авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Астрологический Прогноз на год: карьера, финансы, личная жизнь


А компенсация реактивной мощности в динамических режимах работы электродвигательной нагрузки

На правах рукописи

Дбаров Владимир Викторович а Компенсация реактивной мощности в динамических режимах работы электродвигательной нагрузки Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Кемерово – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кузбасский государственный технический университет им. Т. Ф. Горбачёва»

Научный консультант: докт. техн. наук, профессор, Ещин Евгений Константинович

Официальные оппоненты: Пугачёв Емельян Васильевич докт. техн. наук, профессор, ФГБОУ «Сибирский государственный ин­ дустриальный университет», заведующий кафедрой электромеханики;

Смыков Анатолий Борисович, канд. техн. наук, доцент, филиал ОАО «СО Единые Энергосистемы ОДУ Сибири», главный специалист службы оперативного планирования режимов

Ведущая организация: КОАО «Азот»

Защита состоится «31» октября 2013 г. в 13:00 часов на заседании диссерта­ ционного совета Д 212.102.01 Федерального государственного бюджетного об­ разовательного учреждения высшего профессионального образования «Куз­ басский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева», расположенного по адресу: г. Кемерово, ул. Весенняя 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государ­ ственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессиональ­ ного образования «Кузбасский государственный технический университет име­ ни Т.Ф. Горбачева»

Автореферат разослан «27» сентября 2013 г.

Отзывы и замечания по автореферату в двух экземплярах, заверенные печа­ тью, просьба высылать по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря диссертационного совета.

Ученый секретарь диссертационного совета В.Г. Каширских

Общая характеристика работы

Актуальность работы Внимание к проблеме, связанной с реактивной мощностью (РМ) — огром­ но. Вместе с тем известно, что исследования в области изучения потоков РМ в системах электроснабжения (СЭС), ставящие своей целью уменьшение нега­ тивного влияния РМ на режим работы СЭС уже на протяжении длительного временного периода находятся на стадии приближённых оценок. Оценка по­ требления РМ осуществляется посредством расчётных усреднённых (в часы максимума электрических нагрузок) значений потребления активной мощно­ сти (АМ) и РМ отдельными потребителями и всей СЭС в целом, но чаще пользуются ещё более упрощённым способом — методом коэффициента спро­ са. Также существует множество других приближённых методов расчёта.

Известны работы отечественных и зарубежных ученых, занимающих­ ся этой проблемой, таких как Б.И. Кудрин, Ю.С. Железко, В.К. Паули, А.Б. Лоскутов, О.И. Ерёмин, Я.Э. Шклярский, W. Hofmann, J. Schlabbach, W. Just и другие.

Известны также нормативные документы, например, в виде указаний по проектированию установок компенсации реактивной мощности, рекомен­ даций по разработке программ «Реактивная мощность», приказов по управ­ лению потоками реактивной мощности и др.

Компенсация реактивной мощности (КРМ) производится посредством установки компенсирующих устройств (КУ) на основе расчётных данных о потребляемой РМ, это могут быть нерегулируемые КУ, мощность которых определяется из получасового максимума, и регулируемые КУ, мощность ко­ торых определяется из графика потребления нагрузок и меняется в процессе эксплуатации при изменении потребления РМ. Существуют исследования, на­ правленные на непосредственный выбор КУ без предварительного анализа потребляемой РМ, основанные на использовании методов оптимизации, ис­ следования, позволяющие использовать управление потреблением РМ в про­ цессе эксплуатации СЭС, а также исследования КРМ при несинусоидальных режимах СЭС. Однако, во всех перечисленных способах используется при­ ближённая модель СЭС, основанная на графиках потребления активной и реактивной мощностей, которая не учитывает режимов работы электропри­ ёмников, в том числе механическую нагрузку электропривода, а также пере­ ходные процессы, возникающие при запуске, остановке электродвигателей и изменении их механической нагрузки.

