Полный текст

Введение Конденсаторные установки достаточно широко применяют в системах промышленного электроснабжения с протяженными линиями электропередачи. Они разгружают электрические сети от реактивной мощности, снижают потери электроэнергии и выравнивают напряжение у потребителей [1-10]. Наибольшее применение получили трёхкомплектные конденсаторные установки с трёхступенчатым регулированием. В каждый комплект установки входят одинаковые батареи конденсаторов и коммутационная аппаратура. В зависимости от графика работы технологического оборудования применяют также и многоступенчатое регулирование реактивной мощности конденсаторных установок, в которых число ступеней регулирования реактивной мощности равно количеству батарей конденсаторов, имеющих одинаковые параметры [11-15]. Недостатком существующих конденсаторных установок с трёхступенчатым регулированием является низкая точность компенсации реактивной мощности, а многоступенчатых - большое количество коммутационной аппаратуры [16-20]. Для устранения указанных недостатков предлагается альтернативное техническое решение. В трёхкомплектной конденсаторной установке предлагается выполнить конденсаторные батареи с разной емкостью. Емкость второй батареи остается без изменения, емкость первой батареи в два раза меньше второй, а емкость третьей батареи в два раза больше второй. Кроме этого в соответствии с параметрами батарей конденсаторов необходимо произвести выбор коммутационных аппаратов без изменения их количества. И, последнее, применить операции способа мягкого включения конденсаторов (сначала включают две фазы, а затем третью) [21, 22] совместно с операциями способа семиступенчатого регулирования реактивной мощности в трехкомплектной конденсаторной установке на основе нового алгоритма переключения конденсаторных батарей. Совместное применение этих двух способов позволит создавать установки с улучшенными динамическими характеристиками и точностью регулирования [23, 24]. Известные конденсаторные установки с трехступенчатым регулированием (трехкомплектные) имеют одинаковую емкость CK всех батарей. В предлагаемой конденсаторной установке при неизменной емкости второй батареи емкость всех последующих батарей в 2 раза больше, чем у предыдущих: CK1 = 1/2 CK, CK2 = 1 CK, CK3 =2 CK. Емкости конденсаторов на семи ступенях C1 = 0,5CK, С2 = 1CK, С3 = 1,5CK, С4 = 2CK, С5 = 2,5CK, С6 = 3CK, С7 = 3,5CK. Приведенное соотношение параметров позволяет с минимальными изменениями и дополнениями производить семиступенчатые установки из трехступенчатых. Поставленная цель достигается тем, что емкость второй батареи конденсаторов в два раза больше, чем у первой, а емкость третьей батареи конденсаторов в два раза больше, чем у второй. Кроме этого порядок переключения конденсаторных батарей и ступеней регулирования реактивной мощности следующий [23]. Включение второй ступени регулирования реактивной мощности производится включением второй батареи конденсаторов при завершении отключения первой батареи конденсаторов, включение третьей ступени производится подключением первой батареи конденсаторов параллельно ко второй батарее конденсаторов. Включение четвертой ступени регулирования реактивной мощности производится включением третьей батареи конденсаторов при завершении отключения первой и второй батарей конденсаторов, включение пятой ступени производится подключением первой батареи конденсаторов параллельно к третьей батареи конденсаторов. Включение шестой ступени производится подключением второй батареи конденсаторов параллельно к третьей батареи конденсаторов при завершении отключения первой батарей конденсаторов, а включение седьмой ступени регулирования реактивной мощности производится подключением первой батареи конденсаторов параллельно ко второй и третьей батареям конденсаторов. На рис. 1 приведена функциональная схема предлагаемой конденсаторной установки с семиступенчатым регулированием реактивной мощности. Рис. 1. Функциональная схема предлагаемой трёхкомплектной конденсаторной установки с семиступенчатым регулированием реактивной