3640

возможность получать электроэнергию от двух независимых взаимно резервирующих источников питания.

Электроснабжение потребителей на напряжении 0,4 кВ осуществляется от комплектных трансформаторных подстанций, которые имеют по два понизительных трансформатора. Нагрузкой одного является электрооборудование газоперекачивающих агрегатов, а другого – преобразователи частоты для электродвигателей вентиляторов, суммарная мощность которых порядка 1 МВт. Все электродвигатели вентиляторов управляются с помощью преобразователей частоты.

Преобразователи частоты обычно бывают со звеном постоянного тока и непосредственные преобразователи. В последнее время начали активно применяться матричные преобразователи частоты, которые непосредственно из промышленной частоты 50Гц формируют требуемую частоту и амплитуду для питания электродвигателей.

Каждый такой электропривод становится потребителем несинусоидального тока, величина которого и спектральный состав зависят от параметров преобразователей частоты и режима работы электроприводов. Потребление несинусоидального тока преобразователями частоты от источника электроснабжения приводит к тому, что на последовательных элементах системы электроснабжения за счет падения напряжения несинусоидальной формы происходит искажение формы напряжения сети.

Для уровня напряжения 0.4 кВ, компенсацию нелинейных искажений осуществляют установкой сетевых дросселей на входе преобразователей частоты. Это может решить проблемы, если используется один электропривод, но при увеличении числа преобразователей частоты качество электроэнергии на шинах 6 (10) кВ уже перестает соответствовать действующим нормативам.

Поэтому задача анализа качества электроэнергии при использовании электроприводов с частотными преобразователями является актуальной. В случае получения отрицательного прогноза должна быть решена задача по обеспечению электромагнитной совместимости источников электроснабжения с электроприводами, которые построены на базе частотных преобразователей.

Исследования необходимо проводить, рассматривая преобразователь частоты с двигателем как нагрузку источника электроснабжения. Для асинхронных и синхронных двигателей в

232

настоящее время получили распространение схемы со звеном постоянного тока, то есть выпрямитель, сглаживающий фильтр и инвертор, выполненный на IGBT-модулях. Частота коммутации в инверторе находится в высокочастотной области, это связано с тем, в большинстве электроприводов используется векторное управление. Для анализа влияния на форму напряжения сети в первую очередь необходимо проанализировать влияния выпрямителя на форму тока.

Решением этой проблемы в настоящее время, стало использование нескольких способов, которые связаны со структурой построения преобразователя частоты. Это возможно за счет применения компенсационных и активных выпрямителей, применения корректоров коэффициента мощности, включения сетевых дросселей. Каждое решение требует исследования и выбора для конкретного случая. Компенсацию высших гармоник на шинах 6 (10) кВ можно также обеспечить за счет установки фильтрокомпенсирующих устройств.

Литература

1.Романов А.В. Влияние нулевых векторов на управляющую функцию бесконтактного двигателя постоянного тока / А.В. Романов, О.А. Киселёва, Д.П. Киселёв // Энергия – XXI век. 2015. №

90.С. 108-113.

2.Бочкарева И.И. Искажение формы кривой напряжения в системе электроснабжения компрессорной станции при питании от электростанции собственных нужд / И.И. Артюхов, И.И. Бочкарева, Д.А. Дружкин // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. –

Саратов: СГТУ, 2011. – С. 27–31.

Воронежский государственный технический университет

233

электрической сети или подключением к системе электроснабжения несимметричных (одно-, двухили трёхфазных) нагрузок.

Вопрос восстановления номинального режима работы электрических сетей решается средствами систем энергоснабжения. Это устройства сетевой автоматики, такие как системы повторного включения и системы автоматического ввода резерва. Они могут работать как вместе, так и самостоятельно.

В большинстве электромеханических систем в настоящее время используются частотно-регулируемые электропривода, которые чувствительны к нарушениям напряжения питания, при возникновении которых происходит срабатывание защиты в системе управления. Коммутационная аппаратура и система управления в электроприводе имеет минимальное допустимое время отсутствия питающего напряжения. Срабатывание защиты минимального напряжения зависит от максимально-допустимого тока в выпрямителе, который определяется зарядным током. Он пропорционален разности между номинальным и остаточным током. Обычно минимальное значение напряжения составляет от 60% до 80% и устанавливается производителем оборудования. Система управления питается от звена постоянного тока, поэтому её работоспособность зависит от работы выпрямителя.

При включении асинхронного электродвигателя без преобразователя частоты при провалах напряжения, ведет к изменению частоты вращения и величины электромагнитного момента.

Преобразователя частоты, которые работают с асинхронными электродвигателями, имеют перегрузочную способность порядка 150-200% от номинального значения. Изменение структуры систем управления и использование дополнительных алгоритмов управления асинхронными электродвигателями, а также использование рекуперации энергии за счет запасенной кинетической энергии двигателем, показаны в работе [1]. Такой подход позволяет электроприводу преодолевать провалы напряжения без установки дополнительных аппаратных средств в силовую часть преобразователя частоты, а решать эту проблему программно.

В некоторых случаях в преобразователях частоты используется активный выпрямитель, который обеспечивает двухсторонний обмен энергией между сетью и электродвигателем.

