, обеспечивающую

1356-100 = 678МВА

снижение колебаний до требуемых величин из соотношения: 2 .

Расчетная номинальная мощность СТК должна составлять:

Б СТК = Б ЭКЗ _ ДСП -0.75 = 21.6МВА В10

Так как на шинах не присутствуют другие нагрузки помимо дуговой печи, эта величина превышает рассчитанную требуемую мощность фильтрокомпенсирующих устройств. Поэтому выбор мощности СТК должен основываться именно на этих расчетах.

Для моделирования выберем мощность СТК равную 20 МВА при мощности системы в 600 МВА.

В таком случае доза фликера генерируемая печью составит:

P 95 = 288.65 = 3.12 В.11

_95 600

СТК с коэффициентом подавления 1.7 сможет довести эту величину до

3.12

— = 1.83

17 . Эта величина превышает допустимую, но выбранные условия моделирования подходят для рассмотрения других типов компенсаторов с более высокими возможностями подавления фликера. Расчет элементов СТК

Для реализации модели требуется рассчитать индуктивности реакторов ТРГ и емкости и индуктивности цепей ФКЦ. Параметры ТРГ

При мощности СТК в 20 МВА, ток ТРГ в при номинальной мощности равен: 1тРГ_НОМ = тЦ^ = 111Ы В12

3 " U НОМ

Максимальный ток, определяющий величину индуктивности принимается на 15% больше номинального:

1ТРГ _ МАХ = 1.15 ' 1ТРГ _ НОМ = 1278 A В13

Тогда индуктивность реакторов ТРГ одной фазы:

LTPr =-UUhom-= 0.015 В.14

2 'Ж' f ' 1трг _ МАХ Гн

Угол управления ТРГ при номинальной мощности определяется решением уравнения:

Ж . Ж ч

2 -а---ъ sin(2 -а--) т

1 _ 180 18а = *трг _ НОМ В15

Ж I

1ТРГ _ МАХ

Отсюда номинальный угол управления равен а=5.9 гр.

Параметры ФКЦ

Суммарная мощность всех фильтрокомпенсирующих цепей должна равняться номинальной мощности ТРГ. Исходя из гармонического состава токов печи для установки выбираются ФКЦ 2-ой, 3-ей и 5-ой гармоник.

Если не учитывать точные соотношения токов печи разных гармоник, которые часто бывают неизвестны при разработке компенсатора, мощности могут быть распределены следующим образом.

QФКЦ 2 = 5МВар <ФКЦ 3 = 5МВар <ФКЦ 5 = \ 0MBap ? ?

Мощность ФКЦ 5-ой гармоники выбрана больше остальных, чтобы увеличить ее влияние на токи более высоких частот.

Схемы фазы для ФКЦ3 и ФКЦ 5 (слева) и для ФКЦ 2 представлены на рисунке П.3. В схему ФКЦ2 вводятся добавочные резисторы, снижающие ее влияние на основной частоте сети.

Рисунок П.3 - Схемы замещения фазы ФКЦ Емкости ФКЦ рассчитываются из мощности цепи, но с учетом мощности которую потребляет индуктивность данной цепи. Поэтому расчет строится следующим образом:

2

ФКЦ

С -

ФКЦ и 2

НОМ уу0

2

1 -

^ ФКЦ у

В.16

А для индуктивности: Ь -_1_

ФКЦ ^ 2

СФКГТ ■

В.17

-■ФКЦ ™ФКЦ

Также в цепь входит сопротивление, определяемое добротностью цепи:

ГФКЦ

Ь

ФКЦ

с.

ФКЦ

В.18

Для трех ФКЦ в результате расчета получены параметры, зафиксированные в таблице П3.1.

Таблица П3.1 -параметры элементов ФКЦ

^ ——^^ с , Ф ^ ФКЦ ' L , Гн ^ФКЦ ' г , Ом 'ФКЦ '

ФКЦ2 331.57 • 10_6 7.64 • 103 0.04

ФКЦ3 392.98 •Ю"6 2.86 • 103 0.023

ФКЦ5 848.85 •Ю"6 477.46 • 10"6 0.006

Рассчитаем также номинальные токи ФКЦ на частоте сети:

Т _ Уз • Офкц в 19

1фКЦ 3•и

° НОМ

Действующие фазные токи ФКЦ: ТфКЦ2 _ ТфКЦ3 _ 48112А , Тфкц5 _ 962 25А . Сумма рассчитанных токов ФКЦ должна равняться номинальному фазному току ТРГ.