мощности Она содержит трёхфазную сеть (Vа, Vb, Vc), линию электропередачи (ЛЭП), сетевой выключатель (СВ), активно-индуктивную нагрузку (Zн), первую батарею конденсаторов (БК-1) с резистивным блоком (РБ-1) разряда конденсаторов первой батареи, первый тиристорный пускатель (ТП-1) с тиристорными ключами ТК-1 и ТК-2, вторую батарею конденсаторов (БК-2) с резистивным блоком (РБ-2) разряда конденсаторов второй батареи, второй тиристорный пускатель (ТП-2) с тиристорными ключами ТК-3 и ТК-4, третью батарею конденсаторов (БК-3) с резистивным блоком (РБ-3) разряда конденсаторов третьей батареи, третий тиристорный пускатель (ТП-3) с тиристорными ключами ТК-5 и ТК-6, формирователь импульсов управления (ФИУ), на управляющий вход которого подано напряжение управления Uу, а девять его выходов 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 предназначены для подключения к цепям управления соответствующих тиристорных ключей и к ключам резистивных блоков разряда конденсаторов. Опсание принципа действия конденсаторной установки и способа регулирования реактивной мощности Суть предлагаемого способа регулирования реактивной мощности конденсаторной установки заключается в последовательности выполнения известных и вновь введенных операций [23]. Рассмотрим последовательность реализации предлагаемого способа в соответствии со схемой (см. рис. 1) конденсаторной установки. Операция № 1. Заключается в подготовке к работе силовой части и микроэлектронной системы управления конденсаторной установки. Для этого в произвольный момент времени сетевым выключателем СВ подают напряжение на тиристорные пускатели ТП-1, ТП-2, ТП-3 и формирователь импульсов управления ФИУ с непосредственным подключением одной фазы батарей конденсаторов БК-1, БК-2 и БК-3, например фазы «В», к сети. Операция № 2. Заключается в включении первый ступени (интервал времени Т-1). Выполняется подключением к сети первой батареи конденсаторов БК-1 посредством первого тиристорного пускателя ТП-1 при выключенных второй БК-2 и третьей БК-3 батареи конденсаторов. Сначала включают один тиристорный ключ, например, для фазы «С» ключ ТК-2 в момент перехода через ноль линейного напряжения между фазами «В» и «С» сети, а затем включают другой тиристорный ключ ТК-1 в момент перехода через ноль фазного напряжения фазы «А». Включение тиристорных ключей ТК-1 и ТК-2 производится путём подачи импульсов управления соответственно с выходов 1 и 2 формирователя импульсов управления ФИУ. Операция № 3. Заключается в включении второй ступени (интервал времени Т-2). Выполняется подключением к сети второй батареи конденсаторов БК-2 вторым тиристорным пускателем ТП-2 и отключением первой батареи конденсаторов БК-1 первым тиристорным пускателем ТП-1. Выключение первого тиристорного пускателя ТП-1 производится снятием импульсов управления с его тиристорных ключей ТК-1, ТК-2 (с выходов 1, 2 формирователя импульсов управления). При подключении к сети второй батареи конденсаторов БК-2 вторым тиристорным пускателем ТП-2 сначала включают один тиристорный ключ, например, в фазе «С» ключ ТК-3, в момент перехода через ноль линейного напряжения между фазами «В» и «С» сети, а затем включают другой тиристорный ключ ТК-4 в момент перехода через ноль фазного напряжения фазы «А». Включение тиристорных ключей ТК-3 и ТК-4 производится подачей импульсов управления соответственно с выходов 6 и 7 формирователя импульсов управления ФИУ. Операция № 4. Состоит в включении третьей ступени (интервал времени Т-3). Выполняется подключением к сети первой батареи конденсаторов БК-1 посредством первого тиристорного пускателя ТП-1 при подключенной к сети второй батареи конденсаторов БК-2. Процедура выполняется аналогично второй операции. Операция № 5. Заключается в включении четвертой ступени (интервал времени Т-4). Выполняется подключением к сети третьей батареи конденсаторов БК-3 третьим тиристорным пускателем ТП-3 и отключением первой БК-1 и второй БК-2 батареи конденсаторов первым ТП-1 и вторым ТП-2 тиристорными пускателями. Отключение первого ТП-1 и второго ТП-2 тиристорного