Нормализация несинусоидальных режимов в электрических сетях

Библиографический список

1. Тихонова О.Б. Разработка системы интерактивных средств обеспечения эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2012. 25 с.

2. Судов Е.В., Левин А.И. ОАЬБ-предпосылки и преимущества // Открытие системы. 2002. Ноябрь.

3. Першин В.А. Методология подобия функционирования технических систем: монография / под ред. А.Н. Дровникова. Новочеркасск: УПЦ «Набла» ЮРГТУ (НПИ). Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2004. 227 с.

4. Русляков Д.В. Разработка новых критериев оценки термодинамических процессов и энергоэффективности бытовых компрессионных холодильников: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Шахты: Изд-во ЮРГУЭС, 2011. 25 с.

5. Эрлихман В.Н. Разработка принципов повышения эффективности технологических процессов холодильных про-

изводств: автореф. дис...д-ра техн. наук. Калининград, 2005. 265 с.

6. Гухман А.А. Обобщенный анализ. М.: Изд-во "Факториал", 1998. 304 с.

7. Тихонова О.Б., Русляков Д.В. Интерактивные средства обеспечения эксплуатационной эффективности бытовых холодильных приборов // Инженерный Вестник Дона. 2012. № 4(2). С. 3.

8. Русляков Д.В. Анализ оценки эффективности термодинамических циклов компрессионных холодильников // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологий: науч.-техн. журнал. Орел: Изд-во Госуниверситет -УНПК. 2012. № 1. С. 32-38.

9. Дьяченко Ю.В. Исследование термодинамических циклов воздушно-холодильной машины: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Новосибирск, 2005.

УДК 621.311

НОРМАЛИЗАЦИЯ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

© А.С. Селезнев1, С.А. Кондрат2, А.Н. Третьяков3

1,2Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 3Иркутская государственная сельскохозяйственная академия, 664038, Россия, г. Иркутск, пос. Молодежный.

Приведены результаты измерения качества электрической энергии в энергосистеме. На базе ЗАО «ИРМЕТ» сделан сравнительный анализ существующих способов снижения уровня высших гармоник - одной из наиболее важных причин недостаточно стабильного качества электрической энергии. Рассмотрены и приведены практические рекомендации по уменьшению величины высших гармоник до требуемых норм с использованием активных, пассивных или гибридных фильтров - для подбора наиболее экономичного. Ил. 8. Библиогр. 13 назв.

Ключевые слова: вентильный преобразователь; нелинейная нагрузка; высшие гармоники; фильтры; качество электроэнергии; электрическая сеть; сигнал ошибки; резонансная частота.

NON-SINUSOIDAL REGIME NORMALIZATION IN ELECTRIC NETWORKS A.S. Seleznev, S.A. Kondrat, A.N. Tretyakov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia. Irkutsk State Agricultural Academy, Molodezhny settlement, Irkutsk, 664038, Russia.

The paper introduces the results of measuring the quality of electrical energy in a power system. On the basis of "IR-MET" CJSC it compares current methods reducing the level of higher harmonics as one of the most important cause of not stable enough quality of electric power. It also considers and gives practical recommendations to reduce the value of higher harmonics up to the required standards with the use of active, passive or hybrid filters in order to select the most cost-effective one. 8 figures. 13 sources.

Key words: valve converter; non-linear load; higher harmonics; filters; power quality; electric network; error signal; resonance frequency.

