Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Фильтрокомпенсирующие устройства для повышения качества электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях Чернышов Максим Олегович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Чернышов Максим Олегович. Фильтрокомпенсирующие устройства для повышения качества электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.14.02 / Чернышов Максим Олегович;[Место защиты: ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»], 2018

Введение к работе

Актуальность проблемы. Значительное ухудшение качества электроэнергии (КЭ) в трехфазных четырехпроводных сетях низкого напряжения, которое наблюдается в последние годы, вызвано изменением характера электрических нагрузок офисных, коммерческих и бытовых потребителей. Основную долю нагрузок этих потребителей составляют сравнительно маломощные нелинейные электроприемники, такие как энергосберегающие системы освещения, офисная и компьютерная техника, частотно-регулируемые электроприводы.

В спектре тока, потребляемого однофазными нелинейными нагрузками, преобладает составляющая с частотой третьей гармоники. Гармоники, кратные трем, в трехфазных четырехпроводных сетях образуют систему нулевой последовательности и суммируются в нейтральных проводниках. Это приводит к увеличению потерь, ускоренному старению изоляции и вызванному этим сокращению срока службы электрооборудования, а в ряде случаев – к авариям, вызванным перегревом и разрушением нулевых проводников кабельных линий. Увеличение падения напряжения между нейтральной точкой и землей приводит к сбоям в работе чувствительного электронного оборудования. Кроме того, большие уровни токов третьей гармонической составляющей вызывают дополнительный нагрев обмоток трансформаторов.

Другая проблема трехфазных сетей низкого напряжения заключается в том, что неравномерное включение однофазных нагрузок может вызвать значительную несимметрию токов и напряжений сети. Это приводит к дополнительному увеличению токов нейтральных проводников.

Ухудшение качества электроэнергии в сетях коммерческих и офисных потребителей вызывает увеличение капитальных вложений и эксплуатационных расходов, связанных с преждевременной заменой оборудования и необходимостью проводить комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на поддержание показателей КЭ в пределах, определяемых стандартами. К техническим мероприятиям относится установка специальных технических средств, таких как пассивные и активные силовые фильтры. Как правило, силовые фильтры осуществляют подавление высших гармоник, на частоты которых они настроены, и генерируют реактивную мощность на основной частоте. Поэтому их более точное название – фильтрокомпенсирующие устройства (ФКУ).

Степень разработанности. Развитию методов проектирования пассивных и активных ФКУ посвящены работы отечественных и зарубежных специалистов Х. Акаги, Дж. Аррилаги, М. А. Авербуха, И. В. Жежеленко, Л. И. Коверниковой, Ф. Пенга, Ю. К. Розанова, Л. Чарнецки, А. К. Шидловского и др. Однако в большинстве случаев рассматриваются фильтрокомпенсирующие устройства для промышленных сетей с мощными нелинейными нагрузками.

Особенность систем электроснабжения офисных и коммерческих потребителей заключается в том, что они ограничены по территории и

мощности электроприемников, имеют, как правило, общий источник электроснабжения и общие требования по обеспечению электромагнитной совместимости потребителей с питающей сетью. Следует учитывать также особенности построения низковольтных сетей, которые увеличивают искажения токов и напряжений. Поэтому проблема создания компенсирующих устройств для трехфазных четырехпроводных сетей требует развития новых подходов. В условиях насыщенности таких систем распределенными однофазными нелинейными нагрузками актуальной является проблема создания специализированных компенсирующих устройств, обеспечивающих электромагнитную совместимость как между системой внешнего электроснабжения и сетью, так и между отдельными группами потребителей внутри сети.

Цель работы: развитие и совершенствование методов и средств улучшения качества электрической энергии в трехфазных четырехпроводных сетях 0,4 кВ.

Для достижения цели были поставлены и последовательно решены следующие задачи:

  1. Проведен анализ качества электроэнергии в сетях офисных потребителей и определены показатели, оказывающие наибольшее влияние на качество электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях 0,4 кВ. На основе проведенного анализа определены функции, которыми должны обладать фильтрокомпенсирующие устройства, устанавливаемые в таких сетях.

  2. Разработаны конфигурации ФКУ для трехфазных четырехпроводных сетей, обеспечивающие ослабление токов нейтральных проводников, вызванных нелинейным характером и несимметрией нагрузок. Исследованы компенсационные характеристики разработанных ФКУ.

