УЛУЧШЕНИЕ  КАЧЕСТВА  ЭЛЕКТРОЭНРГИИ  В  ВОПРОСАХ  ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ.  МОДЕЛИРОВАНИЕ  ВЛИЯНИЯ  ИСКАЖАЮЩИХ  ВОЗДЕЙСТВИЙ.  ВЫБОР  ПАРАМЕТРОВ  ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩИХ  УСТРОЙСТВ

Черкасова  Нина  Ильинична

зав.  кафедрой  электроэнергетики,  канд.  техн.  наук,  доцент  Рубцовского  индустриального  института  Алтайского  государственного  технического  университета  им.  И.И.  Ползунова,  г.  Барнаул

E-mail:  4ercas@bk.ru

Гребенников  Виктор  Сергеевич

инженер  научно-производственного  объединения  «Электрон»,  г.  Рубцовск

ELECTRIC  POWER  QUALITY  IMPROVEMENT  IN  THE  MATTER  OF  POWER  SAVING.  MODELING  OF  DISTORTING  EFFECTS  INGLUENCE.  PARAMETER  SELECTION  OF  FILTER  COMPENSATING  DEVICES

Nina  Cherkasova

head  of  Electrical  Power  Engineering  department,  Candidate  of  Science,  associate  professor  of  Rubtsovsk  Industrial  Institute  of  I.I.  Polzunov  Altai  State  Technical  University,  Barnaul

Viktor  Grebennikov

engineer  of  Research  and  production  association  “Electron”,  Rubtsovsk

АННОТАЦИЯ

Дан  пример  моделирования  влияния  на  питающую  сеть  тиристорного  выпрямителя  в  системе  схематического  моделирования  Design-PSpice.  Произведен  выбор  параметров  фильтрокомпенсирующих  устройств,  улучшивших  качество  электроэнергии  за  счет  снижения  коэффициента  искажения  формы  кривой. 

ABSTRACT

An  example  of  an  influence’s  modeling  on  a  supply  main  of  thyristor  rectifier  in  the  system  of  schema  modeling  Design-PSpice  is  given  in  the  article.  There  is  made  a  parameter  selection  of  filter  compensating  devices  that  improved  an  electric  power  quality  by  decrease  of  a  waveform  distortion  factor. 

Ключевые  слова:  качество  электроэнергии;  несинусоидальность  напряжения;  гармонические  составляющие;  моделирование.

Keywords:  electric  power  quality;  voltage  nonsinusoidality;  sinusoidal  components;  modeling. 

Дополнительные  нагрузочные  потери  мощности  и  электроэнергии  в  распределительной  сети  10—0,4  кВ  и  оборудовании  возникают  в  результате  плохого  качества  электроэнергии.  С  1  января  2013  года  введен  в  действие  стандарт  ГОСТ  Р  54149-2010,  который  устанавливает  показатели  и  нормы  качества  электрической  энергии  в  точках  передачи  электрической  энергии  пользователям  сетей  низкого,  среднего  и  высокого  напряжений  систем  электроснабжения  общего  назначения  переменного  тока  частотой  50  Гц.

Работа  посвящена  вопросам  улучшения  качества  электроэнергии  в  части  высших  гармонических  составляющих,  вызывающих  искажение  синусоидальной  формы  кривой  напряжения.

Гармонические  составляющие  напряжения  обусловлены,  как  правило,  нелинейными  нагрузками  пользователей  электрических  сетей,  подключаемыми  к  электрическим  сетям  различного  напряжения  [2,  с.  7]. 

Несинусоидальность  напряжения,  характеризуется  коэффициентом  искажения  синусоидальности  кривой  напряжения    и  коэффициентом  n-ой  гармонической  составляющей  напряжения  .

Известно,  что  наибольшее  влияние  на  форму  напряжения  оказывают  нечетные  гармоники:  5,  7,  11,  а  также  нечетные  гармоники  кратные  трем.  Наибольший  ущерб  от  несинусоидальности  напряжения  определяется  дополнительными  активными  потерями  в  электроаппаратах  и  старением  их  изоляции  в  результате  повышенного  нагрева.

Наиболее  массовым  источником  помех,  влияющих  на  качество  электроэнергии,  являются  силовые  полупроводниковые  преобразователи  газоразрядные  лампы  и  магнитные  усилители. 

Чтобы  анализировать  вопросы  электромагнитной  совместимости  преобразователей  с  питающей  сетью  на  этапе  проектирования,  или  иметь  возможность  улучшать  качество  электроэнергии  в  процессе  эксплуатации,  следует  предусматривать  средства,  обеспечивающие  соответствие  качества  электроэнергии  стандартным  требованиям.  Для  решения  этой  задачи  целесообразно  применять  компьютерные  методы  расчета  электрических  схем.