Т + Т + Т _ Т _ 1111 •лУЗ _ 192431А В.20

1ФКЦ 2^ 1ФКЦ3Л^ АФКЦ 5 1ТРГ _ фазн *

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Дополнительные результаты моделирования

Таблица Г.1 - показатели качества напряжения при работе ДСП-12 в режиме

рафинирования

Параметры напряжения

Среднее значение напр., В Отклонение напряжения, % 5918 1.37%

Кратковременная доза фликера по фазам, ед. А В С

3,828 3,739 3,798

Коэфф. несимметрии напряжения, % 0,29

Суммарный коэф. гарм. сост. К^40., % 0,31

Гармонические составляющие с 2-ой по 7-ю, % 2 3 4 5 6 7

2,42 1,66 0,73 2,57 0,43 0,71

Коэффициент мощности, ед. 0.7076

Параметры токов линии

Действующие значения токов., В 732

Коэфф. несимметрии тока, % 17,67

Суммарный коэф. гарм. сост. К^40., % 4,32

Гармонические составляющие с 2-ой по 7-ю, % 2 3 4 5 6 7

2,42 1,66 0,73 2,57 0,43 0,71

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Структура модели для исследования режимов работы комплекса СТК и ДПС

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

Структура модели для исследования режимов совместной работы СТК и УШР

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

Product Brief - f

ck IGBT Î-Leve I Inverters

Power Rating (MW) 12

Nominal Line Current (Amps) 1000

No. Of IG BT'S 4

No. of Diodes 4

No. of Coolers 5

Required IGBT Type T1600GB45G

Required Diode Type E2400TC45C

ÎOFF3/.l6U>! MANIFOD connect ions-

36

1

DIODE STACK

Diode stack: XAÎ000TV45WE/B

Phase leg schematic

2 OF F &ÏPT MAM VOLO CONNECTORS

IGBT stack: XA1000GV45WT/B

www.ixysuk.com

www.ixys.com

ПРИЛОЖЕНИЕ И Гармонический состав выходного тока NPC-схемы

Таблица Е.1 - Гармонический состав выходного тока ЫРС-СТАТКОМ

Номер гармоники Без фильтра Конфигурация 1 Конфигурация 2 Конфигурация 3

2 1.03 1.07 1.07 1.07

3 1.67 1.84 1.83 1.82

4 0.68 0.85 0.82 0.81

5 0.42 0.90 0.69 0.60

6 0.43 0.46 0.75 0.93

7 0.41 0.16 0.15 0.68

8 1.28 0.63 0.94 1.19

9 1.10 0.65 1.11 0.75

10 1.27 0.82 1.49 0.73

11 1.18 0.79 1.10 0.60

12 0.87 0.60 0.66 0.47

13 0.72 0.50 0.44 0.36

14 1.40 1.00 0.84 0.76

15 1.11 0.79 0.62 0.59

16 1.42 1.03 0.81 0.78

17 1.15 0.84 0.65 0.64

18 1.09 0.80 0.62 0.60

19 0.61 0.45 0.35 0.34

20 1.49 1.10 0.84 0.81

21 0.66 0.49 0.38 0.37

22 1.85 1.37 1.05 1.01

23 0.52 0.39 0.30 0.28

24 0.96 0.72 0.54 0.53

25 0.94 0.70 0.53 0.51

26 2.47 1.84 1.39 1.33

27 1.14 0.86 0.64 0.61

28 2.59 1.94 1.46 1.39

29 0.61 0.46 0.65 0.33

30 0.85 0.64 0.48 0.46

31 1.12 0.85 0.63 0.59

32 3.35 2.52 1.86 1.75

33 1.31 0.98 0.73 0.68

34 4.00 3.01 2.22 2.07

35 0.96 0.72 0.53 0.49

36 1.26 0.95 0.69 0.64

37 0.81 0.61 0.45 0.42

38 5.42 4.09 2.96 2.73

39 1.12 0.85 0.61 0.56

40 7.24 5.47 3.91 3.59

Сумм. 12.7 9.65 7.59 7.04

ПРИЛОЖЕНИЕ К Параметры IGBT-транзисторов, использованные при моделировании

Производитель: IXYS UK WESTCODE

Тип: T1600GB45G

Таблица Ж.1 - Параметры IGBT-транзисторов

voltage ratings maximum limits units

VCES Collector - emitter voltage 4500 V

VDC link Permanent DC voltage for 100 FIT failure rate. 2800 V

VGES Peak gate - emitter voltage ±20 V

ratings maximum limits units

Ic DC collector current, IGBT 1600 A

ICRM Repetitive peak collector current, tp=1ms, IGBT 3200 A

IF(DC) Continuous DC forward current, Diode 1600 A

IFRM Repetitive peak forward current, tp=1ms, Diode 3200 A

IFSM Peak non-repetitive surge tp=10ms, Vrm=60%Vrrm, Diode (Note 4) 30 A

IFSM2 Peak non-repetitive surge tp=10ms, Vrm^10V, Diode (Note 4) 33 A

PMAX Maximum power dissipation, IGBT (Note 2) 12.8 kW

(di/dt)cr Critical diode di/dt (note 3) 3000 A/|js

Tj Operating temperature range. -40 to +125 °C

Tstg Storage temperature range. -40 to +125 °C

ПРИЛОЖЕНИЕ Л Результаты внедрения устройства СТАТКОМ на промышленном

предприятии

ООО «Белэнергомаш-БЗЭМ»

Юридический адрес: 308017, Россия, г, Белгород, ул. Волчанская, 165

ИНН/КПП 3123315768/312301001 ОКПО 38948552 ОГРН 1133123000801 Тел: [phone] Факс: [phone] e-mail: [e-mail] http//: www.enerqomash.ru

ДцАЮ

op Службы эксплуатации и I )00 «Белэнергомаш-БЗЭМ» А. М. Красников V/апреля 2016 г.