В случае преобладания режимов работы электродвигателей с постоянной нагрузкой, упомянутые выше способы достаточны для точного определения потребляемой РМ. При наличии двигателей, работающих в кратковремен­ ных и повторно-кратковременных режимах, нельзя не учитывать переход­ ные процессы, возникающие при запуске и остановке двигателей, в связи с их существенным влиянием на потребляемую активную и реактивную мощ­ ности. В случае изменяющейся нагрузки электропривода следует учитывать возникающие переходные явления в системах электроснабжения с электро­ двигательной нагрузкой (СЭСЭД), так как при резком изменении нагрузки они могут оказать существенное влияние на потребление РМ. Нельзя не учи­ тывать взаимное влияние множества электродвигателей, входящих в состав одной СЭСЭД, так как возможен обмен энергией между приёмниками.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.B37.21.2073.

Идея работы состоит в использовании (учёте) явлений в системе элек­ троснабжения с электродвигательной нагрузкой при формировании её дина­ мического состояния для разработки методов определения рациональных па­ раметров компенсирующих устройств реактивной мощности, а также мест их расположения.



Объектом исследования является система электроснабжения с элек­ тродвигательной нагрузкой и устройствами компенсации реактивной мощно­ сти.

Цель диссертационной работы состоит в повышении энергетических эксплуатационных показателей СЭСЭД путем определения рациональных па­ раметров компенсирующих устройств реактивной мощности, а также мест их расположения на основе использования специально разработанных средств исследования процессов в СЭСЭД.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использова­ лись: теория электропривода и электрических машин, компьютерное модели­ рование с использованием численных методов, реализованных на на языках программирования C и C++.

Достоверность и обоснованность полученных результатов подтвер­ ждается правомерностью принятых исходных положений и допущений, адек­ ватностью используемой математической модели, а также совпадением ре­ зультатов, полученных на основе вычислительных экспериментов с теорети­ ческими и практическими результатами в других исследованиях.

Научная новизна 1. Впервые разработана математическая модель системы электроснабже­ ния с электродвигательной нагрузкой, устройствами компенсации реактив­ ной мощности с произвольным топологическим расположением, коммутаци­ онным оборудованием и источником энергии ограниченной мощности.

2. Выявлены зависимости потерь активной мощности и суммарных за­ трат на мероприятия по КРМ от мест расположения и мощностей устройств КРМ.

3. Разработан алгоритм поиска оптимального расположения и парамет­ ров устройств компенсации реактивной мощности на основе идеологии гене­ тического поиска, использующий в качестве критериев оптимизации следу­ ющие величины: электрические потери в распределительной сети, срок оку­ паемости устройств КРМ, суммарные затраты от мероприятий по КРМ и экономическая эффективность этих мероприятий.

Практическая значимость 1. Разработана математическая модель СЭСЭД, позволяющая опреде­ лить потоки активной и реактивной мощности в СЭС с электродвигательной нагрузкой.





2. Разработано программное средство, реализующее универсальную ма­ тематическую модель СЭСЭД.

3. Разработано программное средство, позволяющее производить поиск оптимальных конфигураций КРМ в СЭС с электродвигательной нагрузкой.

Результаты могут быть использованы как при проектировании СЭС, так и при модернизации существующих СЭС с целью более эффективной компен­ сации реактивной мощности.

На защиту выносятся следующие основные результаты и поло­ жения:

1. Математическая модель СЭС с электродвигательной нагрузкой поз­ воляет производить синтез компьютерной структуры СЭС для исследования потоков активной и реактивной мощности.

2. Математическая модель СЭС с электродвигательной нагрузкой приме­ нима для сравнительного анализа существующих СЭС и рассчитанных СЭС с оптимальной конфигурацией КРМ.

3. Разработанный функциональный блок оптимизации на основе идеоло­ гии генетических алгоритмов в совокупности с математической моделью СЭС позволяет производить поиск оптимальных параметров и мест расположения устройств компенсации реактивной мощности.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях: IV Всероссийская, 57 научно-практическая кон­ ференция молодых учёных «Россия Молодая» (24–27 апреля 2012 г.);

Всерос­ сийская молодёжная конференция «Информационно-телекоммуникационные системы и технологии (ИТСиТ–2012)» (20–22 сентября 2012 г.);

IХ Междуна­ родная научно-практическая конференция «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (1–2 ноября 2012 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных ра­ ботах, из них 2 статьи в рецензируемом журнале по перечню ВАК «Вестник Кузбасского государственного технического университета», 2 статьи в сбор­ никах трудов конференций, 2 тезиса докладов и 2 свидетельства о государ­ ственной регистрации программы для ЭВМ.

Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положе­ ния, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубли­ кованные работы. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объем диссертации 123 страниц, включая 44 рисунка. Библиография включает 100 наименова­ ний на 12 страницах.

Содержание работы Во Введении обоснована актуальность диссертационной работы, сфор­ мулирована цель и аргументирована научная новизна исследований, показана практическая значимость полученных результатов, представлены выносимые на защиту научные положения.

В первой главе произведён анализ проблемы оптимизации мест распо­ ложения и параметров устройств компенсации реактивной мощности. Было выявлено, что стандартные методы расчета реактивных мощностей не могут обеспечить достаточной точности расчётов динамических процессов при неси­ нусоидальных токах и напряжениях и при наличии переходных процессов.

Показано, что задача определения параметров устройств компенсации реак­ тивной мощности и мест их расположения при наличии динамических про­ цессов недостаточно изучена, данную задачу можно рассматривать в форму­ лировке оптимизационных задач, в которых требуется минимизировать сум­ марные потери на установку устройств КРМ и на электрические потери в сети.

Во второй главе представлена математическая модель системы элек­ троснабжения произвольной конфигурации с электродвигательной нагруз­ кой, устройствами компенсации реактивной мощности, коммутационным обо­ рудованием и источником электроэнергии ограниченной мощности. Предло­ жен метод представления структуры СЭС с помощью множеств, который от­ личается от известных тем, что для моделирования СЭС требуется меньшее количество вычислений.

В системе электроснабжения, содержащей различные потребители энер­ гии, кабельную сеть и источник питания ограниченной мощности, в модели асинхронного двигателя нужно учитывать падения напряжения на участках кабельных линий, а также влияние других потребителей энергии на работу двигателя.

Рассмотрим систему электроснабжения, представленную на рис. 1. Дан­ ную систему электроснабжения можно представить в виде графа (рис. 2), в котором вершинам соответствуют элементы СЭС (в обозначениях по рис. 1, а дугам — кабели. Граф является направленным, т.е. трансформатор имеет только исходящие дуги, т.к. он является источником энергии, а приёмники только одну входящую. Направления дуг соответствует направлению потоков активной мощности. Для упрощения направления на графе не изображены.

На полученном графе пронумеруем все нагрузки (указаны в скобках) и ка­ бельные участки. Далее будем рассматривать множества нагрузок, питаемых через каждый кабель, и множества кабельных участков, через которые пита­ ется каждая нагрузка.

T Q B T S Q B 2B M1 3 C1 6 S S2 S3 C3(7) C1(1) B2 11 13 4 5 S S1 S2 M4(6) M1(2) C2 S3 C M3 M M2 C2(3) M2(4) M3(5) Рис. 2. Система электроснабжения (рис. 1), Рис. 1. Пример системы электроснабжения представленная в виде графа с устройствами компенсации реактивной мощности Систему электроснабжения в общем виде можно представить в виде на­ правленного графа, а именно в виде дерева (рис. 3). Тогда дуги графа будут представлять собой кабельные участки, одна вершина, имеющая только «вы­ ходящие» дуги — трансформатор, вершины, имеющие только «входящие» дуги — нагрузка, остальные вершины являются шинами, соединительными муфтами, коммутационной аппаратурой и т. д.

Напряжение на нагрузке будет зависеть уже от пути питания через ка­ бельную сеть, параметров кабелей, находящихся на этом пути, и токов в них.

Принимая все это во внимание можно записать выражение для нахож­ дения напряжения на зажимах -ой нагрузки:

= + (1) где — множество кабельных участков, через которые питается -ая нагруз­ ка, — множество нагрузок, которые питаются через -ый кабель (см. рис. 3).

Для других фаз аналогично.

Рис. 3. Обобщенный случай представления системы электроснабжения в виде графа Возьмем, например, = 14, по рисунку видно, что = {9;

23;

24;

25}, также рассмотрим для примера = 23 (23-й кабельный участок), тогда = {14;

15;

16}. Рассматривая каждый кабельный участок из множества можно получить для каждого из них ( ) множества.

