Помощь студентам в учебе
Оптимальный выбор параметров резонансных фильтров
|
Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ В СЭС ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ 9
1.1 Основные проблемы, связанные с наличием высших гармоник в СЭС промышленных предприятий 9
1.2 Отрицательное влияние высших гармоник на элементы СЭС промышленных предприятий 10
1.3 Компенсация реактивной мощности в сетях с нелинейной нагрузкой 11
1.4 Технические неисправности батарей конденсаторов при наличии в сети промышленных предприятий высших гармоник 14
1.5 Выводы по главе 1 14
2 ОЦЕНКА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ И ВИДОВ
КОМПЛЕКТНЫХ КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК И
ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ 15
2.1 Технические характеристики комплектных конденсаторных устновок 15
2.2 Показатели стоимости комплектных конденсаторных установок 17
2.3 Технические характеристики фильтрокомпенсирующих устройств 21
2.4 Показатели стоимости фильтрокомпенсирующих устройств 23
2.5 Выводы по главе 2 26
3 СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК ОПТИМАЛЬНОГО ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ РЕЗО
НАНСНЫХ ФИЛЬТРА 28
3.1 Метод по минимуму мощности 28
3.2 Метод по минимуму затрат 33
3.3 Метод по эффективности затрат 36
3.4 Метод по эффективности затрат для различных мощностей
трансформаторов 43
3.5 Выводы по главе 3 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 47
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ В СЭС ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ 9
1.1 Основные проблемы, связанные с наличием высших гармоник в СЭС промышленных предприятий 9
1.2 Отрицательное влияние высших гармоник на элементы СЭС промышленных предприятий 10
1.3 Компенсация реактивной мощности в сетях с нелинейной нагрузкой 11
1.4 Технические неисправности батарей конденсаторов при наличии в сети промышленных предприятий высших гармоник 14
1.5 Выводы по главе 1 14
2 ОЦЕНКА ОТЕЧЕСТВЕННЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ И ВИДОВ
КОМПЛЕКТНЫХ КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК И
ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ 15
2.1 Технические характеристики комплектных конденсаторных устновок 15
2.2 Показатели стоимости комплектных конденсаторных установок 17
2.3 Технические характеристики фильтрокомпенсирующих устройств 21
2.4 Показатели стоимости фильтрокомпенсирующих устройств 23
2.5 Выводы по главе 2 26
3 СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК ОПТИМАЛЬНОГО ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ РЕЗО
НАНСНЫХ ФИЛЬТРА 28
3.1 Метод по минимуму мощности 28
3.2 Метод по минимуму затрат 33
3.3 Метод по эффективности затрат 36
3.4 Метод по эффективности затрат для различных мощностей
трансформаторов 43
3.5 Выводы по главе 3 45
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 46
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 47
В настоящее время из-за активного внедрения устройств силовой электроники в энергосистемы промышленных предприятий возникла проблема наличия высших гармоник (ВГ) в системах электроснабжения (СЭС).
Высшие гармоники оказывают негативное влияние как на отдельные элементы системы электроснабжения, так и на всю систему целиком. Высшие гармоники вызывают дополнительные потери в линиях электропередач ; повышенный нагрев ЛЭП и электрических машин; снижают устойчивость нагрузки в узлах СЭС; ускоряют старение изоляции кабеля; негативно влияют на показатели качества электрической энергии; ухудшают условия работы батарей статических конденсаторов (БСК) [1].
Батареи конденсаторов, предназначенные для компенсации реактивной мощности , являются наиболее уязвимыми перед высшими гармониками в сети. Применение батарей конденсаторов при наличии нелинейной нагрузки в сети повышает вероятность проявления резонансных явлений (как по току, так и по напряжению). Данное явление приводит к значительному увеличению тока,протекающего через конденсаторы, что приводит к перегрузкам и ухудшению работы батареи конденсаторов.
Компенсация реактивной мощности (КРМ) занимает важное место в вопросах повышения эффективности передачи, распределения и потребления электрической энергии. Эффективная работа элементов, предназначенных для компенсации реактивной мощности сети, определяет экономию денежных и материальных ресурсов, повышает качество электроснабжения [2].
В связи с вышеперечисленным возникает острая необходимость исключения влияния нелинейных нагрузок на основную сеть электроснабжения. Данная проблема решается зачёт использования силовых резонансных фильтров.
Актуальность исследований. Работа фильтрокомпенсирующих устройств рассматривается во многих публикациях, ведущих ученых области силовой электроники [3-6]. Большинство проведенных исследований связано с резонансными режимами СЭС при подключении ФКУ к шинам преобразовательной подстанции и рассмотрению вопросов, связанных с работой силовых фильтров как источников реактивной мощности. Вопрос эффективности затрат и оптимизации затрат на фильтрокомпенсирующие устройства при рассмотрении их как источников реактивной мощности недостаточно изучен в современных условиях. В частности, не дана оценка существующих методик оптимизации затрат с использованием актуальных на сегодняшний день стоимостных показателей.
