Введение к работе
Актуальность работы.
В условиях растущего дефицита энергетических ресурсов, динамики опережающего роста тарифов на электроэнергию, бесспорна экономическая эффективность внедрения энергосберегающих мероприятий, обеспечивающих оптимизацию режимов электропотребления, повышение рентабельности производства, конкурентоспособности выпускаемой продукции.
Из всех возможных энергосберегающих мероприятий по снижению потерь электроэнергии, улучшения режимов электроснабжения, повышения качества электроэнергии наиболее эффективным является установка средств компенсации реактивной мощности.
Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения (электротехнических системах (ЭС)) обозначены юридическими документами в большинстве стран мира. В России этим документом является ГОСТ 13109-97. Виновниками ухудшения качества электрической энергии, электромагнитной совместимости могут служить: потребители с резкопеременной нагрузкой, с нелинейной нагрузкой, с несимметричной нагрузкой, с циклической нагрузкой. В данной диссертационной работе рассматриваются потребители с резкопеременной нагрузкой, а именно дуговые сталеплавильные печи (ДСП), как представители электротехнологий.
Выполнение норм ГОСТ13109-97 и других нормативных актов, касающихся качества электроэнергии является невозможным без применения компенсации реактивной мощности, симметрирования и уравновешивания нагрузок электрических сетей. Для компенсации реактивной мощности ДСП применяют в основном быстродействующие компенсаторы (СТК) с тиристорно-реакторной группой (устройства поперечной компенсации), главной функцией которых, кроме компенсации постоянной составляющей реактивной мощности и подавления высших гармоник с помощью силовых фильтров, является снижение до необходимого уровня колебаний амплитуд реактивного тока прямой последовательности.
Снижение качества электроэнергии приводит к негативным последствиям технологического и электромагнитного характера: увеличение потерь активной мощности и электроэнергии, сокращение срока службы электрооборудования, нарушение нормального хода технологических процессов потребителей.
Поэтому уменьшения указанных негативных воздействий является актуальной проблемой и ставит научную задачу обоснования рациональных параметров устройств поперечной компенсации электротехнических систем электротехнологий в разряд важнейших.
Цель работы - повышение эффективности работы устройств поперечной компенсации (СТК) электротехнических систем электротехнологий (ДСП) за счет стабилизации напряжения в точке подключения электротехнологий (ДСП) путем обоснования их рациональных параметров.
Идея работы заключается в достижении требуемого уровня эффективности устройств поперечной компенсации (СТК) электротехнических систем электротехнологий (ДСП) путем обоснования их рациональных параметров, обеспечивающих стабилизацию напряжения в точке подключения электротехнологий (ДСП), сокращения времени плавки, увеличение активной мощности вводимой в ДСП.
Объектами исследования являются устройство поперечной компенсации (СТК) электротехнических устройств электротехнологий (ДСП), система управления СТК, ДСП.
Предметами исследования являются электромагнитные, электромеханические процессы, протекающие в электротехническом комплексе «Система электроснабжения – ДСП - СТК».
Метод исследования, используемый в работе - комплексный, основанный на совокупности применения теории электрических цепей, автоматического управления, а также математической статистики, эксперимента с широким применением ЭВМ.
Автор защищает:
1.Имитационную модель ДСП с учетом её особенностей (дуга, короткая сеть, регулятор реактивной мощности).
2.Алгоритм функционирования цифровой системы управления СТК на основе метода симметричных составляющих, преобразований Штейметца и Кларка.
3.Обобщенную имитационную модель электротехнического комплекса «Система электроснабжения - ДСП - СТК» с измерителями показателей качества электроэнергии, учитывающая электромагнитные процессы при компенсации реактивной мощности, для определения качества работы системы управления СТК и показателей качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ 13109-97.
Научная новизна заключается в определении взаимосвязей закона управления устройства поперечной компенсации (СТК) электротехнических устройств электротехнологий (ДСП) и колебаний напряжения (реактивной мощности) в точке подключения электротехнологий (ДСП), и определении рациональных параметров СТК, обеспечивающих повышение эффективности работы электротехнического комплекса «Система электроснабжения - ДСП - СТК».
Она представлена следующими результатами:
установлены закономерности формирования флуктуаций напряжения в точке подключения электротехнологий (ДСП), учитывающие её особенности (дуга, короткая сеть, регулятор реактивной мощности);
разработан алгоритм функционирования устройства поперечной компенсации (СТК) электротехнических устройств электротехнологий (ДСП) на векторном принципе управления;
установлены зависимости, учитывающие электромагнитные процессы при компенсации реактивной мощности для оценки качества работы СТК в составе электротехнического комплекса «Система электроснабжения - ДСП - СТК» и показателей качества электроэнергии в соответствии с ГОСТ13109-97.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций диссертационной работы обеспечены физическими обоснованными допущениями, адекватностью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение между которыми составляет 10,5%.
Практическая значение. Разработан алгоритм управления устройств поперечной компенсации (СТК) электротехнических систем электротехнологий (ДСП) на основе имитационных моделей, учитывающие электромагнитные процессы при компенсации реактивной мощности, обеспечивающие повышение эффективности работы электротехнического комплекса «Система электроснабжения - ДСП - СТК» за счет снижения фликерных колебаний на 30%, увеличение активной мощности вводимой в печь на 7%, сокращения времени плавки ДСП на 7%. Разработана методика оценки качества функционирования силовой части СТК в динамических режимах.
Реализация результатов работы.
1. Результаты работы используются в ЗАО СП «АО Ансальдо-ВЭИ» при разработке быстродействующих устройств компенсации реактивной для резкопеременной, циклической и других видов нагрузки. Технико-экономический эффект от внедрения результатов работы составляет более 2.4 млн. руб. в год.
2. Полученная имитационная модель ДСП с учетом её особенностей (дуга, короткая сеть, регулятор реактивной мощности) используется в испытательном стенде системы управления СТК для ДСП в ЗАО СП «АО Ансальдо-ВЭИ».
3. Разработанная обобщенная имитационная модель электротехнического комплекса «Система электроснабжения - ДСП - СТК» с измерителями показателей качества используется при исследовании влияния переходных процессов на выбранное силовое оборудования СТК для ДСП в ЗАО СП «АО Ансальдо-ВЭИ».
4. Основные научно-практические результаты диссертационной работы используются в учебном процессе в курсах: «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике», «Основы проектирования электроэнергетических систем», «Электроснабжение промышленных предприятий», «Переходные процессы в электроэнергетических системах», читаемых на кафедре «Электроэнергетика» Тульского государственного университета.
Апробация результатов работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на III-я научно-технической магистерской конференции ТулГУ (г. Тула, апрель 2008), III-ей научно-технической конференции «Молодые ученые и специалисты в области электроэнергетики» (г. Москва, 22-26 сентября 2008); Международных конференциях «Энергосбережение» (2006-2009 г., г. Тула).
Публикации. Основные научные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах, из них 3 - в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 101 наименований и 5 приложений. Диссертация изложена на 160 страницах машинописного текста, включая 6 таблиц, 65 рисунков и приложения объемом 31 страницу.