1Селезнев Алексей Спартакович, соискатель степени кандидата технических наук Института энергетики, тел.: 89246022602, e-mail: aleksey.seleznev@mail.ru

Seleznev Aleksei, Competitor for a Candidate's Degree of the Institute of Power Engineering, tel.: 8924602 2602, e-mail: aleksey.seleznev@mail.ru

2Кондрат Сергей Анатольевич, аспирант, тел.: 89149270885, e-mail: Lignin.ru@yandex.ru Kondrat Sergey, Postgraduate, tel.: 89149270885, e-mail: Lignin.ru@yandex.ru

3Третьяков Александр Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры энергообеспечения и теплотехники, тел.: 89148988520, e-mail: tretyakov_alex@mail.ru

Tretyakov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Energy Supply and Heat Engineering, tel.: 89148988520, e-mail: tretyakov_alex@mail.ru

Сегодня на предприятиях электроэнергетических систем осуществляется модернизация производства и внедрение новых технологий с применением вентильных преобразователей, что приводит к искажению синусоиды напряжения в сети. Для оценки качества электрической энергии в работе используются результаты натурных испытаний в узлах сети электроэнергетической системы [10, 11].

Результаты измерений в энергосистеме на тяговой подстанции, когда в технологическом процессе используется 6-типульсная схема выпрямления, представлены на рис. 1 [10].

В спектре преобладает 5-я гармоника, наибольшее измеренное значение коэффициента КиВ(„)Нб которой превышает предельно допустимое значение коэффициента КиВ(„)Пд. При этом коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Ки на шинах 35 кВ тяговой подстанции достигает 7%, что превышает нормально допустимое (4%) и предельно допустимое (6%) значения.

Результаты измерений в энергосистеме на подстанции, когда в технологическом процессе используется 12-типульсная схема выпрямления, представлены на рис. 2 [11].

В спектре преобладают 11 -я и 13-я гармоники, наибольшее измеренное значение коэффициента КиВ(п)нб которых превышает предельно допустимое значение коэффициента КиВ(П)Пд в 3-6 раз. При этом коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения Ки на шинах 35 кВ подстанции достигает 15%, что превышает нормально допустимое (4%) и предельно допустимое (6%) значения.

Результаты проведенных натурных испытаний по-

казывают существенное превышение отдельных гармонических составляющих напряжения над допустимыми значениями норм. Преобладание в спектре определенных гармоник обусловлено типом нагрузки.

Целью работы является решение задачи нормализации показателей качества электрической энергии в электрической сети до требуемых значений, в частности, снижение значений коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения Ки и коэффициентов п-й гармонической составляющей напряжения Ки(П) до нормируемых значений, согласно [2].

Рассматривается задача повышения качества электрической энергии в электрической сети с применением активных, пассивных и гибридных фильтров высших гармоник [3, 8, 9].

Развитие силовой электроники привело к широкому применению в России и за рубежом активных фильтров высших гармоник. Принцип действия активного фильтра высших гармоник заключается в анализе высших гармоник тока сети и генерировании в сеть таких же высших гармоник, но с противоположной фазой. В результате уменьшается уровень высших гармоник в точке подключения активного фильтра [5, 13]. Структурная схема такого фильтра представлена на рис. 3. Показан трехфазный активный электрический фильтр, состоящий: из систем преобразования входной информации - 1; сумматоров - 2; синхронизованной с сетью системой формирования эталонного сигнала - 3; широтно-импульсных модуляторов (ШИМ) -4; буферных каскадов - 5; импульсных усилителей мощности - 6; Ю-фильтров - 7; мощной нелинейной нагрузки - 8.

Номергэриопики

Рис. 1. Значение коэффициентов п-х гармонических составляющих фазного напряжения иа на тяговой подстанции: 1 - нормально-допустимое значение коэффициента п-й гармоники (Кив(п)пд); 2 -среднее измеренное значение коэффициента (Кивпу); в - наибольшее измеренное значеник ковффициента (Кив(п)нв); 4 - предельно-допустимое значение коэффициента (Кииппд^ Обокначания приведены по аналоаии с (1]

ю о 1».0 18.0 17.0 1Б.0 1&.0 140 13.0 li.o 11.0 10.0

а.о 80 7.0

б.0 S.O 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

П-..'-i IKU-t Я',1ГЛ Пл. »-at;

т

}

1

1

I

1

п 1 3

I Д а

1 \\ / I

III л\ 1 J II „II

ill л* 1д i м ЩпП i ,nljl А aA i - л IUL nd 1 n HI-. M m П аЛ li n П pj г n aA л npj 1 Л iji и П 4 aA

