Введение к работе
Актуальность темы. Отечественная энергетика в настоящее время находится на переходном этапе формирования регулируемого энергетического рынка, вызванного складывающимися в России новими экономическими условиями. Более трети всех потребляемых в России энергоресурсов расходуется нерационально. Поэтому важнейшим направлением новой энергетической политики должно стать энергосбережение.
Все звенья технологической цепочки непосредственно от источника электрической энергии до- электроприемников должны способствовать экономичному и надежному обеспечению потребителей качественной электрической энергией.
Нормы на показатели качества электроэнергии (ПКЭ) приведены в ГОСТ 13109-87. Надежность электроустановок зависит от схемы прилегающей распределительной сети энергосистемы, схемы распределительных устройств (РУ) подстанций, надежности работы электрооборудования, ПКЭ, степени резервирования и т.д.
Нелинейная, несимметричная, быстроизменяющаяся и другие специфические нагрузки могут вызвать технологический ущерб вследствие снижения количества и качества выпускаемой продукции и электромагнитный ущерб из-га повышения расхода электроэнергии, возникновения дополнительных потерь активной мощности, сокращения срока службы электрооборудования и снижения надежности электроустановок.
Современный путь решения задачи повышения качества элект-. роэнергии, ее экономии и повышения надежности электроустановок состоит в управлении показателями качества электроэнергии и надежности с помощью технических средств.
Необходимо комплексное рассмотрение задачи, которое вызвано сложностью и многообразием зависимостей показателей и характеристик, отражающих качество электроснабжения.
Известные устройства коррекции ПКЭ и надежности электроустановок построены на самых различных принципах, существенно отличаются схемными и конструктивными решениями, в неполной мере отвечают требованиям быстродействия, кратности (глубине) регулирования, содержания высших гармоник, низких потерь активной мощности'.
Разработка научно-обоснованного решения поставленной общей задачи, ее практическая реализация составляет предмет настоящей работы, которая выполнялась в соответствии с координационным планом в области промышленной энергетики, планами основных научных направлений Ивановского государственного энергетического университета, научной программой отраслевой научно-исследовательской лаборатории Минлесбумпрома СССР и конкретными заданиями Минэнерго СССР по реконструкции системы электроснабжения собственных нужд электростанций.
Цель работы. Разработка основных признаков и свойств принципа регулируемого самоподмагничивания магнитной системы ферромагнитно-полупроводниковых устройств (ФМПУ) как системных элементов многоцелевого назначения, теории и методов анализа и исследования электрических цепей с ФМПУ для решения задачи повышения качества электрической энергии и надежности электроустановок.
Для достижения указанной цели необходимо: - выполнить анализ основных свойств и признаков принципа регулируемого самоподмагничивания магнитной системы ферромаг-'нитных устройств;
предложить схемные и конструктивные решения ФМПУ, обеспечивающих повышение ПКЭ, компенсацию реактивной мощности, ограничение и коммутацию токов короткого замыкания (КЗ) и компенсацию емкостных токов замы-сания на землю;
разработать математические модели полупроводниковых вентилей и рассмотреть особенности математического моделирования электрических цепей с ФМПУ;
разработать и исследовать <М1У повышения ПКЭ;
' - разработать и исследовать ФМПУ повышения надежности электроустановок;
разработать и обосновать алгоритм системы автоматизированного проектирования ФМПУ;
разработать общую теорию мощности трехфазных нелинейных несимметричных и неуравновешенных электрических цепей;
выполнить теоретическое обоснование и представить технические решения многофункциональных >ШПУ повышения качества электрической энергии и надежности электроустановок;
рассмотреть пути решения задачи повышения качества
электрической энергии и надежности электроустановок на основе использования предложенных 5МПУ. Научную новизну представляют:
-
основные свойства и признаки принципа регулируемого самоподмагничивания магнитной системы ферромагнитных устройств, положенные в основу разработок многочисленных МГУ различного функционального назначения;
-
математические модели неуправляемых, управляемый и полностью управляемых полупроводниковых вентилей*,
-
универсальный алгоритм и программа расчета на ЭВМ электромагнитных переходных и установившихся процессов в электрических цепях с ФМПУ;
-
математическая модель электромагнитных процессов в цепи с групповым соединением полупроводниковых вентилей;
-
алгоритм и программа расчета на ЭВМ периодического режима электрических цепей с 5МПУ;
-
алгоритм САПР МГУ;
-
новые технические решения устройств ограничения, регулирования и форсировки напряжения, статических тиристорних источников реактивной мощности (ИРМ), фильтров высших гармоник, устройств симметрирования и уравновешивания напряжений и токов нагрузки, устройств компенсации емкостных токов замыкания на землю и ограничения токов КЗ, коммутационных аппаратов, схем РУ повышенного напряжения, а также результаты вычислительных экспериментов, математического моделирования и экспериментальных исследований;
-
общая теория мощности трехфазных нелинейных несимметричных и неуравновешенных электрических цепей;
-
обоснование определяющего влияния мощности KB на выводах электроприемников и компенсирующей реактивной мощности ИРМ на показатели качества электрической энергии и надежности электроустановок;
10) технические решения многофункциональных МГУ повыше
ния ПКЭ и надежности электроустановок.
