Автоматичне керування компенсуючими пристроями в системах електропостачання з нелінійними навантаженнями Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ

2005 р.

Вип. №15

УДК 623.311:621.316,1.018

Климчук В.А. , Климчук Р.В.

1

АВТОМАТИЧНЕ КЕРУВАННЯ КОМПЕНСУЮЧИМИ ПРИСТРОЯМИ В СИСТЕМАХ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ 3 НЕЛ1Н1ЙНИМИ НАВАНТАЖЕННЯМИ

ОбТрунтовано необхгдтсть керування компенсуючими пристроями в електричних мережах систем електропостачання з нелтшними навантаженнями на ос 110111 функцп мтгмуму втрат потужностг в електричнт мережг. Приведет схеми дат-читв напруг I струму з урахуванням напруг та струм1в вищих гармошк, що генеру-ються нелттним навантаженнями, Приведена структурна схема регулятора поту.ж пост! компенсуючого пристрою.

В експлуатацшнш практищ досить часто спостер1гаються випадки, коли навантаження 1 гармошчний склад струм1в I напруг змшюються в час1 в досить широких межах вщ м1шмаль-нихдо максимальних значень [1]. Це призводить до вщповщно! змши потужностей реактивних складових струм1в гармошк навантаження 1 напруг. Очевидно, що в таких випадках застосу-вання нерегульованих компенсуючих 1 фильтро-компенсуючих пристро1в в електричних мережах або комплексних ф1льтро-компенсуючих 1 симетруючих пристро1в у трифазних електричних мережах е неефективним. Наслщком цього може бути те, що застосування таких нерегульованих пристро1в в електричних мережах з навантаженням, яке змшюеться в широких межах 1 змшним складом струм1в 1 напруг, що може призвести до р1зного роду небажаних явищ, пов'я-заних, наприклад, з перекомпенсащею на основнш гармошщ, з1 зб1лыненням втрат у мережах вщ емшсних струм1в гармошк, до виникнення резонансних явищ на деяких частотах 1 т.п. Тому в таких випадках дощльним було б застосовувати регульоваш компенсуюч1 та фшьтро-компенсуюч1 пристро!, а у трифазних мережах - комплексш ф1льтро-компенсуюч1 1 симетруюч1 пристро!.

Застосування таких регульованих пристро1в буде доц1льним тод1, коли при м1шмум1 при-ведених втрат регулювання буде здшснюватись за наступних умов:

а) не буде вщбуватись значне збшынення реактивних складових струм1в (шдуктивних або емн1сних) окремих гармон1к;

б) не будуть виникати резонансш явища на частотах окремих гармошк;

в) буде зменшуватись (а не збшынуватись) несиметр1я струм1в або напруг у трифазних мережах;

г) буде спостер1гатись зменшення втрат потужност1 в електричнш мереж1 1 т.п. Дослщження, [2-4] доводять, що досягнення цих умов можливо, якщо регулювання буде

здшснюватися у функцп м1шмуму втрат потужност1 в мереж1, тобто, коли сигнал регулювання буде пропорцшний величин! емност1, обумовлено! (у найпрост1шому випадку) за виразом

0)

Дс = ^ 1-К фу " потужн!сть реактивних складових струм!в гармслпк;

На ~ - середньозважена напруга гармошк [2].

БИТУ, канд. техн. наук, доц. ВНТУ, асистент

Цей сигнал може бути отриманий вщ датчиков виконаних на тому ж принцип!, що 1 вимь рювальш прилади для вим1рювання середньозважених напруг 1 потужностей реактивних скла-дових гармошк струму навантаження [3].

Як видно з виразу (1) система регулювання буде реагувати на сигнал пропорщйний, сл!в-вцшошенню М1Ж Qp í. 1 IIсз, який отримуеться В1'д двох латчиюв: датчика гтотужносп реактивних складових струм!в гармонж навантаження \ датчика середньозважено!' напруги.

Датчик середньозважено! напруги (рис, I) являе собою конденсатор невелико! емноеп Сд, з'еднаний послгдовно з опором малоТ величини гш, що грае роль шунта, який включено в мережу паралельно навантаженню. Отр шунта на кшька порядков менше опору конденсатора

' ! [ залежить вщ чутливост! схеми регулювання. Найкраще

для основно! гармошки гш «

сиС,

приимати, оршнтовно, залежн1сть М1ж цими опорами як сшввщношення М1ж активним опором рамки 1 додатковим опором у сершному вольтметр! для вщповщно! меж1 вим1рювання. Таке сшввщношення м1ж опорами дозволяв знехтувати в розрахунках величиною опору шунта.

I

0-

и

0-

I

Рис. 1 - Схема датчика середньозважено!' напруги

При тдключенш ланцюга гшСд до ланцюга з несинусощною напругою в конденсатор!, з урахуванням прийнятого допущения буде проткати струм

оа

'с = X ^ М + А ~ '

к-1

Падтня напруги на шунтп визначиться як Д1юче значения цього падшня напруги

або шсля перетворення з урахуванням, що Исз = ^^ знайдемо

Позначивши одержимо

иш=оСдгшиа.

аСлгш = а

и... = а£/ .

