Электромагнитная совместимость накопителей энергии емкостного типа с промышленными сетями электроснабжения
ЕДАКИН А.И., НИ ТПУ, г. Томск
Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ГЕРАСИМОВ Д.Ю.
Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что емкостные накопители энергии (ЕНЭ) являются источником импульсных токов и напряжений, создающих помехи в питающей сети (рис. 1).
Значения помех могут достигать нескольких вольт. Для обеспечения ЭМС применяются дополнительные электротехнические средства в месте подключения к сети «некачественных» потребителей. Такими средствами являются LC-фильтры, стабилизаторы напряжения.
Рис. 1. Осциллограммы напряжения в сети 220/380 В при работе ЕНЭ
При использовании катушек индуктивности и конденсаторов для фильтрации помех следует иметь в виду, что любой конденсатор, наряду с емкостью, обладает паразитной индуктивностью, зависящей от длины выводов конденсаторов. Каждая катушка индуктивности в дополнение к ее индуктивности имеет паразитную емкость. Емкость между витками катушки индуктивности должна быть минимальной для защиты от высокочастотных помех. Таким образом, обмотка, по возможности, должна быть однослойной и иметь наименьшее расстояние между витками.
Коэффициент затухания, в зависимости от конкретных условий, может иметь сильно различающиеся значения для одного и того же фильтра. С учетом этого принимаем структуру фильтра Г-образного типа. На рис. 2 приведена схема трехфазного сетевого режекторного Г-образного LC-фильтра и принципиальное его соединение с ЕНЭ.
Рис. 2. Схема Г-образного LC-фильтра и принципиальное его соединение с ЕНЭ
Фильтр состоит из режекторного дросселя L, трех опорных конденсаторов Cх и четырех проходных конденсаторов Су. Параметры и характеристики фильтра: L = 4,0 мГн; Сх = 2,2 мкФ; Су = 22 нФ; е = = 40 Дб; Wрас = 400 Дж (максимальная рассеиваемая энергия). Прямой и обратный токи равной величины, проходящие по проводам, не создают существенного магнитного поля, которое могло бы намагнитить сердечник, и поэтому для таких токов индуктивность дросселя равна индуктивности линии. Конденсаторы Сх и Су служат для защиты как от противофазных, так и от синфазных помех.
На рис. 3 приведены осциллограммы напряжения сети при работе ИП совместно с разработанным трехфазным сетевым режекторным LC-фильтром.
Рис. 3. Осциллограммы напряжения в сети 220/380 В
при работе ЕНЭ и режекторного LC-фильтра
Как видно из приведенных осциллограмм, работа ИП совместно с фильтром не оказывает заметного влияния на питающую сеть. Таким образом, структура и параметры фильтра выбраны правильно, это подтверждается экспериментальными исследованиями.
УДК 621.31
Повышение эффективности автономных систем электроснабжения за счет применения электромеханических накопителей энергии
ЕФИМОВ А.А., СамГТУ, г. Самара
Науч. рук. канд. техн. наук, доцент ПОЛИЩУК В.И.
В современной энергетике выдвигаются повышенные требования к параметрам напряжения и частоты для энергетических установок. Неравномерность потребления электроэнергии в энергосистемах в течение суточных или недельных циклов заметно снижает их эффективность и требует так называемых маневренных мощностей. Решение данной проблемы может быть осуществлено введением накопителя энергии в электроэнергетические системы (ЭЭС).
Общая потеря электроэнергии складывается из двух частей: номинальных потерь, которые определяются условиями работы при номинальных режимах и оптимальном выборе параметров системы электроснабжения, и дополнительных потерь, обусловленных отклонением режимов и параметров от номинальных значений.
Одним из способов, позволяющим улучшить технико-экономические характеристики энергосистемы, является использование накопителя энергии, способного покрывать пиковые нагрузки. Одним из эффективных типов накопителя энергии для автономной энергосистемы является электромеханический накопитель (ЭМН), в состав которого входят маховик и электрическая машина. Электромеханический накопитель обладает рядом достоинств по сравнению с другими типами накопителей: высокие технические характеристики и относительная простота практической реализации.
Накопители энергии способны решать целый ряд задач, возникающих при работе энергосистемы:
1) аккумулирование избыточной энергии (во время провалов потребления) и последующее ее использование в периоды интенсивного энергопотребления;
2) выравнивание графиков нагрузки в «больших» и автономных энергосистемах в целях снижения удельного расхода топлива на 1 кВт·ч;
3) обеспечение устойчивости энергосистем: статической и динамической;
4) использование в системе противоаварийной автоматики электростанций или энергообъединений;
5) решение задач управления, связанных с регулированием частоты и мощности по связям крупных энергообъединений при аварийных сбросах активной мощности;
6) решение задач полного и бесперебойного снабжения потребителей электроэнергией при ее неравномерном поступлении в условиях нормального эксплуатационного режима всех элементов энергосистемы;
7) обеспечение баланса активных и реактивных мощностей в точках подключения накопителей;
8) поддержание постоянных напряжений в точках подключения к энергосистеме;
9) регулирование потоков обменных мощностей между энергосистемами.
Перечисленные выше задачи свидетельствуют о том, что накопители энергии (НЭ) являются эффективным средством повышения экономичности и надежности электроснабжения. Применение НЭ в автономных ЭЭС позволит также уменьшить установленную мощность основных электростанций, улучшая тем самым технико-экономические показатели крупных энергоблоков.
Электромеханический накопитель (ЭМН) в общем случае состоит из двух основных элементов: аккумулирующего элемента (маховика) и электрической машины. Потребляя электроэнергию из сети, электри-ческая машина преобразует электрическую энергию в механическую, которая запасается во вращающемся маховике. При отдаче энергии в сеть электрическая машина преобразует механическую энергию, запасенную в маховике, в электроэнергию.
При исследовании было выявлено, что использование накопителя в составе автономной энергосистемы позволит улучшить качество электроэнергии, уменьшить расход топлива дизеля, также снижает капитальные затраты и эксплуатационные расходы на дизель-генераторный агрегат, что свидетельствует о том, что ЭМН является весьма эффективным средством экономии и распределения электроэнергии в автономной энергосистеме.
В перспективе возможно использование данного агрегата в качестве двигателя для резервного или дополнительного насоса.
УДК 620.9