Математическая модель представлена системой дифференциальных урав­ нений (2).

2 2 2 2 ( + ) 1 1 + 1 2 2 2 ) 2 2 2 ( 2 2 2 1 1 2 1 1 2 ( ) + 2 2 2 2 2 2 2 1 2 1 ( ) ( + 2 ) 2 2 2 = 2 2 = (( ) ) = 2 + +, =1 2 1 2 1 2 2 + 2 2 2 1 2 1 2 (2) + ( + ) = 2 2 ) ( ) ( 2 )] [ ( 3 3 = + +, 32 2 2 2 ( + 1 ) 1 1 1 1 1 + 2 2 2 2 ( ) 1 1 1 2 2 2 = +, 2 2 = = 3 (( + + ) ( + + )), эл ( ) (( ) 2 ) = + +, 2 здесь — общее количество всех потребителей (двигателей и устройств ком­ пенсации), — номер рассматриваемого двигателя, — номер рассматривае­ мой ёмкости;

,,,,, — соответственно, токи статора и ротора;

,,,,, — сопротивления;

— количество пар полюсов;

— геометрическая скорость вращения ротора;

эл — электромагнитный момент;

— взаимная индуктивность статора и ротора;

— множество кабельных участков, через которые питается -ая нагрузка, — множество нагрузок, которые питаются через -ый кабель.

Результаты второй главы опубликованы в работе [1].

В третьей главе рассмотрено разработанное программное средство, ре­ ализующее математическую модель, представленную во второй главе. Интер­ фейс основной формы программы изображён на рисунке 4.

Программное средство для реализации модели написано на языке C++ с использованием библиотеки Qt в качестве средства для графического ин­ терфейса пользователя, распространяемая под свободной лицензией LGPL.

Программное средство позволяет составлять схему СЭС для моделирования при помощи редактора, использующего технологию визуального программи­ рования drag&drob, сохранять схемы в файлы формата XML и загружать готовые схемы из файлов. Также программа позволяет производить модели­ рование и выводит результаты моделирования в виде графиков. Для каждо­ го компонента СЭС имеется отдельный набор графиков. Для отображения графиков, помимо Qt используется библиотека Qwt, содержащая виджеты, предназначенные для этой цели.

Рассмотрим простейший пример СЭС, состоящей из трансформатора и четырёх двигателей (рис. 4). Двигатели подключены к трансформатору че­ рез кабельную сеть. Мощность трансформатора в представленной схеме — 1000 кВА. Режимы работы двигателей представлены в таблице 1.

Таблица 1. Список двигателей Двигатель Нагрузка Время запуска, с M1 сухое трение 800 Н·м M2 вязкое трение 400 Н·м 0, M3 вентиляторная нагрузка 0, M4 вентиляторная нагрузка 0, На рисунке 6 представлен график зависимости потребления реактивной мощности от времени с увеличенным масштабом. На рисунке 7 также пред­ ставлена зависимость cos от времени.

По рисунку 6 видно, что в установившемся режиме реактивная мощ­ ность, потребляемая двигателем M2 составляет почти половину от общей мощности. В связи с этим можно предположить, что оптимальным спосо­ Рис. 4. Главное окно программы с примером Рис. 5. Пример СЭС с устройствами компен­ расчётной схемы сации реактивной мощности бом компенсации будет в данном случае комбинированный: централизован­ ная компенсация и индивидуальная компенсация двигателя M2. Мощности устройств компенсации были выбраны следующие: 1 = 285 мкФ, 2 = 210 мкФ. Полученная система электроснабжения изображена на рисунке 5, график потребления реактивной мощности изображён на рис. 8, зависимость cos от времени — на рисунке 9.

Видно, что в установившемся режиме потребляемая реактивная мощ­ ность практически равна нулю, как на зажимах трансформатора, так и на зажимах двигателя M2, cos равен 1. Из полученных данных видно, что Рис. 6. Увеличенный график зависимости реактивной мощности от времени Рис. 7. График зависимости коэффициента мощности (cos ) от времени Рис. 8. Зависимость потребляемой реактивной мощности от времени при наличии устройств компенсации реактивной мощности модель адекватно описывает процесс компенсации реактивной мощности.

