3836
.pdf
Рис. 3.2. Зависимость потерь активной мощности в асинхронном двигателе от напряжения и степени загрузки
61
Рис. 3.3. Зависимость реактивной мощности асинхронного двигателя при изменении напряжения и степени загрузки
Мощность суммарных потерь в синхронном двигателе в зависимости от напряжения с учетом (3.14), (3.17) и (3.19), а также дополнительных потерь в СД и системах возбуждения при работе в режиме генерации реактивной мощности
∆PСД = ∆P1 + ∆PB + ∆PC , |
(3.20) |
где ∆PB = ∆PB.H.PB / PB.H. .
62
Потери мощности в остальном технологическом оборудовании, в зависимости от величины напряжения, определяются отдельно для каждого конкретного типа оборудования. Расчетные формулы для определения мощности отдельных составляющих потерь в элементах узлов нагрузки от уровня напряжения, а в общем виде для группы однородных по нагрузке и схеме электроснабжения приемников с учетом потерь в трансформаторах и сетях имеют вид
n |
|
|
∆P = ∑∆Pi f (KU , K0i ,βi |
) |
(3.21) |
i=1
где ∆Pi - номинальное значение мощности, составляющей потери для i-го приемника, кВт;
KU , K0i ,βi – значения относительной величины напряжения, коэффициента одновременности и загрузки электроприемника.
На рис. 3.4 приведены пример зависимости суммарных потерь от напряжения. Как правило, она имеет параболический характер с минимумом, находящимся в зоне номинального напряжения. Оптимальное значение напряжения при возрастании нагрузок увеличивается.
63
Рис. 3.4. Зависимости потребляемой активной мощности от напряжения узла нагрузки
На риc. 3.4 выделена некоторая область устойчивого минимума потерь, то есть область отклонения напряжения, в которой потери не превосходят минимальные более чем на 5 % или отличаются от средних не более чем на ± 2,5 %.
Очевидно, что область устойчивого минимума потерь смещена в сторону повышений напряжения при росте нагрузки. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о целесообразности следующих приоритетов при выборе принципов оптимального регулирования по критерию минимума усредненных затрат с использованием энергоэкономических характеристик.
1. Целесообразно постоянное поддержание (стабилизация) напряжения в контрольных точках узлов нагрузки на уровне 1.05-1.1 номинального напряжения при росте нагрузки.
64
2.Данное условие желательно выполнять в постоянном режиме, что возможно только в случае использования в качестве РПН статических устройств стабилизации напряжения, подобных тем, которые будут описаны в 4 главе.
3.В случае, если подавляющая часть нагрузки состоит из осветительных приборов, то здесь должен быть предусмотрен специальный алгоритм (алгоритм управления статическими преобразователями), с искусственным снижением напряжения в узле нагрузки, с точки зрения уменьшения суммарных потерь и повышением сроков службы данного типа устройств.
4.Подобное управление необходимо реализовать вне зависимости от степени загрузки основных потребителей типового узла нагрузки –асинхронных и синхронных двигателей.
5.Второй этап оптимизации управления режимами узла нагрузки будет состоять в оптимальном регулировании реактивной мощности всеми имеющимися средствами (например - СД и ТКУ) для еще большего уменьшения суммарных потерь в соответствии с критерием минимума целевой функции издержек.
Учитывая, что в большинстве типовых узлов нагрузки доля синхронных машин в настоящее время крайне невелика, а имеющиеся батареи статических конденсаторов, подключаемые магнитными пускателями, имеют ограниченный ресурс работы, целесообразно рассмотреть в качестве устройств компенсации тиристорные конденсаторные установки (ТКУ). Последние могут достаточно легко быть адаптированы в существующие системы АСУСЭС или АСУТП. Их устройство, принципы работы и основные характеристики будут описаны в 4 главе.
Для практического применения ниже, в соответствии с выше принятыми критериями оптимизации режимов работы узлов нагрузки, будет приведен один из подходов в определении двух основных параметров ТКУ – их реактивная мощность и требуемая дискретность регулирования.
Учитывая структуру силовой части ТКУ необходимо предварительно определить потери мощности в конденсаторных установках. Они разделяются на потери непосредственно в силовых конденсаторах, потери в переключающих тиристорах и в контакторах (или твердотельных реле). Потери в силовых конденсаторах являются зависимостью от номинальной реактивной
65
мощности конденсатора и обычно приводятся в технической документации. Также их можно рассчитать по формуле:
∆ К = К,
где k – справочный коэффициент, характеризующий зависимость потерь от реактивной мощности,
QК – номинальная реактивная мощность конденсаторной батареи.