Целью исследования является решение задачи оптимизации затрат на фильтрокомпенсирующие устройства при сохранении их выходных параметров.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо:
1. Провести анализ основных проблем, возникающих в системах электроснабжения промышленных предприятий при наличии высших гармоник и показать актуальность применения фильтрокомпенсирующих устройств.
2. Провести анализ целевой функции затрат на фильтрокомпенсирующие устройства и батареи конденсаторов 10 кВ,0,4 кВ. Определить коэффициенты удельных приведенных затрат на основании современных стоимостных показателей.
3. Сравнение по эффективности методов оптимизации затрат фильтрокомпенсирующих устройств.
Объект исследования. Фильтрокомпенсирующие устройства на напряжение 0,4 и 10 кВ.
Предмет исследования. Методы оптимизации затрат на фильтрокомпенсирующие устройства 10 кВ и 0,4 кВ.
Новизна выпускной квалификационной работы заключается в сравнении методик оптимизации затрат на фильтрокомпенсирующие устройства.
1. Определили основные проблемы от высших гармоник в сетях промышленных предприятий.
2. Проработали вопрос об эффективности использования резонансных фильтров, как источник реактивной мощности.
3. Проанализировали полученные результаты по всем рассматриваемым методам оптимизации затрат.
4. Обосновали наиболее эффективный метод оптимизации затрат фильтрокомпенсирующих устройств.
Высшие гармоники оказывают негативное влияние как на отдельные элементы системы электроснабжения, так и на всю систему целиком. Высшие гармоники вызывают дополнительные потери в линиях электропередач ; повышенный нагрев ЛЭП и электрических машин; снижают устойчивость нагрузки в узлах СЭС; ускоряют старение изоляции кабеля; негативно влияют на показатели качества электрической энергии; ухудшают условия работы батарей статических конденсаторов (БСК) [1].
Батареи конденсаторов, предназначенные для компенсации реактивной мощности , являются наиболее уязвимыми перед высшими гармониками в сети. Применение батарей конденсаторов при наличии нелинейной нагрузки в сети повышает вероятность проявления резонансных явлений (как по току, так и по напряжению). Данное явление приводит к значительному увеличению тока,протекающего через конденсаторы, что приводит к перегрузкам и ухудшению работы батареи конденсаторов.
Компенсация реактивной мощности (КРМ) занимает важное место в вопросах повышения эффективности передачи, распределения и потребления электрической энергии. Эффективная работа элементов, предназначенных для компенсации реактивной мощности сети, определяет экономию денежных и материальных ресурсов, повышает качество электроснабжения [2].
В связи с вышеперечисленным возникает острая необходимость исключения влияния нелинейных нагрузок на основную сеть электроснабжения. Данная проблема решается зачёт использования силовых резонансных фильтров.
Актуальность исследований. Работа фильтрокомпенсирующих устройств рассматривается во многих публикациях, ведущих ученых области силовой электроники [3-6]. Большинство проведенных исследований связано с резонансными режимами СЭС при подключении ФКУ к шинам преобразовательной подстанции и рассмотрению вопросов, связанных с работой силовых фильтров как источников реактивной мощности. Вопрос эффективности затрат и оптимизации затрат на фильтрокомпенсирующие устройства при рассмотрении их как источников реактивной мощности недостаточно изучен в современных условиях. В частности, не дана оценка существующих методик оптимизации затрат с использованием актуальных на сегодняшний день стоимостных показателей.
Целью исследования является решение задачи оптимизации затрат на фильтрокомпенсирующие устройства при сохранении их выходных параметров.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо:
1. Провести анализ основных проблем, возникающих в системах электроснабжения промышленных предприятий при наличии высших гармоник и показать актуальность применения фильтрокомпенсирующих устройств.
2. Провести анализ целевой функции затрат на фильтрокомпенсирующие устройства и батареи конденсаторов 10 кВ,0,4 кВ. Определить коэффициенты удельных приведенных затрат на основании современных стоимостных показателей.
3. Сравнение по эффективности методов оптимизации затрат фильтрокомпенсирующих устройств.
Объект исследования. Фильтрокомпенсирующие устройства на напряжение 0,4 и 10 кВ.
Предмет исследования. Методы оптимизации затрат на фильтрокомпенсирующие устройства 10 кВ и 0,4 кВ.
Новизна выпускной квалификационной работы заключается в сравнении методик оптимизации затрат на фильтрокомпенсирующие устройства.
1. Определили основные проблемы от высших гармоник в сетях промышленных предприятий.
2. Проработали вопрос об эффективности использования резонансных фильтров, как источник реактивной мощности.