г з *

5 в 7 о 9 10 11 12 13 14 15 16 17 IS 19 ГО II 22 23 24 IS J6 27 23 29 30 31 32 33 34 35 36 37 3ff 39 40

номер гарыопжи

Рис. 2. Значение коэффициентов п-х гармонических составляющих

В процессе моделирования использовались генераторы гармонических составляющих напряжения по 11 гармоникам (2-я с начальной фазой 1800; 3-я с начальной фазой 2700; 5-я с начальной фазой 1350; 7-я с начальной фазой 200; 9-я с начальной фазой 2100; 11-я с начальной фазой 1450; 13-я с начальной фазой 1700; 15-я с начальной фазой 350; 17-я с начальной фазой 1350; 19-я с начальной фазой 950; 21-я с начальной фазой 3150), наложенными на 1-ю гармонику с начальной фазой О0 [5]. Модель трехфазной электрической сети максимально приближена к реальной и представляет собой генератор, действующее значение напряжения на выходе которого составляет 220 В, а частота 50 Гц, с наложенными на него гармоническими составляющими напряжения.

Снижение уровня высших гармоник в сети происходит при суммировании сетевого сигнала и сигнала ошибки, который формируется в активном фильтре и подается в противофазе в сеть. Результат моделирования представлен на рис. 4. Сигнал ошибки получен как разность между сигналом сети и эталонного сигнала, привязанного по фазе и частоте к напряжению сети [5].

До включения активного фильтра кривая тока в сети имела искаженную форму. После его включения в момент времени t^ происходит снижение уровня высших гармоник, форма тока в сети становится синусоидальной. За счет применения блоков управления

на базе аналого-цифровых электронных схем достигается довольно точная следящая система.

Активный фильтр позволяет решить задачу повышения качества электрической энергии в сети.

К основным достоинствам активных фильтров относится их способность, в отличие от пассивных фильтров, подавлять канонические, неканонические и низкочастотные составляющие. Однако широкое распространение активных фильтров ограничено их высокой стоимостью [8, 9].

Традиционным способом снижения уровня высших гармоник в сети является пассивный фильтр высших гармоник (рис. 5) [9, 12]. Схема пассивного фильтра представляет собой контур, содержащий конденсаторную батарею и последовательно соединенный с ней фильтровый реактор. Резонансный контур создает путь для отведения высших гармоник из сети, тем самым снижает уровень высших гармоник в точке его подключения [3, 11, 12].

К основным достоинствам пассивного фильтра относятся простота и экономичность, а также отсутствие необходимости регулярного обслуживания. Существенный недостаток пассивных фильтров заключается в том, что они являются статическими устройствами. Их эффективность снижается при изменении гармонического состава токов и напряжений, а также при изменении состава сети [4].

Рис. 3. Структурная схема трехфазного активного электрического фильтра, выполненного

оа аналоэовоцвфровой базе

Г,

t вкл t; o.e.

Рис. 4. Форма кривой тока в нагрузке: 1 - форма тока в цепи до включения фильтра; 2 - форма тока в цепи после включения фильтра; 3 - сигнал ошибки

R

C

HZZ1-

L

C

L

R -CZb

б

Рис. 5. Принципиальные схемы пассивных фильтров высших гармоник: а - широкополосного фильтра;

б - узкополосного фильтра

а

В [7] для нормализации несинусоидальных режимов в электрической сети, с преобладающими в спектре напряжения 11-й и 13-й гармониками, предлагается использовать экономичный фильтр. Такой фильтр представляет собой устройство фильтрации высших гармоник, в котором последовательный резонансный контур состоит из индуктивности и емкости на фильтруемой частоте, отличающийся от традиционного пассивного фильтра тем, что в качестве индуктивности (реактора) в нем используют низкую обмотку силового трансформатора или автотрансформатора [11]. Результаты моделирования системы при компенсации высших гармоник экономичным фильтром представлены на рис. 6. Кривая сетевого напряжения изменяется за счет снижения уровня высших гармоник после подключения экономичного фильтра на подстанции, в технологическом процессе которой используется 12-типульсная схема выпрямления.