Потери в переключающих тиристорах имеют пять составляющих:
∆ Т = ∆ ОСН + ∆ ВКЛ + ∆ ВЫКЛ + ∆ УТ + ∆ УЭ,
где ∆ ОСН- потери от прямого тока; ∆ ВКЛ- потери при включении тиристора;
∆ ВЫКЛ- потери при выключении тиристора; ∆ УТ- потери от токов утечки; ∆ УЭ- потери от тока управления.
В нашем случае, потерями от токов утечки и тока управления, потерями при включении и выключении тиристоров можно пренебречь, так как их значения сравнительно малы. При способе подключения конденсаторной батареи с использованием контакторов (или твердотельных реле) тиристоры находятся в открытом состоянии малый промежуток времени, поэтому потери от прямого тока не сказываются на общее значение потерь.
Потери в твердотельных реле зависят от прямого падения напряжения на тиристорах, входящих в состав реле, и от протекающего через реле тока. Потери активной мощности равны
∆ ТТР = ТТР ТТР,
где ТТР – ток через реле,ТТР – падение напряжения на реле в открытом состоянии,
которое указывается в технической документации.
Таким образом, общие потери активной мощности в конденсаторной установке будут равны:
∆ КУ = ∆ К + ∆ Т + ∆ ТТР
66
Что касается потери мощности в технологическом оборудовании в зависимости от величины напряжения - они определяются отдельно для каждой конкретной группы однородных по нагрузке и схеме электроснабжения приемников с учетом потерь в трансформаторах и сетях:
n |
|
|
∆P = ∑∆Pi f (KU , K0i , βi |
) |
(3.22) |
i=1
где ∆Pi - номинальное значение мощности, составляющей потери для i-го приемника, кВт;
KU , K0i ,βi – значения относительной величины напряжения,
коэффициента одновременности и загрузки электроприемника.
С учетом того, что основными потребителями электроэнергии предприятия являются промышленные механизмы (в составе которых электродвигатели), то можно пренебречь потерями в технологическом оборудовании, так как их доля незначительна и далее в расчетах может не рассматриваться
Как было отмечено выше, решение задачи оптимизации лежит в определении минимума функции издержек, зависящей от структуры и мощности компенсирующих и регулирующих средств в типовом узле нагрузки с учетом энергоэкономических характеристик отдельных электрических подсистем (3.16).
Поэтому, второй этап оптимизации управления режимами узла нагрузки заключается в нахождении таких параметров распределения элементов генерации реактивной мощности и их возможных ступеней регулировки, при которых соотношение величин напряжения и реактивной мощности узла нагрузки будут соответствовать минимуму издержек (приведенных затрат).
Рассмотрим принцип расчета этих параметров на примере типового узла нагрузки, эквивалентная схема которого приведена на рис.3.5.
При изменении реактивной мощности, путем изменения тока возбуждения СД или коммутацией ступеней конденсаторной установки изменяется, с одной стороны, изменяется потребляемая
системой реактивная мощность Q0 , а с другой стороны, - полный ток системы электроснабжения I0 и, вследствие изменения падения
67
напряжения ∆U0 на входном импедансе Z0 (рис. 3.5), - напряжение U0 узла нагрузки.
К подузлам
Рис. 3.5. Эквивалентная схема узла нагрузки
Значение Z0, как правило, определяется путем преобразования расчетной схемы, состоящей из ряда параллельных линий электропередачи различного напряжения. Для этого необходимо привести параметры всех цепей к единой ступени напряжения (U0) и определить результирующее значение импеданса
Z0.
Из векторной диаграммы (рис. 3.6) видно, что при данном значении полного тока системы I0 и известных величинах входных сопротивлений R0 и Х0 можно определить значение ∆U0:
∆U |
0 |
= I |
o |
R |
2 |
+ X |
2 |
(3.23) |
|
|
|
0 |
|
0 |
|
или
68
∆U0 = 
(I02a + I02p )(R02 + X02 ) ,
где Ioа , I0р - значения активного и реактивного тока узла нагрузки
соответственно.
Значение напряжения Uc до входного импеданса
определяется |
по теореме косинусов с учетом угла |
||||
ϕС = arctg(X0 / R0 ) : |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
UС = |
U02 |
+ ∆U02 |
− 2U0 ∆U0 cos(180 − (ϕC − ϕ0 )) |
(3.24) |
|
Или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UС = |
U 02 |
+ ∆U 02 |
+ 2U 0 ∆U 0 cos(ϕC − ϕ0 ) |
(3.25) |
|
69
Рис. 3.6. Векторная диаграмма эквивалентной схемы электроснабжения
70