На программное средство получено свидетельство о государственной ре­ гистрации программы для ЭВМ №2011616333 [2].

В четвёртой главе рассмотрено использование генетического подхода для решения задачи оптимизации параметров и мест расположения устройств КРМ с использованием следующих критериев оптимизации: минимизация электрических потерь, срока окупаемости и суммарных затрат на мероприя­ тия по КРМ. На основе анализа существующих методов оптимизации за ос­ нову был выбран генетический алгоритм, который лишён большинства недо­ статков, присущих, например, градиентным методам. Однако, были рассмот­ рены зависимости электрических потерь и суммарных затрат от параметров устройств КРМ для различных СЭС, и было выявлено, что для таких зави­ симостей возможно применение градиентных методов.

Для осуществления генетического алгоритма необходимо, чтобы объект оптимизации был представлен в виде закодированной последовательности бит — хромосомы.

Известно, что по условиям физической реализуемости ёмкость устрой­ Рис. 9. График зависимости коэффициента мощности (cos ) от времени при наличии устройств компенсации реактивной мощности ства компенсации может принимать конечное множество значений. При этом можно выбрать максимальное значение ёмкости и задать шаг изменения ём­ кости (точность, с которой будет производиться расчёт). В этом случае мож­ но определить ёмкость конкретного конденсатора (конденсаторной батареи), который будет максимально близко подходить к вычисленным параметрам.

Зададим максимальное значение ёмкости, которое может иметь устрой­ ство компенсации —, также зададим точность, с которой необходимо определить значение ёмкости устройства компенсации —. Тогда ёмкость -го устройства компенсации можно записать в следующем виде:

= { ·, }, (3) здесь — целое число (0, при этом · ). Таким образом каждому вещественному числу соответствует целое число.

Допустим, что в системе электроснабжения существует мест, где воз­ можна установка устройств компенсации. Тогда задача оптимизации сводит­ ся к определению множества целых чисел. Если отсутствует необходимость в устройстве компенсации в том или ином месте, коэффициент просто при­ равнивается к нулю и в расчёте не учитывается.

Теперь представим целое число в виде последовательности бит.

2.

= (4) = Здесь – бит с индексом в последовательности, а – величина после­ довательности, которая равна:

= log2 ( /). (5) Иными словами, данная последовательность бит — это число, представ­ ленное в двоичной системе исчисления.

Например, в системе электроснабжения существует 3 возможных места расположения устройств компенсации, максимальное значение ёмкости при­ нято 150 мкФ, точность — 10 мкФ. В этом случае = log2 (150/10) = 4.

Пусть двоичная последовательность — 1010, тогда = 0·20 +1·21 +0·22 +1·23 = 10, = · = 10 · 10 = 100 мкФ.

Объединив все последовательности, получим одну, состоящую из · бит, получим последовательность, которая и будет служить хромосомой для генетического алгоритма. Графически хромосома изображена на рис. 10, где 1 и – соответственно первый, и последний бит в -й последовательности, или ген в терминах генетического алгоритма.

Рис. 10. Графическое представление хромосомы Рассмотрим в качестве примера СЭС ремонтно-механический цех (РМЦ), который является одним из цехов металлургического завода. Особенностью данной СЭС является то, что большинство потребителей работают в кратко­ временном и повторно-кратковременном режиме. В табл. 2 приведены элек­ трические нагрузки РМЦ.

Был произведён расчёт электрических нагрузок методом коэффициента максимума и определена необходимая мощность устройства КРМ.

Значения cos и tg до компенсации:

295, cos = = = 0,91;

откуда tg = 0,45.

322, После компенсации принимаем cos = 0,95, tg = 0,33.

В результате расчёта получим расчётную реактивную мощность:

к.р. = 31,9, кВАр.

В СЭС используются следующие кабели: для РП-1 СПШв-416, для РП-2 СПШв-470, для РП-3 ВВГ-44, для РП-4 СПШв-450, для РП- ВВГ-44, для РП-6 СПШв-470.

Трансформатор в СЭС — ТМ-400 мощностью 400 кВА.

Также по расчётным данным получилось следующее значение годовых электрических потерь: 56,5 тыс. кВт·ч.