Экономичный фильтр позволяет решить задачу

повышения качества электрической энергии в узлах сети, в которых узкий диапазон фильтруемых гармоник.

Экономичный фильтр эффективно использовать при условиях:

- наличия в сети трехобмоточных трансформаторов или автотрансформаторов;

- установки устройства в узлах сети, в которых диапазон фильтруемых гармоник узок (то есть состоит из одной или нескольких близких по частоте гармоник; при одновременной фильтрации двух соседних гармоник, например, 11-й и 13-й);

- незначительности нагрузки на стороне низшего напряжения трансформатора или автотрансформатора.

На базе активных и пассивных фильтров созданы гибридные фильтры. Топологии гибридного фильтра представлены на рис. 7 [9].

и. В х 10

U1

JJs ди«

0 005 0 01 0015

0.02 а

О 025 0 03 0.035 0 04 t. с

и.В х 10

-2

Us

U1

ди*

i

0 005 0.01 0015

0.02 б

0.025 0 03 0.035 0 04 t. С

Рис. 6. Диаграмма напряжений

В [6] представлены результаты цифрового моделирования системы при компенсации высших гармоник. При этом значение коэффициента гармоник тока источника искажений составило 35,9%. Применение двух пассивных фильтров на основе 1С-цепей и широкополосного фильтра на основе 1СЯ-цепей снижает этот коэффициент тока лишь до 28%, а при включении в состав обеих резонансных цепочек активных элементов (применение гибридных фильтров) несинусоидальность тока снижается до значения 3,9% (рис. 8 а и б).

Возможность управления гибридным фильтром позволяет подстраивать фильтр при изменении или отклонении резонансной частоты, в результате чего снижается уровень высших гармоник в более широком диапазоне частот в сравнении с пассивным фильтром. В таких устройствах часть относительно посто-

янных гармоник компенсируется пассивным фильтром, а часть - активным. В результате установленная мощность преобразователя активной части фильтра снижена до 10% и ниже мощности источника гармоник тока. Поэтому очевидным преимуществом гибридных фильтров, в сравнении с активными фильтрами, является их стоимость. В то же время применение гибридных фильтров требует тщательного анализа сети и точного расчета для исключения резонансных явлений [6].

Выводы

Из проведенного анализа и выполненного эксперимента следует, что задача нормализации несинусоидальных режимов в электрической сети решается с помощью использования активных, пассивных или гибридных фильтров высших гармоник; выбор типа

а б

Рис. 7. Гибридный фильтр (в однофазной эквивалентной схеме, 1с - эквивалентная индуктивность сети): а - параллельно нагрузке; б - последовательно в цепь пассивного фильтра

а б

Рис. 8. Диаграммы токов (ig - ток источника искажений; is - сетевой ток; ii - основная гармоника сетевого тока; Áis - отклонение сетевого тока от основной гармоники;): а - в системе электроснабжения, содержащей только пассивные фильтры (LC-цепи); б - в системе электроснабжения, содержащей гибридные

фильтры

фильтра будет определяться видом нагрузки и режи- требуемых норм.

мом сети.

1. Применение активных фильтров позволяет снизить значения коэффициентов искажения синусоидальности кривой напряжения Ки и коэффициентов п-й гармонической составляющей напряжения Код до

2. Экономичный фильтр эффективно использовать для нормализации несинусоидальных режимов в электрической сети, с преобладающими в спектре напряжения двумя близлежащими гармониками.

Статья поступила 29.05.2014 г.

Библиографический список

1. Аксенов В.В., Быстров Д.В., Воротницкий В.Э., Трофимов Г.Г. Компенсация реактивной мощности с фильтрацией токов высших гармоник - реальный путь повышения энергоэффективности передачи и распределения электроэнергии // Электрические станции. 2012. № 3.