АКТ

внедрения результатов научно-исследовательской работы,

выполненной в рамках диссертационной работы, аспирантом кафедры Электроснабжения Промышленных Предприятий Национального исследовательского университета «МЭИ» Ненаховым Александром Игоревичем

Научные исследования выполнены в области системы регулирования полностью управляемого компенсирующего устройства типа СтатКом с целью компенсации реактивной мощности и симметрирования активной нагрузки однофазных печей.

Объектом исследования является: система электроснабжения завода ООО «Белэнергомаш-БЗЭМ» напряжением 6 кВ, от которой запитаны две печи типа ЭШП-15Л1 мощностью по 3.75 МВА включенные на междуфазные напряжения АС и ВС. Для подержания параметров качества электроэнергии в данной системе введена в эксплуатацию установка СтатКом мощностью 5 МВар и фильтро-компенсирующая цепь мощностью 3,5 МВар.

Актуальность исследований по данной тематике заключается в разработке методик управления, позволяющих с наибольшей эффективностью использовать все возможности компенсатора, а также в расчёте оптимальных мощностей активной части СтатКом и силового фильтра по номинальным параметрам нагрузки.

Основные результаты работы. В работе исследована данная система электроснабжения. Рассчитаны различные варианты выполнения компенсации. Составлены сравнительные характеристики установок СтатКом и СТК, обосновывающие выбор устройства для данного случая. На основании разработанной методики произведен расчет мощностей компенсирующего устройства и силового фильтра.

Стр. 1 из 2

Предложены методы регулирования выходного тока, на основании которых построен алгоритм управления установкой. Произведено программно-математическое моделирование элементов системы, с целью предварительного определения эффекта от использования компенсатора.

Проанализированы режимы работы компенсатора с одной и двумя печами. Фиксация показателей качества напряжения показала соответствие ожидаемым результатам, что указывает на правильную работу системы.

Эффект от внедрения (использования) результатов внедрения: Запуск компенсации позволил достигнуть ожидаемых уровней отклонения (менее 1.5 %) и несимметрии напряжений (менее 0,5 %). Также проведен контроль несимметрии токов, потребляемых комплексом (значение лежит в пределах 1,5 %) и коэффициентов мощности (не менее 0.99 ед.) При этом потребляемые токи не превышают 550 А.

Обеспечена электромагнитная совместимость промышленных нагрузок завода и городских коммунальных нагрузок. Она выражена в бесперебойной работе двух печей и прочего оборудования завода в одно время, что не достигалось до внедрения. Также достигнуто поддержание в допустимых пределах показателей качества электроэнергии на районной подстанции.

Экономический эффект не рассчитывался.

Представители комиссии Аспирант кафедры

ООО «Белэнергомаш-БЗЭМ»

«Электроснабжение промышленных предприятий» НИУ «МЭИ»

йедущии инженер-электрик с

А. И. Ненахов

В. В. Елизарок'

С. Н. Гладун

Стр. 2 из 2

ПРИЛОЖЕНИЕ М Параметры силового трансформатора и расчет его схемы замещения

Таблица И.1 - Параметры силового трансформатора ТДНС-10000/35-У1

Тип изделия, обозначение нормативного документа ТДНС- 10000/35-У1, УХЛ1 ТУ 16 ИБМД 672438. 052-2001

Номинальная мощность, кВА 10000

Номинальное напряжение обмоток, кВ ВН 15,75

НН 6,3

Схема и группа соединения обмоток УШ-11

Потери, кВт ХХ 11,5

КЗ 60,0

Напряжение короткого замыкания, % 8,0

Ток холостого хода, % 0,75

Габаритные размеры, мм 4380х1954x3480

Исходные данные: йпот := 1010& Чпот_™ := 35 10 ипот_т := 6300

3 3

Цкг :=--35 10

100

Зпот

шот_™ := -

Полная мощность (| •/1 ■ Ьнтт ипот_уп

Полные сопротивления обметок:

Для двухо б моточного трансформатора расчет ведется с учетом того, чгс обмотки расчитаны на равную мощность. Приянто допущения что сопротивления распределены пропорционально между обмотками ЕН и НН

Ukz % Unom та2 1

Z та := ---------=4.9 Ом

100 Snom 2

Ukz % Unom tin2 1

Z nn := ---------= 0.1» Ом

100 Snom 2

Примем активные сопротивления оботок в 5%сг полных, так как мощности потерь не заданы

„ „ Unom та 1 R та := Р1сг------= 0.367

Snom'

2 2

Ом

„ „ Unom nn" 1 R m = Pi:z------= 0.012

Snom'

2 2

Ом R nn D := 3-R nn = 0.036 Ом

Индуктивные сопротивления обмоток: