Помощь студентам в учебе
Разработка мероприятий по снижению влияния нелинейной нагрузки потребителей в системе электроснабжения завода «ATTR»
|
Введение 4
1 Краткая характеристика системы электроснабжения предприятия
ATTR 6
1.1 Основные требования по соблюдению норм показателей качества
электрической энергии 7
1.2 Актуальность 8
1.3 Цель работы 9
1.4 Задачи 10
1.5 Технические требования по обеспечению качества электрической
энергии 10
1.6 Значение уровня качества электрической энергии 12
1.7 Влияние качества электрической энергии на работу
электроприемников 14
Вывод 16
2. Мероприятия и способы определения и компенсации нелинейных
нагрузок 18
2.1 Определение основных источников нелинейных нагрузок на
предприятии ATTR 18
2.2 Способы компенсации высокочастотных гармонических
составляющих тока и напряжения 21
Вывод 31
3. Описание элементов системы математическим анализом 33
3.1 Математический анализ влияния выпрямителя в составе частотного
привода на систему электроснабжения 33
3.2 Влияние инвертора в составе частотного привода переменного тока на
систему электроснабжения 44
3.3 Влияние частотного преобразователя в составе блока асинхронного
электродвигателя переменного тока на систему электроснабжения 51
Вывод 56
4. Разработка системы активного фильтра параллельного подключения с общим
звеном постоянного тока 57
4.1 Разработка и описание силовой структуры «активного фильтра
гармоник параллельного включения с общим звеном постоянного тока» 57
4.2 Анализ работы с помощью преобразования в ряд Фурье в системе
частотный привод - активный фильтр 70
Вывод 72
5. Экспериментальное исследование работы системы активного фильтра с применением компьютерного моделирования в среде MATLAB и mMaxima 74
5.1 Разработка компьютерной модели и составление сравнительного спектрального анализа в программе Matlab с расширением Simulink 74
5.2 Математически графический анализ системы частотного привода в
программе xMaxima 77
5.3 Ожидаемый экономический эффект с внедрением активного фильтра с
общим звеном постоянного тока в систему частотного привода 83
Вывод 85
Заключение 86
Список использованных источников 88
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
1 Краткая характеристика системы электроснабжения предприятия
ATTR 6
1.1 Основные требования по соблюдению норм показателей качества
электрической энергии 7
1.2 Актуальность 8
1.3 Цель работы 9
1.4 Задачи 10
1.5 Технические требования по обеспечению качества электрической
энергии 10
1.6 Значение уровня качества электрической энергии 12
1.7 Влияние качества электрической энергии на работу
электроприемников 14
Вывод 16
2. Мероприятия и способы определения и компенсации нелинейных
нагрузок 18
2.1 Определение основных источников нелинейных нагрузок на
предприятии ATTR 18
2.2 Способы компенсации высокочастотных гармонических
составляющих тока и напряжения 21
Вывод 31
3. Описание элементов системы математическим анализом 33
3.1 Математический анализ влияния выпрямителя в составе частотного
привода на систему электроснабжения 33
3.2 Влияние инвертора в составе частотного привода переменного тока на
систему электроснабжения 44
3.3 Влияние частотного преобразователя в составе блока асинхронного
электродвигателя переменного тока на систему электроснабжения 51
Вывод 56
4. Разработка системы активного фильтра параллельного подключения с общим
звеном постоянного тока 57
4.1 Разработка и описание силовой структуры «активного фильтра
гармоник параллельного включения с общим звеном постоянного тока» 57
4.2 Анализ работы с помощью преобразования в ряд Фурье в системе
частотный привод - активный фильтр 70
Вывод 72
5. Экспериментальное исследование работы системы активного фильтра с применением компьютерного моделирования в среде MATLAB и mMaxima 74
5.1 Разработка компьютерной модели и составление сравнительного спектрального анализа в программе Matlab с расширением Simulink 74
5.2 Математически графический анализ системы частотного привода в
программе xMaxima 77
5.3 Ожидаемый экономический эффект с внедрением активного фильтра с
общим звеном постоянного тока в систему частотного привода 83
Вывод 85
Заключение 86
Список использованных источников 88
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
В 2000-е годы произошли значительные изменения в электроэнергетике России, обусловленные переходом к рыночным отношениям и принятием Федерального закона «Об электроэнергетике» от 26.03. 2003 № 35-ФЗ и Федерального закона «Об особенностях функционирования электроэнергетики в переходный период от 26.03.2003 № 36-ФЗ. Изменилась нормативная база, ввелись в действие новые Российские стандарты и методы испытаний, гармонизированные с международными и европейскими стандартами, которые регламентируют объем современных требований к техническим средствам по обеспечению электромагнитной совместимости. Решения о совершенствовании регулирования в области электромагнитной совместимости обусловлены, прежде всего, широким распространением микроэлектроники, компьютерной техники и устройств силовой электроники в различных отраслях производственной деятельности, бытовой и хозяйственной сферах. Не упуская из внимания тот факт, что необходимо устранять барьеры в международной торговле.
Около полувека единственным нормативным документом, устанавливающим в России как номенклатуру показатели качества электрической энергии и нормы качества электрической энергии, так и основополагающие требования к контролю, методам и средствам измерений показателей качества электрической энергии, являлся стандарт ГОСТ 13109 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» (последовательно в редакциях 1967, 1987 и 1997 г.г.). Начиная с 2001 г. в РФ начали внедряться ГОСТы по электромагнитной совместимости серии 51317, которые аутентичны стандартам Международной электротехнической комиссии (МЭК) серии 61000.
Таким образом, в России впервые приняты специальные стандарты по методам измерения и требованиям к средствам измерения качества электрической энергии, которые в том числе описывали формы протоколов измерений. В результате у нас появился пакет стандартов, который должен был стать базой для системы контроля качества электрической энергии.
В результате всех приведенных к исполнению нормативных актов начали применять к в первую очередь к вновь вводимым в эксплуатацию объектам с обязательным пунктом в технических условиях подключения к сети электроснабжения, является пункт обязующий соблюдение требований ГОСТ 32 144 - 2013. В связи с вышеизложенным потребитель электрической энергии обязан выполнить мероприятия, направленные на приведение показателей уровня качества электрической энергии к соответствующим нормам [29].
Около полувека единственным нормативным документом, устанавливающим в России как номенклатуру показатели качества электрической энергии и нормы качества электрической энергии, так и основополагающие требования к контролю, методам и средствам измерений показателей качества электрической энергии, являлся стандарт ГОСТ 13109 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» (последовательно в редакциях 1967, 1987 и 1997 г.г.). Начиная с 2001 г. в РФ начали внедряться ГОСТы по электромагнитной совместимости серии 51317, которые аутентичны стандартам Международной электротехнической комиссии (МЭК) серии 61000.
Таким образом, в России впервые приняты специальные стандарты по методам измерения и требованиям к средствам измерения качества электрической энергии, которые в том числе описывали формы протоколов измерений. В результате у нас появился пакет стандартов, который должен был стать базой для системы контроля качества электрической энергии.
В результате всех приведенных к исполнению нормативных актов начали применять к в первую очередь к вновь вводимым в эксплуатацию объектам с обязательным пунктом в технических условиях подключения к сети электроснабжения, является пункт обязующий соблюдение требований ГОСТ 32 144 - 2013. В связи с вышеизложенным потребитель электрической энергии обязан выполнить мероприятия, направленные на приведение показателей уровня качества электрической энергии к соответствующим нормам [29].
В результате проведенных исследований была решена задача, заключающаяся в сравнительном анализе и разработке методов компенсации нелинейных нагрузок для обеспечения требований ТУ ОЭЗ предъявленных при согласовании договора о строительстве завода ATTR. По полученным материалам диссертации можно сформулировать следующие выводы:
1. Произведены замеры показателей качества электроэнергии предприятия, определены источники нелинейных нагрузок. Основными источниками нелинейных нагрузок, не имеющих при проектировании производителем средств для их компенсации, являются частотные привода в составе асинхронных двигателей в системе вентиляции.
2. Выполнены мероприятия по выделению системы вентиляции в отдельную группу.
3. Разработана силовая структура системы параллельного активного фильтра с общим звеном постоянного тока на основе ШИМ с частотно-временным методом с применением блока быстрого преобразования Фурье и баланса мощности. Эта система блока активного фильтра обладает высокой точностью и быстродействием, имеет высокую устойчивость работы при несинусоидальном напряжении сети электроснабжения.
4. Разработана компьютерная модель и произведен анализ полученных характеристик системы «активный фильтр с общим звеном постоянного тока - частотный привод - асинхронный двигатель». В результате компьютерного моделирования можно сделать вывод, что параллельный активный фильтр с общим звеном постоянного тока обладает способностью компенсировать нелинейные искажения первичного тока и реактивную мощность системы «частотный привод-асинхронный двигатель» и подтверждают расчетные характеристики разработанного активного фильтра с общим звеном постоянного тока.
5. Проведены исследования энергетических характеристик системы «активный фильтр с общим звеном постоянного тока -частотный привод- асинхронный двигатель». Данные исследования подтверждают высокую эффективность параллельного активного фильтра с общим звеном постоянного тока во время компенсации нелинейных искажений первичного тока и реактивной мощности, потребляемых блоком «частотный привод-асинхронный двигатель». Использование активного фильтра с общим звеном постоянного тока позволяет снизить сумму коэффициента гармонических составляющих первичного тока блока «частотный привод-асинхронный двигатель» больше чем на величину (с = 64,19 % до показателя = 2,34 %) и увеличивает показатель коэффициента мощности блока системы «частотный привод- асинхронный двигатель» c cosp = 0,4 -0,75 до приближения показателей к cosp ~1. При всем при этом коэффициент полезного действия блока системы «активный фильтр с общим звеном постоянного тока -частотный привод- асинхронный двигатель» всего лишь незначительно уменьшается на 1-2% по сравнению с коэффициентом полезного действия блока системы без активного фильтра. Прогнозируемый экономический эффект от использования активного фильтра с общим звеном постоянного тока в системе частотного привода составит не менее 2000 рублей на 1 кВт мощности частотного привода в год.
1. Произведены замеры показателей качества электроэнергии предприятия, определены источники нелинейных нагрузок. Основными источниками нелинейных нагрузок, не имеющих при проектировании производителем средств для их компенсации, являются частотные привода в составе асинхронных двигателей в системе вентиляции.
2. Выполнены мероприятия по выделению системы вентиляции в отдельную группу.
3. Разработана силовая структура системы параллельного активного фильтра с общим звеном постоянного тока на основе ШИМ с частотно-временным методом с применением блока быстрого преобразования Фурье и баланса мощности. Эта система блока активного фильтра обладает высокой точностью и быстродействием, имеет высокую устойчивость работы при несинусоидальном напряжении сети электроснабжения.
4. Разработана компьютерная модель и произведен анализ полученных характеристик системы «активный фильтр с общим звеном постоянного тока - частотный привод - асинхронный двигатель». В результате компьютерного моделирования можно сделать вывод, что параллельный активный фильтр с общим звеном постоянного тока обладает способностью компенсировать нелинейные искажения первичного тока и реактивную мощность системы «частотный привод-асинхронный двигатель» и подтверждают расчетные характеристики разработанного активного фильтра с общим звеном постоянного тока.
5. Проведены исследования энергетических характеристик системы «активный фильтр с общим звеном постоянного тока -частотный привод- асинхронный двигатель». Данные исследования подтверждают высокую эффективность параллельного активного фильтра с общим звеном постоянного тока во время компенсации нелинейных искажений первичного тока и реактивной мощности, потребляемых блоком «частотный привод-асинхронный двигатель». Использование активного фильтра с общим звеном постоянного тока позволяет снизить сумму коэффициента гармонических составляющих первичного тока блока «частотный привод-асинхронный двигатель» больше чем на величину (с = 64,19 % до показателя = 2,34 %) и увеличивает показатель коэффициента мощности блока системы «частотный привод- асинхронный двигатель» c cosp = 0,4 -0,75 до приближения показателей к cosp ~1. При всем при этом коэффициент полезного действия блока системы «активный фильтр с общим звеном постоянного тока -частотный привод- асинхронный двигатель» всего лишь незначительно уменьшается на 1-2% по сравнению с коэффициентом полезного действия блока системы без активного фильтра. Прогнозируемый экономический эффект от использования активного фильтра с общим звеном постоянного тока в системе частотного привода составит не менее 2000 рублей на 1 кВт мощности частотного привода в год.