2. ГОСТ Р 54149-2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. М.: Стандартинформ, 2012. 20 с.

3. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 2000. 252 с.

4. Кочкин В.И., Нечаев О.П. Применение статических компенсаторов реактивной мощности в электрических сетях энергосистем и предприятий. М.: ЭНАС. 248 с.

5. Литовкин Г.И., Орлов А.И., Третьяков А.Н. Средства улучшения качества электрической энергии на сельскохозяйственных предприятиях // Электротехника. 2005. № 12. С. 29-32.

6. Мустафа Г.М. Применение гибридных фильтров для улучшения качества электроэнергии // Электричество. 1995.

№ 10. С. 33-39.

7. Патент РФ 2187873 H02 J 3/18, 2002 г.

8. Пронин М. Активные фильтры высших гармоник направления развития // Новости электротехники. 2006. № 2(38).

9. Розанов Ю.К., Гринберг Р.П. Гибридные фильтры для снижения несинусоидальности тока и напряжения в системах электроснабжения // Электротехника. 2006. № 10.

10. Селезнев А.С. О проблеме качества электрической энергии в Северных электрических сетях ОАО «Иркутская электросетевая компания»: научные труды всероссийской научно-технической конференции, сб. статей. В 2 т. Екатеринбург: УрФУ, 2010. Т. 2. С. 216-219.

11. Селезнев А.С. Фильтры специальной настройки для минимизации уровня высших гармоник в распределительной сети ПС «Покосное»: научные труды международной молодежной научно-технической конференции. Самара: СамГТУ, 2011 г.

12. Arrillaga J. Power systems harmonics. Chichester: Wiley, 2003.

13. Hammad, Laderach and other. Taming Harmonics in Switzerland // Transmission & Distribution World. 2008.

УДК 65.011.14

ПОСТАНОВКА ЦЕЛЕЙ В ПРОЦЕССАХ ЭНЕРГЕТИКИ

© А.В. Стремцов1, Ю.В. Мясоедов2

Амурский государственный университет,

675000, Россия, Амурская область, г. Благовещенск, Игнатьевское шоссе, 21.

Цели должны поддаваться четкому и конкретному выражению, от чего зависит успешность их достижения. Современному руководителю при управлении бизнес-процессами, разработке планов и первоочередных задач не обойтись без использования принципа SMART. Для наглядности работы инструмента SMART рассматривается постановка целей в процессе технологического присоединения действующей в рамках распределительной сетевой компании, осуществляющей транспорт электроэнергии на Дальнем Востоке Российской Федерации. Ил. 2. Табл. 2. Библиогр. 8 назв.

Ключевые слова: менеджмент электроснабжения; постановка целей; управление бизнес-процессами; принцип SMART.

GOAL SETTING IN POWER ENGINEERING PROCESSES A.V. Stremtsov, Yu.V. Мyasoedov

Amur State University,

21 Ignatyevskoe Shosse, Blagoveshchensk, 675000, Russia.

Goals should be expressed clearly and definitely in order to be achieved successfully. Therefore, SMART is an integral part of business process management, plan designing and goal setting. To demonstrate the working principle of SMART the article considers goal setting under the technological integration process in the distribution grid company providing electricity in Far East of the Russian Federation. 2 figures. 2 tables. 8 sources.

Key words: power supply management; goal setting; business process management; SMART principle.

1Стремцов Анатолий Валентинович, магистрант, тел.: 89243447974, e-mail: stremtsovav@bgess.ru Stremtsov Anatoly, Master's Degree Student, tel.: 89243447974, e-mail: stremtsovav@bgess.ru

2Мясоедов Юрий Викторович, кандидат технических наук, профессор, декан факультета энергетики, тел.: (4162) 394631, e-mail: myv@amursu.ru

Мyasoedov Yuri, Candidate of technical sciences, Professor, Dean of the Power Engineering Faculty, tel.: (4162) 39463, e-mail: myv@amursu.ru