  3. Предложена стратегия формирования управляющих сигналов для активных фильтров гармоник (АФГ), обеспечивающая раздельную компенсацию симметричных составляющих, образующих системы прямой, обратной и нулевой последовательности. Это позволяет осуществлять независимое регулирование режимов работы и показателей качества электроэнергии в узлах, к которым подключена основная часть нелинейной нагрузки.

  4. Предложена архитектура гибридного регулятора качества электроэнергии для трехфазных четырехпроводных сетей на основе предложенных конфигураций ФКУ. Проведен анализ характеристик предложенного регулятора КЭ.

Объект исследования. Распределительные сети 0,4 кВ с преобладающей долей однофазных несимметричных нагрузок, имеющих нелинейные вольт-амперные характеристики.

Предмет исследования. Качество электроэнергии в распределительных сетях 0,4 кВ, методы и средства его улучшения.

Методы исследования: При выполнении работы были использованы методы теоретической электротехники, цифровой обработки сигналов, спектрального анализа. Теоретические исследования сочетались с измерениями, экспериментальными исследованиями с использованием пакета прикладных программ MatLab и системы визуального программирования LabView.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в диссертации впервые получены следующие положения, которые выносятся на защиту:

  1. Предложена новая конфигурация гибридного широкополосного фильтра, обеспечивающего ослабление токов нейтральных проводников, вызванных нелинейным характером и несимметрией однофазных нелинейных нагрузок.

  2. Разработана адаптивная стратегия формирования управляющих сигналов для активных фильтров, обеспечивающая раздельную компенсацию симметричных составляющих прямой, обратной и нулевой последовательности.

  3. Предложена и обоснована распределенная модульная архитектура регулятора качества электроэнергии для трехфазных четырехпроводных сетей, обеспечивающая электромагнитную совместимость как между отдельными участками сети, так и с системой внешнего электроснабжения.

Практическая значимость работы. Применение результатов исследования позволит повысить качество электроэнергии в трехфазных четырехпроводных сетях с высокой долей нелинейной нагрузки, снизить уровень токов в нейтральных проводниках, что способствует снижению потерь, энергосбережению, более эффективной и надежной работе оборудования.

Реализация результатов работы. Основные результаты диссертационных исследований в виде практических рекомендаций по модернизации и внедрению фильтрокомпенсирующих устройств использованы в компании ООО «Инженерная Компания Сибири» при разработке мероприятий по повышению энергоэффективности и улучшению качества электрической энергии в распределительных сетях 0,4 кВ.

Материалы диссертации, в том числе лабораторный практикум с удаленным доступом, реализованный на основе распределенной информационно-измерительной системы мониторинга качества электроэнергии, используются в учебном процессе на кафедре «Системы автоматики, автоматизированного управления и проектирования» Сибирского федерального университета.

Достоверность полученных научных положений подтверждается их сравнением с результатами мониторинга качества электроэнергии в распределительных сетях 0,4 кВ, моделированием с помощью апробированного программного обеспечения, а также результатами, полученными другими авторами.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

IX Всероссийской научно технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и наука», Красноярск, 2013 г.;

XX Международной научно-практической конференции студентов и молодых учёных «Современные техника и технологии», Томск, 2014 г.;

Всероссийской конференции «Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие и управление», Иркутск, 2015 г.;

XXI Международной научно-практической конференции студентов и молодых учёных «Современные техника и технологии», Томск, 2015 г.;

III Международном молодежном форуме «Интеллектуальные энергосистемы», Томск, 2015 г.;

III Всероссийской научно-технической конференции «Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости» «ТехноЭМС-2016», Москва, 2016 г.;

IV Всероссийской научно-технической конференции «Технологии, измерения и испытания в области электромагнитной совместимости» «ТехноЭМС-2017», Москва, 2017 г.;

- Международной научно-техническая конференция «Пром-
Инжиниринг», Челябинск, 2017 г.

Личный вклад. Общая научная идея, конфигурации фильтрокомпенсирующих устройств, алгоритмы формирования компенсирующих сигналов разработаны совместно с научным руководителем, все остальные положения, выносимые на защиту и представляющие научную новизну, в том числе математические модели гибридных фильтров и результаты исследования компенсационных характеристик были получены автором лично.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ, из них 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки России для опубликования основных результатов диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, 1 статья – в журнале, входящая в международную базу цитирования Scopus. В каждой работе, опубликованной в соавторстве, личный вклад автора составляет не менее 50%.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 130 страницах машинописного текста, включая 9 таблиц и 87 рисунков и списка использованных источников из 86 наименований.