Произведём моделирование полученной СЭС. На рис. 11 изображена СЭС, синтез которой произведён в редакторе схем программного средства.

При моделировании с учётом коэффициента включения было уменьшено ко­ личество двигателей, было принято, что из однотипных нагрузок в любой Таблица 2. Параметры электрических нагрузок цеха Установленная нагрузка Наименование Н, n Н, И cos кВт кВт РП- Токарные автоматы 12 3 36 0,12 0, Зубофрезерные станки 15 3 45 0,12 0, Круглошлифовальные станки 4 3 12 0,12 0, Итого РП-1 31 9 93 – – РП- Расточные станки 11,5 3 34,5 0,12 0, Фрезерные станки 9,5 4 38 0,12 0, Строгальные станки 12,5 3 37,5 0,12 0, Итого РП-2 33,5 10 110 – – РП- Сварочные агрегаты 6,3 3 18,9 0,25 0, РП- Сверлильные станки 3,2 2 9,6 0,12 0, Токарные станки 9 6 54 0,12 0, Плоскошлифовальные станки 8,5 2 17 0,12 0, Итого РП-4 20,7 10 80,6 – – РП- Заточные станки 3 3 9 0,12 0, РП- Вентиляторы 48 2 96 0,65 0, От ТП Краны мостовые 19 2 38 0,15 0, ЩО 13, Итого на шинах НН 39 458, момент времени в работе была только одна, однако, с учётом коэффици­ ента максимума был подобран такой режим работы, чтобы максимальная мощность на каждой РП соответствовала расчётной. Также было исключено из схемы коммутационное оборудование, не участвующее в процессе работы СЭС, а предназначенное только для защиты. Расчётное время было принято 2-м минутам, что существенно превышает время пуска двигателей, работаю­ щих в продолжительном режиме, и позволяет учесть все режимы работы — продолжительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

В результате моделирования без устройства КРМ величина годовых элек­ Рис. 11. СЭС ремонтно-механического цеха трических потерь оказалась немного выше расчётной: 64,3 тыс. кВт·ч. Это можно объяснить учётом пусковых режимов в модели, которые не учитыва­ лись при расчётах. При моделировании с устройством КРМ = 31,9 кВАр потери снизилиь до 50,8 тыс. кВт·ч.

Произведём поиск оптимальной мощности устройства КРМ для рассмат­ риваемой СЭС с целью уменьшения электрических потерь. Максимальное значение ёмкости устройства КРМ зададим = 1000 мкФ, шаг изменения ёмкости = 0,1 мкФ. В результате оптимизации по критерию минимиза­ ции электрических потерь была найдена оптимальная мощность устройства компенсации — = 26,4 кВАр. В результате чего электрические потери были снижены до величины 45,6 тыс. кВт·ч, что на 5,2 тыс. кВт·ч меньше, чем по­ тери при установленном устройстве компенсации, мощность которого равна расчётной. В табл. 3 сведены все эти данные.

Таблица 3. Результаты оптимизации Опыт Без КРМ Расчётные Оптимизация данные потерь Годовые потери, тыс. кВт·ч 64,3 50,8 45, Снижение потерь, тыс. кВт·ч – 13,5 18, Мощность КУ, кВАр – 31,9 26, Ёмкость КУ, мкФ – 704 Из рассмотренного примера видно, что предлагаемый метод определения оптимальной величины мощности и мест расположения устройств компен­ сации позволяет добиться лучших результатов, чем известные методы, при наличии в рассматриваемой СЭС нагрузки с кратковременным и повторно­ кратковременным режимом работы. Связано это с тем, что наличие подоб­ ных режимов работы приводит к тому, что РМ потребляется неравномерно с течением времени, и определение усреднённого значения потребляемой ре­ активной мощности и потерь в СЭС невозможно с помощью упрощённых методов, например такого, который представлен выше. Также наличие пере­ ходных процессов в кратковременном и повторно-кратковременном режиме работы электродвигательной нагрузки может оказывать существенное вли­ яние, и отбрасывания их наличия для упрощения расчётов приводит к су­ щественной дополнительной погрешности. Таким образом, учёт переходных процессов в подобных СЭС может существенно увеличить точность определе­ ния таких энергетических характеристик СЭС, как потребляемая активная и реактивная мощность, электрические потери, потери напряжения и пр.