235

Активный выпрямитель в этом случае может работать в 1. компенсатора провалов напряжения, в номинальном режиме он может восстановить напряжение при провалах до 70%.

Предложенные в работах математические модели для исследования работы электроприводов с преобразователями частоты в различных режимах, показывают возможности восстановления работоспособности всей электромеханической системы [2, 3].

Особый интерес представляет работа непосредственных преобразователи частоты в электромеханических системах, которые получили название матричных преобразователей частоты, при отклонении параметров электрической энергии от нормы. Для них наиболее опасным режимом можно считать скачок фазы во время аварии, он связан с изменением амплитуды сигнала напряжения, которое приводит к сдвигу фазы, причем скачком, в питающем напряжении, что формирует разницу между эталонным сигналом, по которому ведется расчет, и реальным напряжением питания.

Литература

1.Однокопылов Г.И. Восстановление работоспособности трехфазных электроприводов переменного тока при аварии в одной из фаз / Г.И. Однокопылов, В.Г. Букреев // Ползуновский вестник. - 2012. №3 /2. - С.121-130.

2.Однокопылов Г.И. Математическая модель асинхронного двигателя в аварийном режиме работы / Г.И. Однокопылов, А.Д. Брагин // Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока. - 2013. - №2.С.330-333.

3.Киселёв Д.П. Моделирование адаптивного управления в электромеханической системе / Д.П. Киселёв, О.А. Киселёва // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. - 2014. - №3(6) - с.1-4. Воронежский государственный технический университет

Воронежский государственный технический университет

236

3.Большие потери и перегрев синхронных и асинхронных

машин.

4.Увеличение напряжений и токов гармоник в сети из-за последовательного или параллельного резонансов.

5.Пробой изоляции кабельных линий в результате перенапряжений, вызванных гармониками.

6.Помехи, создаваемые телекоммуникационным системам. Гармоники напряжения мешают централизованному телеуправлению, использующему частоты того же порядка, что и гармоники. Если эти частоты близки, то необходимо, чтобы телеуправление имело такую селективность, при которой не появлялся бы риск ложного срабатывания даже в том случае, когда частота Гармоники тока вредны из-за явлений индукции, которые они производят в параллельно проходящих цепях, цепях телеграфных и особенно телефонных линий.

7.Влияние на точность приборов учета электроэнергии.

8.Нарушение работы устройств защиты или ухудшение их характеристик. Особенно чувствительны к гармоникам полупроводниковые и микропроцессорные системы.

9.Влияние на частотно-регулируемые приводы и системы возбуждения генераторов электростанций.

10.Вибрации вала асинхронных и синхронных машин.

11.Нестабильная работа цифровых реле, использующих в своей работе алгоритмы, основанные на анализе выборки данных или определении точки пересечения нуля сигналами напряжения или тока.

По оценке европейских научно-исследовательских учреждений, в результате низкого качества электрической энергии в промышленности происходит потеря более 150 млрд евро в год. Из них на долю гармоник приходится 1,3 млрд евро [1]. Но если взять во внимание воздействие гармоник на аппаратуру релейной защиты

исвязанные с этим возможные отключения потребителей, то ущерб может составить суммы большего порядка – до 100 млрд евро. Убытки, которые несут субъекты процесса распределения электрической энергии от ухудшения ее качества сверх допустимых норм, должны оплачиваться виновниками нарушения качества. Для этого необходимо определить источники гармоник и оценить степень участия каждого в нарушении синусоидальности, чтобы с помощью системы штрафов и санкций стимулировать потребителя,

238

искажающего параметры качества электроэнергии, устанавливать у себя компенсирующее оборудование.

На сегодняшний день нет общепринятого метода для обнаружения виновников нарушения синусоидальности напряжения. Существует два подхода к определению источников искажений кривой напряжения в точке общего подключения.

Первый основан на измерениях в точке общего подключения с известным или неизвестным сопротивлением сети и потребителя. К нему относятся:

1.Методы, основанные на определении знака и значения мощности гармоники, генерируемой источником высших гармоник

2.Метод деформирующей и не деформирующей нагрузки

3.Метод искажающего и не искажающего тока

Второй, основан на измерениях, взятых в различных точках системы электроснабжения, с использованием методик оценки

Из анализа методов определения источников искажения можно сделать вывод, что ни один из методов определения источников гармоник в системах электроснабжения не позволяет достоверно определить всех участников искажения кривой напряжения в точке общего подключения. Следовательно, для полноценного функционирования системы штрафов и санкций за нарушение показателей качества электроэнергии остается актуальной проблема достоверного определения источников гармоник в системах электроснабжения.

электроэнергии.

Литература 1. Енин И.В, Сазонова Т.Л, Горемыкин С.А, «Влияние высших

гармоник в сетях электроснабжения», Прикладные задачи электромеханики, электроэнергетики, электроники»: труды Всероссийской студенческой научно-технической конференции [Электронный ресурс] – Научнотехнический журнал. Электрон. текстовые и граф. данные (5,4 Мб). – Воронеж: ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»,2017.

2. ГОСТ Р 54149–2010. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Введ. 01.01.2013. – М: Стандартинформ, 2012.

Воронежский государственный технический университет

239