3. Проанализировали полученные результаты по всем рассматриваемым методам оптимизации затрат.
4. Обосновали наиболее эффективный метод оптимизации затрат фильтрокомпенсирующих устройств.
Выполненные исследования в данной работе позволяют сформулировать следующие результаты и выводы:
1 Установлены основные проблемы, возникающие в системах электроснабжения промышленных предприятий при наличии высших гармоник. К ним относятся влияние высших гармоник на элементы СЭС (показатели качества электрической энергии, дополнительные потери в сети, перебой в работе релейной защиты и телемеханики и т.д), а также проблема компенсации реактивной мощности.
2 Приведены основные технические неисправности батарей конденсаторов в сети при наличии высших гармоник.
3 На основании современных усредненных стоимостных показателей комплектных конденсаторных установок и фильтрокомпенсирующих устройств на напряжение 10 и 0,4 кВ получены аппроксимированные зависимости приведенных затрат на ФКУ и БК от их номинальной мощности. Данные зависимости линейны и полученные коэффициенты могут быть использованы при решении задачи оптимизации.
5 Проведено сравнение следующих методик оптимального выбора параметров фильтра: метод по минимуму мощности; метод по минимуму затрат; метод по эффективности затрат.
6 Установлено, что полученные диапазоны значений по методу минимума мощности и методу по минимуму затрат эквивалентны, так как имеют общие пересечения на напряжение 0,4 кВ. При напряжении 10 кВ методики не имеют общих пересечений, из-за высокой стоимости дополнительного оборудования фильтрокомпенсирующих устройств.
7 Установлено, что при рассмотрении методов по минимуму мощности и минимуму затрат не учтены активные потери в элементах СЭС. Значения оптимальной мощности генерируемой фильтром полученные по методу эффективности затрат выше значений по ранее рассмотренным методам.
8 Определены условия при которых использование фильтрокомпенсирующих устройств как источник реактивной мощности экономически выгодно.
9 Установлено, что использование фильтрокомпенсирующих устройств выгодно только при значениях tgcp > 0,7, и при больших активных потерях в элементах СЭС. При снижении потерь и уменьшении тангенса эффективность затрат значительно снижается и применение фильтрокомпенсирующих устройств для компенсации реактивной мощности становится экономически невыгодно.
10 На основании вышеизложенного, оптимальной методикой нахождения минимума реактивной мощности генерируемой фильтром является метод по эффективности затрат. Компенсацию реактивной мощности необходимо осуществлять конденсаторными батареями, применение ФКУ экономически не выгодно.
1 Установлены основные проблемы, возникающие в системах электроснабжения промышленных предприятий при наличии высших гармоник. К ним относятся влияние высших гармоник на элементы СЭС (показатели качества электрической энергии, дополнительные потери в сети, перебой в работе релейной защиты и телемеханики и т.д), а также проблема компенсации реактивной мощности.
2 Приведены основные технические неисправности батарей конденсаторов в сети при наличии высших гармоник.
3 На основании современных усредненных стоимостных показателей комплектных конденсаторных установок и фильтрокомпенсирующих устройств на напряжение 10 и 0,4 кВ получены аппроксимированные зависимости приведенных затрат на ФКУ и БК от их номинальной мощности. Данные зависимости линейны и полученные коэффициенты могут быть использованы при решении задачи оптимизации.
5 Проведено сравнение следующих методик оптимального выбора параметров фильтра: метод по минимуму мощности; метод по минимуму затрат; метод по эффективности затрат.
6 Установлено, что полученные диапазоны значений по методу минимума мощности и методу по минимуму затрат эквивалентны, так как имеют общие пересечения на напряжение 0,4 кВ. При напряжении 10 кВ методики не имеют общих пересечений, из-за высокой стоимости дополнительного оборудования фильтрокомпенсирующих устройств.
7 Установлено, что при рассмотрении методов по минимуму мощности и минимуму затрат не учтены активные потери в элементах СЭС. Значения оптимальной мощности генерируемой фильтром полученные по методу эффективности затрат выше значений по ранее рассмотренным методам.
8 Определены условия при которых использование фильтрокомпенсирующих устройств как источник реактивной мощности экономически выгодно.
9 Установлено, что использование фильтрокомпенсирующих устройств выгодно только при значениях tgcp > 0,7, и при больших активных потерях в элементах СЭС. При снижении потерь и уменьшении тангенса эффективность затрат значительно снижается и применение фильтрокомпенсирующих устройств для компенсации реактивной мощности становится экономически невыгодно.
10 На основании вышеизложенного, оптимальной методикой нахождения минимума реактивной мощности генерируемой фильтром является метод по эффективности затрат. Компенсацию реактивной мощности необходимо осуществлять конденсаторными батареями, применение ФКУ экономически не выгодно.