(2)

(3)

(4)

(5)

(6) (7)

Таким чином, падшня напруги на опор1 шунта пропорцшно середньозваженш напруз!

гл

Подавши цю напругу на схему множення СМ, у якост1 яко! може служити будь-яка вщо-ма схема, на виход1 датчика одержимо напругу, пропорцшну квадратов! середньозважено! напруги, тобто

Аналогично, якщо на СМ подати сигнали ¡з шунта гш1 в ланцюз1 додатковоУ емност! 1 з шунта гт2, включеного в ланцюг навантаження (рис. 2), то на виход1 СМ одержимо сигнал, пропорщйний потужнослч реактивних складових гармонж струму навантаження, тобто

(9)

IсГш 1 ' 1ИГш2

Шунт включаеться в ланцюг конденсатора, шдключеного так само, як 1 в датчику для ви-м1ру середньозважено! напруги, 1 його величина вибираеться так само, як 1 в цьому датчику. Шунт включаеться послщовно в ланцюг навантаження. Його величина теж повинна бути до-сить малою пор1вняно з опором навантаження.

I

I

0-

Гн |1н

0-

СМ

Рис. 2 - Схема датчика потужност1 реактивних складових струм1в гармошк навантаження

3 виход1в датчик1в середньозважено! напруги ВД1 1 потужностей реактивних складових гармошк струму навантаження ВД2 подаеться на схему дшення СД, на виход1 яко! отримуемо сигнал, пропорцшний величин! компенсуючо! емност1 С (рис. 3).

Рис. 3 - Структурна схема регулятора потужност1 компенсуючого пристрою

На основ1 зазначеного вигце, авторами запропонована математична модель для регулю-вання компенсуючими пристроями по критерш мппмуму втрат потужност1 в мереж1 вщ реактивних складових струм1в гармошк

АР,

БТр

шт;

шш;

(10)

де ДР - втрати активно!' потужнослч в мepeжi, кВт;

1 р - дшсне значения реактивно! складово\" струму, кА;

и = ТУ и,2 - дшсне значения напруги з урахуванням напруг вищих гармошк, кВ. V V-!

Модель для регулювання фшьтро-компенсуючими пристроями по критер1ю приведених витрат

3(П) min;

/ -> min;

и <и<и/ (11)

min — ^ — ^ тах)

^не ^ис.доп ' j

де 3(П) - приведен) витрати на фшьтро-компенсук^ пристроУ i втрати, яю враховують негативний вплив вищих гармош'к;

/ - дшсне значения реактивно! складовоУ струму v-i гарможки, кА;

кис - коефЫент несинусо'щностц Кне.ш - приймаеться зпдно з [6].

Таким чином, запропонований метод i модел1 можна застосувати для автоматичного ке-рування компенсуючим пристроем. Найбшып доцшьним компенсуючим пристроем, у таких випадках, е тиристорш джерела реактивно! потужност1, гцо дозволяють у широких межах здш-снювати регулювання компенсуючими, фшьтро-компенсуючими i багатофункщональними пристроями для регулювання напруги i реактивно! потужност1 [5].

Висновки

1. Вм1ст навантажень 1 гармон1чного складу струм1в 1 напруг призводять до необхцщост1 застосування компенсуючи пристро!в, як1 дозволяли здшснювати керування компенсуючими пристроями з урахуванням м1шм1зацп реактивних складових струм1в гармон1к 1 обм1нно! реактивно! потужность

2. Компенсац1я реактивних складових струм1в гармон1к в електричних мережах а отже 1 обмшно! реактивно! потужност1 в електричних мережах систем електропостачання може здшс-нюватись за критер1ем м1н1муму втрат в електричних мережах.

3. Керування компенсуючими пристроями при несинусощних режимах може здшснюва-тись за допомогою регулятора реактивних складових струм1в гармошк, побудований на основ1 датчик1в струм1в, напруг 1 обмшно! реактивно! потужност1.

ПерелЫ посилань

1. Жежеленко КВ. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. - 4-е изд., перераб. и доп. / И.В. Жежеленко - М.: Энергоатомиздат, 2000. - 331 с.

2. Карпов Е.А. Определение величины компенсирующей емкости в однофазных цепях с нелинейными нагрузками / Е.А. Карпов, В.А. Климчук II Повышение Эффективности устройств преобразовательной техники. - К.; Наукова думка, 1972.

3. Карпов Е.А. Измерение мощности реактивных составляющих гармоник в электрических сетях с нелинейными нагрузками / Е.А. Карпов, В.А. Климчук II Проблемы преобразовательной техники. Вып. 64.-К.: Наук, думка, 1977.

4. Климчук В.А. Контроль несинусоидальной формы кривой напряжения в электрических цепях / В.А. Климчук II Повышение качества электроэнергии в электрических цепях. - К.: Наук, думка, 1974.

5. Применение многофункционального устройства для регулирования напряжения и реактивной мощности / В.А. Климчук, О.В. Бланар, Ю.Н. Казмирчук, ВТ. Монахов, ВТ. Московец II

Промышленная энергетика. - 1986. - № 7. - С. 51-54.

6. ГОСТ 13109-97. Международный стандарт. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения общего назначения - К.: Госстандарт Украины, 1999. - 30 с.

Стаття надшшла 28.02.2005

ИЗ