Для  анализа  схем  силовых  полупроводниковых  преобразователей  были  использованы  [1,  с.  17]  три  программы  из  комплекта  системы  Design:  Schematics  —  графический  редактор,  предназначенный  для  ввода  исходных  данных  в  виде  принципиальной  схемы  электронного  устройства  и  управления  двумя  другими  программами;  PSpice  —  модуль  моделирования,  предназначенный  для  анализа  схемы  электронного  устройства  и  вывода  результатов  анализа  в  текстовой  форме;  Probe  —  графический  постпроцессор,  предназначенный  для  вывода  и  обработки  результатов  анализа  в  графической  форме.  К  пакету  системы  Design  прилагаются  библиотеки  графических  символов  и  математических  моделей  компонентов,  которые  также  используются  при  моделировании  преобразователей.

Рассмотрим  пример  моделирования  влияния  на  питающую  сеть  тиристорного  выпрямителя,  выполненного  в  системе  схематического  моделирования  Design-PSpice  [4,  с.  116]  по  трехфазной  мостовой  схеме  с  целью  выбора  параметров  фильтрокомпенсирующих  устройств  (ФКУ).  Функциональная  схема  модели,  созданная  в  среде  программы  Schematics,  показана  на  рисунке  1.

Рисунок  1.  Функциональная  схема  модели  для  анализа  влияния  на  питающую  сеть  тиристорного  выпрямителя,  выполненного  по  трехфазной  мостовой  схеме

Условные  обозначения:  ALFHA  —  угол  управления,  градусы;  T_puls  —  длительность  импульса  управления;  FREQ  —  частота,  Гц;  Ls  —  индуктивность  сети,  мГн;  Lk  —  индуктивность  рассеяния  трансформатора,  мГн;  TENS  —  действующее  значение  фазного  напряжения  источника  питания,  В;  K  —  коэффициент  трансформации. 

Параметры  схемы  выбраны  таким  образом,  чтобы  обеспечить  существенное  искажение  формы  кривой  питающего  напряжения  сети  (коэффициент  искажения  синусоидальности  кривой  напряжения  U  (La:2)  —  22,7  %),  если  не  применять  ФКУ  (рисунок  2).

Рисунок  2.  Эпюры  кривых  тока  и  напряжения  сети  без  ФКУ

ФКУ  на  рисунке  1  исполнено  в  виде  иерархического  символа  —  блока  ФКУ,  функциональная  схема  блока  ФКУ  показана  на  рисунке  3. 

Рисунок  3.  Функциональная  схема  блока  ФКУ

В  данном  случае  модель  ФКУ  представляет  собой  шесть  графических  символов  трехфазной  схемы  ФКУ,  соединенных  параллельно  [3,  с.  86],  [5,  с.  123],  настроенных  на  пятую,  седьмую,  одиннадцатую,  тринадцатую  гармоники  (F1—F4  —  соответственно).  Форма  кривых  тока  и  напряжения  сети  для  схемы,  показанной  на  рисунке  1,  при  подключенном  ФКУ  приведена  на  рисунке  4. 

Рисунок  4.  Эпюры  кривых  тока  и  напряжения  сети  при  подключенном  ФКУ

В  результате  применения  ФКУ  выполняются  требования  [1]  по  несинусоидальности  напряжения  сети  (коэффициент  искажения  синусоидальности  кривой  напряжения  U  (La:2)  —  4,87  %)  и  обеспечивается  значение  коэффициента  сдвига  основной  гармоники  тока  относительно  основной  гармоники  напряжения  на  входе  преобразователя  равное  единице.

Вывод:  При  наличии  отклонения  показателей  качества  электроэнергии  по  коэффициентам    и  ,  использование  данной  модели  позволяет  подобрать  требуемые  параметры  фильтрокомпенсирующих  установок,  использование  которых  способствует  снижению  потерь  электроэнергии  на  предприятии.

Список  литературы:

1.Валиуллина  З.,  Зинин  Ю.  Схемотехническое  моделирование  силовых  дросселей  для  тиристорных  преобразователей  повышенной  частоты  //Силовая  электроника.  2007.  —  №  1.

2.ГОСТ  Р  54149-2010  «Электрическая  энергия.  Совместимость  технических  средств  электромагнитная.  Нормы  качества  электрической  энергии  в  системах  электроснабжения  общего  назначения».

3.Разевиг  В.Д.  Система  схемотехнического  моделирования  MICRO-CAP  V  М.:  Солон.  1997.

4.Самарский  А.А.,  Михайлов  А.П.  Математическое  моделирование:  Идеи.  Методы.  Примеры.  М.:  Физматлит,  2001.  —  320  с. 

5.Шапиро  С.В.,  Зинин  Ю.М.,  Иванов  А.В.  Системы  управления  с  тиристорными  преобразователями  частоты  для  электротехнологии.  М.:  Энергоатомиздат.  1989