Результаты четвёртой главы опубликованы в [3–7]. Получено свидетель­ ство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012618437 [8].

Заключение В диссертационной работе на основе разработанной математической мо­ дели системы электроснабжения, учитывающей взаимное влияние асинхрон­ ных двигателей, питаемых от одного источника ограниченной мощности, и устройств компенсации реактивной мощности, решена задача разработки ин­ струментального средства для определения оптимального расположения и параметров устройств КРМ с учётом динамических переходных процессов, имеющая существенное значение в энергосбережении при проектировании и модернизации систем электроснабжения с электродвигательной нагрузкой.

На основе проведённых исследований можно сформулировать следую­ щие основные результаты:

1. Впервые разработана математическая модель системы электроснабже­ ния с электродвигательной нагрузкой, устройствами компенсации реактив­ ной мощности с произвольным топологическим расположением, коммутаци­ онным оборудованием и источником энергии ограниченной мощности.

2. Разработан алгоритм поиска оптимального расположения и парамет­ ров устройств компенсации реактивной мощности на основе идеологии гене­ тического поиска, использующий в качестве критериев оптимизации следу­ ющие величины: электрические потери в распределительной сети, срок оку­ паемости устройств КРМ, суммарные затраты от мероприятий по КРМ и экономическая эффективность этих мероприятий.

3. Разработано программное средство реализации математической мо­ дели системы электроснабжения с электродвигательной нагрузкой и устрой­ ствами компенсации реактивной мощности, позволяющее производить анализ состояния системы электроснабжения на основе полученных данных, таких как ток, напряжение, потоки активной и реактивной мощности в любом месте СЭС.

4. Разработано программное средство для реализации алгоритма опти­ мизации на основе идеологии генетического поиска для определения мест расположения и параметров устройств КРМ в системе электроснабжения произвольной конфигурации с электродвигательной нагрузкой, устройства­ ми компенсации реактивной мощности, коммутационным оборудованием и источником энергии ограниченной мощности.

Список публикаций 1. Дабаров В. В. Математическая модель системы электроснабжения с элек­ тродвигательной нагрузкой и устройствами компенсации реактивной мощ­ ности // Вестник КузГТУ. 2011. № 3. С. 66–68.

2. Дабаров В. В. Система моделирования процесса компенсации реактив­ ной модности в системе электроснабжения с электродвигательной нагруз­ кой. / Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011616333. 2011. РОСПАТЕНТ.

3. Дабаров В. В. Применение генетического алгоритма для оптимизации па­ раметров устройств компенсации реактивной мощности // Вестник КузГ­ ТУ. 2012. Т. 3. С. 145–147.

4. Дабаров В. В. Оптимизация экономической эффективности мероприятий компенсации реактивной мощности // Материалы всероссийской моло­ дёжной конференции «Информационно-телекоммуникационные системы и технологии (ИТСиТ-2012)». 2012. С. 219–220.

5. Дабаров В. В. О применимости градиентных методов для оптимизации компенсации реактивной мощности // Материалы IX Международной на­ учно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресур­ сы Сибири». 2012. С. 28–30.

6. Дабаров В. В. Анализ результатов оптимизации компенсации реактивной мощности на модели // Материалы IV Всероссийской, 57 научно-практи­ ческой конференции молодных учёных «Россия молодая». 2012. С. 69–72.

7. Дабаров В. В. Параметры устройств компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой // Мате­ риалы III Международной научно-практической конференции «Техника и технология: новые перспективы развития». 2011. С. 47–49.

8. Дабаров В. В. Система моделирования и оптимизации процесса компен­ сации реактивной модности в системе электроснабжения с электродвига­ тельной нагрузкой. / Свидетельство о государственной регистрации про­ граммы для ЭВМ №2012618437. 2012. РОСПАТЕНТ.

Подписано в печать 24.09.2013. Формат 6084/ Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе.

Уч.-изд. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ.

КузГТУ. 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Полиграфический цех КузГТУ. 650000, ул. Д. Бедного, 4а.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.