Автор изнищает :
- основные признаки и свойства принципа регулируемого са-моподмагничивания магнитной системы, положенные в основу работы многочисленных ФМПУ;
математическое моделирование электромагнитных процессов в электрической цепи с ФМПУ;
результаты исследований, разработок и внедрения в опытно-промышленную эксплуатацию $МПУ различного функционального назначения;
пути решения проблемы повышения ЖЭ и надежности электроустановок.
Практическая ценность и внедрение результатов работы". Практическая ценность работы определяется тем, что ее основные результаты были использованы или используются в настоящее время при разработке ФМПУ различного функционального назначения для повышения ПКЗ и надежности электроустановок и подготовке специалистов соответствующих специальностей.
-
Результаты работы внедрены на Ивановской ТЭЦ-3 в системе собственных нужд электростанции. Экономический эффект составил 61,6 тыс.руб/год.
-
Результаты работы внедрены на Щекинской ГРЭС в системе собственных нужд 0,4 кВ. Экономический эффект составил 16,6 тыс.руб/год.
-
Результаты работы внедрены в вычислительном центре и АТС ПО "Ивановомебель". Экономический эффект составил 11,4 тыс.руб/год.
-
Разработан, изготовлен и установлен на п/ст "Тракторная" ПЭО "Владимирэнерго" опытно-прсмышлешшй образец регулируемой приставки с БАРНТК-2 к ДГР типа ЗРОМ-350/6. Экономический эффект, подтвержденный заказчиком, составляет 40,4 тыс.руб/ год.
5.Для ЦБК пд заказу МСУ ВО "Союзоргбумпром" разработан ТУУ с принудительной коммутацией управляемых вентилей на напряжение 6 кВ. Экономический аффект, подтвержденный заказчиком; составляет 118 тыс.руб/год.
-
По заказу промышленных предприятий, организаций и учреждений разослано 55 комплектов технической документации на изготовление "ФТОСН-2".
-
Усовершенствованные схемы РУ со сборными шинами напря-
* - расчеты выполнены в ценах, действующих до 1986 года.
жением 35 кВ и выше используются в учебном курсе "Проектирование электрической части электростанций", в курсовом и дипломном проектировании электрических станций и подстанций.
Апробация работы. Основные положения и выводы диссертации докладывались и обсуждались на Межвузовском научно-методическом семинаре "Использование ЭВМ в учебном процессе и научных исследованиях" (Иваново, 1982), Всесоюзной научно-технической конференции, посвященной 100-летию изобретения электросварки Н.Н. Еенардосом (Иваново,1981), Всесоюзной научно-технической конференции "Бенардосовские чтения" (Иваново, 1983), Постоянно действующем научном семинаре "Электрическая часть электростанций" (Москва, 1982 и 1991.), Всесоюзном семинаре "Опыт повышения технического уровня эксплуатации и ремонта энергетического оборудования на предприятиях целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей промышленности (Жидачев, 1980), заседании секции энергетики и вторичных знергоресурсов НТС Минлесбумпрома по теме "Автоматизированные приводы бумаго-и картоноделателышх машин. Опыт внедрения полупроводниковой техники" (Москва, 1981), Международной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития злектротехнологии" (7-е Бенардосовские чтения, Иваново, 1994). Результаты работы демонстрировались на. ВДНХ СССР (Москва, 1990).
Публикация материалов работы. По материалам диссертации опубликовано 16 статей, 12 тезисов докладов Всесоюзных, Республиканских и Международных научно-технических конференций, два учебных пособия, получено 23 авторских свидетельства на изобретения, выпущено 12 отчетов по НИР, руководителем и ответственным исполнителем которых был автор.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы из 265 наименований и 14 приложений. Объем работы 503 стр., в том числе 179 стр. основного текста, 125 рис. на 98 стр., 4 табл. на 6 стр., 28 стр. списка литературы и 192 стр. приложений.