пускателя производится снятием импульсов управления с их тиристорных ключей ТК-1, ТК-2, ТК-3, ТК-4 (с выходов 1 и 2, 6 и 7 формирователя этих импульсов). При подключении к сети третьей батареи конденсаторов БК-3 третьим тиристорным пускателем ТП-3 сначала включают один тиристорный ключ, например, в фазе «С» ключ ТК-5, в момент перехода через ноль линейного напряжения между фазами «В» и «С» сети, а затем включают другой тиристорный ключ ТК-6 в момент перехода через ноль фазного напряжения фазы «А». Включение тиристорных ключей ТК-5 и ТК-6 производится подачей импульсов управления соответственно с выходов 8 и 9 формирователя импульсов управления ФИУ. Операция № 6. Заключается в включении пятой ступени (интервал времени Т-5). Выполняется подключением к сети первой батареи конденсаторов БК-1 посредством первого тиристорного пускателя ТП-1 при подключенной к сети третьей батареи конденсаторов БК-3. Вторая батарея конденсаторов БК-2 при этом отключена. Процедура выполняется аналогично второй операции. Операция № 7. Заключается в включении шестой ступени (интервал времени Т-6). Выполняется подключением к сети второй батареи конденсаторов БК-2 посредством второго тиристорного пускателя ТП-2 и отключением первой батареи конденсаторов БК-1 первым тиристорным пускателя ТП-1 при подключенной к сети третьей батареи конденсаторов БК-3. Процедура выполняется по аналогии с третьей операцией. Операция № 8. Состоит в включении седьмой ступени (интервал времени Т-7). Выполняется подключением к сети первой батареи конденсаторов БК-1 посредством первого тиристорного пускателя ТП-1 при подключенных к сети второй БК-2 и третьей БК-3 батарей конденсаторов. Процедура происходит аналогично второй операции. Переключение ступеней регулирования реактивной мощности с уменьшением емкости конденсаторной установки производится также проведением восьми операций, но в обратной последовательности. Моделирование трёхкомплектной конденсаторной установки с семиступенчатым регулированием реактивной мощности Целями моделирования являются проверка функционирования семиступенчатого регулирования реактивной мощности конденсаторной установки, выполненной в виде трёх комплектов конденсаторных батарей с коммутационными аппаратами, а также исследование физических процессов, происходящих при новом способе семиступенчатого регулирования реактивной мощности. Для достижения этих целей в среде MATLAB разработана модель установки и выполнены исследования при включении и выключении семи ступеней регулирования реактивной мощности конденсаторной установки, а также при переходе с одной ступени регулирования реактивной мощности на другую [25]. Модель представлена на рис. 2. Модель содержит трёхфазную сеть (Uа, Ub и Uс), линию электропередачи (ЛЭП), блок сетевого выключателя (СВ), первую (БК-1), вторую (БК-2) и третью (БК-3) батареи конденсаторов, модули первого (ТК-1), второго (ТК-2) и третьего (ТК-3) тиристорных ключей с синхронизированным и фазированным с сетью блоком формирования импульсов управления (ФИУ), активно-индуктивную нагрузку (Zн), измерительные датчики тока и напряжения и другие вспомогательные элементы. Рис. 2. Блочно-модульная модель предлагаемой конденсаторной установки с семиступенчатым регулированием реактивной мощности Рассмотрим результаты моделирования конденсаторной установки с семиступенчатым регулированием реактивной мощности. Отметим, что переключение ступеней в модели выполнялось в соответствии с указанными операциями. На рис. 3 приведены результаты исследования трехфазной системы токов сети и конденсаторов модели семиступенчатого компенсатора реактивной мощности. На осциллограммах показан процесс увеличения емкости конденсаторной установки. На рис. 3, а (сверху) в увеличенном масштабе также показаны два фрагмента процесса изменения тока сети при переключении со второй на третью ступень и с четвертой на пятую ступень в соответствии с четвертой и шестой операциями (см. описание предлагаемого способа регулирования). На осциллограммах (см. рис. 3-5) введены обозначения фазных токов сети (iсА, iсВ и iсС), конденсаторов (iкА, iкВ и iкС) и интервалов работы конденсаторной установки на семи ступенях (Т-1, Т-2 … Т-7). На осциллограммах (см. рис. 3) показано, что подключение конденсаторной установки и переключения между ступенями конденсаторов выполняются без превышения токов их установившихся значений и практически сразу производится переход от одного установившегося уровня к другому. На рис. 4 приведены осциллограммы для одной фазы «А» на интервалах (Т-1, Т-2 … Т-7) работы семи ступеней конденсаторной установки. Здесь можно наблюдать за изменением напряжения и тока сети (uСА, iСА), тока конденсаторной установки (iкА). Осциллограммы объединяют мгновенные (см. рис. 4, а, б) и действующие (см. рис. 4, в) значения этих величин в процессе компенсации реактивной мощности. Рис. 4. Осциллограммы напряжения и токов одной фазы при семиступенчатом увеличении емкости конденсаторной установки Из полученных осциллограмм (см. рис. 4, а, б) видно, что с увеличением ступеней переключения конденсаторов практически плавно производится компенсация реактивной мощности. Видно также уменьшение тока потребления (iСА) и, следовательно, потерь электроэнергии в сети, повышение напряжения сети (uСА) и, как следствие, выравнивание напряжения у потребителей. В результате повышаются качество напряжения и энергетическая эффективность системы электроснабжения. На рис. 5 приведены результаты исследования трехфазной системы токов сети (ic) и конденсаторов (iк) при переключении семи ступеней в сторону уменьшении емкости конденсаторной установки. На рис. 5, а (сверху) показаны фрагменты процесса отключения пятой и третьей ступеней регулирования реактивной мощности посредством тиристорных ключей с естественной коммутацией, которые сначала отключают одну фазу соответствующей конденсаторной батареи, а затем две и производят переключение ступеней регулирования реактивной мощности практически в установившемся режиме. Рис. 5. Осциллограммы токов сети (а) и конденсаторов (б) при семиступенчатом уменьшении емкости конденсаторной установки Осциллограммы (рис. 6) иллюстрируют для одной фазы мгновенные (см. рис. 6, а, б) и действующие (см. рис. 6, в) значения напряжений и токов сети (uсА, iсА), а также тока конденсаторов (iкА) при поочередном отключении семи ступеней конденсаторной установки на интервалах (Т-7, Т-6 … Т-1). Рис. 6. Осциллограммы напряжения и токов одной фазы при семиступенчатом уменьшении емкости конденсаторной установки Областью применения предлагаемого способа являются системы электроснабжения с протяженными линиями электропередач. Предлагаемый способ как более совершенный обладает улучшенной точностью регулирования реактивной мощности за счет увеличения ступеней регулирования без увеличения количества электрических и электронных коммутационных аппаратов в конденсаторной установке. Заключение Основные научные и практические результаты выполненной работы заключаются в следующем: - предложены принцип построения и способ семиступенчатого регулирования реактивной мощности посредством трёх батарей конденсаторов; - установлено, что подключение трёхфазных батарей конденсаторов к сети (сначала подключаются две фазы, а затем третья) по аналогии с обратным процессом их естественного отключения тиристорными ключами (сначала отключаются одна фаза, а затем две) позволяет производить переключение ступеней регулирования реактивной мощности, практически приближаясь к установившемуся режиму работы конденсаторной установки. На основе предложенных принципа построения конденсаторной установки и способа регулирования реактивной мощности в дальнейшем планируется проведение исследований стационарных и динамических режимов работы емкостного компенсатора реактивной мощности в замкнутой системе авторегулирования.

Об авторах

С. В Климаш

Комсомольская дистанция электроснабжения ОАО РЖД

Б. Д Табаров

Комсомольский-на-Амуре государственный университет

В. С Климаш

Комсомольский-на-Амуре государственный университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 115

PDF (Russian) - 49

Ссылки

• Ссылки не определены.