Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время горные предприятия, включая шахты и рудники (ГП), являются одними из самых крупных потребителей электрической энергии. Этот факт подчеркивается в диррективных материалах РАО "ЕЭС России", подготавливаемых к применению, при регулировании режимами потребления электрической энергии промышленными предприятиями. К области регулирования потреблением электрической энергии предприятиями относится и регулирование реактивной мощности, в чем заинтересованы как энергоснабжающие организации, так и сами потребители. Заинтересованность потребителя заключается в возможности получения скидок за компенсацию реактивной мощности и снятия надбавок за перерасход заявленной реактивной мощности и энергии. Заинтересованность энергоснабжающей организации заключается в выравнивании графика электрических нагрузок системы электроснабжения.
Регулирование реактивной мощности может быть осуществлено с помощью комплекса потребителей-регуляторов мощности (ПР-М). В настоящее время в этой области рассмотрен целый спектр вопросов, связанных с регулированием потребления мощности. Основной акцент в работах сделан на регулирование активной мощности. Что касается реактивной мощности, то предложены основные принципы ее регулирования без четкой связи с регулированием по активной мощности. До сих пор не четко определены виды электрических нагрузок, которые могут быть использованы в качестве потребителей-регуляторов реактивной мощности (ПР-РМ) и классификация видов воздействий на них, позволяющих эффективно регулировать потребление (генерацию) реактивной мощности. Кроме этого, не определена связь между активной и реактивной мощностями потребителей регуляторов мощности в процессе регулирования.
С учетом новых правил оплаты за электрическую энергию, не разработана методика определения регулировочных характеристик и глубины регулирования, с учетом потребления или генерирования, увеличения или уменьшения потребления реактивной
мощности. И наконец, отсутствует методика ранжирования ПР-РМ, с учетом связи режима их работы с потребителями-регуляторами активной мощности (ПР-АМ).
Актуальность исследований, связанных с регулированием реактивной мощности в условиях промышленных предприятий, в частности ГП, подчеркивается работами ведущих ученых в этой области, среди которых можно выделить: Б.Н. Абрамовича, В.В. Алексеева, Б.П. Белых, A.M. Берковского, С.А. Волотковского, Е.П. Ермуратского, Е.Е. Ермуратского, И.В. Жежеленко, Ю.С. Железко, О.В. Иванова, В.П. Ильяшова, Б.И. Кудрина, Э.Г. Куренного, Г.С. Кучинского, A.M. Лимитовского, А.В. Ляхомского, Ю.П. Минов-ского, Г.И. Разгильдеева, В.И. Серова, Г.С. Хронусова, В.И. Шуцкого и ряда других видных ученых.
Исходя из изложенного, регулирование потреблением реактивной мощности является актуальной научно-технической задачей. При решении этой задачи должен быть рассмотрен ряд вопросов, включающий классификацию видов нагрузок, которые могут быть использованы в качестве ПР-РМ и виды воздействий на них, ранжирование ПР-РМ и определение их регулировочных возможностей в процессе регулирования во взаимосвязи с ПР-АМ.
Целью диссертационной работы является разработка концепции и методики регулирования потреблением реактивной мощности с помощью комплекса потребителей-регуляторов реактивной мощности в условиях ГП.
Для достижения поставленной цели, в работе решаются следующие задачи:
На основе анализа электрических нагрузок, применяемых на ГП, определяются их виды, включая категорийность, которые могут быть использованы в качестве ПР-РМ.
На основе анализа видов воздействий на ПР-РМ, производится их классификация и определяется их эффективность в процессе регулирования потреблением (генерацией) реактивной мощности.
На основе исследований и анализа известных зависимостей определяется связь в процессе регулирования, между актив-
ной и реактивной мощностями ПР-РМ.
Определяются регулировочные характеристики, с учетом знака изменения реактивной мощности в процессе регулирования.
Определяются возможность использования аналитических выражений для отдельных видов нагрузки и узла нагрузки в целом, для формирования регулировочных характеристик ПР-РМ.
Разрабатывается методика ранжирования ПР-РМ при рассмотрении их в отдельности и в целом узла нагрузки.
Идея работы заключается в уменьшении оплаты за потребление электроэнергии ГП при удовлетворении требований энергосистемы.
Методы исследования. В работе использованы следующие методы исследования: статистический метод исследования случайных процессов, метод планирования эксперимента, метод математического моделирования режимов работы электрической нагрузки, численный метод квантования и определения экстремумов, экспериментальное определение параметров режимов работы электрооборудования и узла нагрузки приборами непосредственной оценки, регистрирующими приборами и счетчиками расхода активной о реактивной мощности.
Научная новизна работы представлена следующими положениями:
определена связь между активной и реактивной мощностями потребителей-регуляторов в процессе регулирования мощности;
предложен метод определения регулировочных характеристик ПР-РМ с учетом знака необходимого изменения потребления реактивной мощности приемника или узла нагрузки в целом;
предложено использование статической характеристики, при определении глубины регулирования ПР-РМ и узла нагрузки;
предложена методика ранжирования при рассмотрении ПР-
РМ для единичных приемников и узла нагрузки в целом.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, близкой сходимостью расчетных и опытных данных.
Практическая ценность работы состоит в том, что:
разработаны и внедрены программы по формированию статической характеристики узла нагрузки, содержащего АД, СД и КБ как вместе, так и по отдельности;
разработана методика определения рангов ПР-РМ;
разработана классификация основных воздействий на ПР-РМ, при учете взаимосвязи их реактивной и активной мощности, в процессе регулирования;
разработана методика определения регулировочных характеристик ПР-РМ и определения численным методом значений независимых факторов, обеспечивающих необходимую глубину регулирования узла нагрузки, и разработан пакет программ для ЭВМ;
разработана методика регулирования реактивной мощности для условий шахт и рудников.
Положения, выносимые на защиту.
-
Концепция определения регулировочных характеристик (глубин регулирования) ПР-РМ с учетом знака регулирования, базирующаяся на математической модели зависимости реактивной мощности узла электрической нагрузки от активной мощности и напряжения узла, а так же от мощности конденсаторной батареи и тока возбуждения синхронного двигателя, входящих в состав нагрузки. Математическая модель реактивной мощности представляет собой статическую характеристику, определяемую для интервала времени, на котором производится регулирование нагрузки.
-
Алгоритм регулирования реактивной мощности узла на-
грузки, основанный на разработанных принципах ранжирования отдельных потребителей-регуляторов или выборе значений численным методом независимых факторов статической характеристики узла нагрузки, обеспечивающих необходимый уровень реактивной мощности в процессе регулирования.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на VII симпозиуме «Podstawowe problemy energoelektroniki і elektromechaniki» (г. Устронь, Польша, 1997), межвузовской научно-практической конференции "Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения" (г. Воркута, 1998), Федеральной научно-технической конференции "Электропотребление, энергосбережение, электрооборудование" (г. Новомосковск, Тульской обл., 1998), а также на семинарах кафедры электротехники и электроснабжения горных предприятий Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова (технического университета).
Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре статьи.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, изложенных на 112 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 15 таблиц, список литературы из 84 наименований и 4 приложений.
