Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Преобразование и стабилизация параметров электроэнергии

..pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
12.11.2023
Размер:
9.2 Mб
Скачать

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНСКОЙ ССР Институт электродинамики

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И СТАБИЛИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Сборник научных трудов

Киев Наукова думка 4990

УДК 621

Преобразование и стабилизация параметров электроэнергии: Сб.науч. тр . / АН УССР. Ин-т электродинамики; В.Г.Дуэнецов (о тв . р а д .), -

Киев : Наук, думка, 1990. -*1 4 4 с . - I S M 5 -42 -001010 -5

Освещаются различные аспекты проблемы преобразования параме­ тров электрической энергии и построения высокоэффективных преоб­ разовательных устройств для стабилизации параметров качества элек­ троэнергии. Описаны устройства для регулирования и симметрирова­ ния напряжений, компенсации реактивной мощности, преобразования параметров электроэнергии в сетях с изолированной нейтралью и че­ тырехпроводных сетях . Приведены данные о практической реализации рациональных схемных решений и внедрении их в народное хозяйство.

Для научных и инженерно-технических работников.

Редакционная коллегия

В.Г.Кузнецов (ответственный редактор), Б.П.Борисов, Г.А.Моокаленко, И.В.Мостовяк, А .Д .^зы ченко, В.А.Новский. В.Б.Панлов,

Л.С.Триголова (ответственный секретарь), Ю.И.Тугай, В.С.Федий, А.К.Шидловский

Утвередено к печати ученым советом Института электродинамики АН УССР

Редакция информационной литературы

Редактор В.С.Якубенко

гг 2202010000-091

_

 

 

П Т Г22ГП И Т = Я Г - 4°9-<ЭО

 

 

ISSN 5-12 -001010 -5

С)

Инотитут

электродинамики

^

АН УССР,

4990

УДК 621 .316 .11

А.А.Висящев

УСТРОЙСТВА СИММЕТРИРОВАНИЯ НЕПОЛНОФАЗНЫХ РЕЖИМОВ ЛЭП С ПРОДОЛЬНЫМИ И ПОПЕРЕЧНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Предложен способ симметрирования неполнофазных режимов линий электропередачи с помощью продольных емкостных элементов в неоткягочаемых фазах линии, а также сочетания емкостных сопротивлений в одной из фаз ЛЭП и нейтрали силового трансформатора. Предложена инженерная методика расчета параметров симметрирующих устройств продольно-поперечной структуры, получены уравнения связи между па­ раметрами элементов СУ, подключаемых по -концам ЛЭП. Проведен рас­ чет параметров устройств симметрирования HP ЛЭП.

Как показал анализ неполнофазных режимов линий электропередачи (HP ЛЭП) /57, в большинстве случаев использование таких режимов

в качестве эксплуатационных является недопустимым. Это обусловле­ но низким качеством напряжения на шинах нагрузки, питаемой по не­ полнофазной ЛЭП, а также резким ухудшением условий работы оборудо­ вания и различных элементов электрической сети.Вследствие этого устойчивые повреждения фаз линии, а также режимы, возникающие при ремонтах ЛЭП и плавке гололеда, сопровождаются ее отключением,что приводит к.нарушению оптимального потокораецределения в электри­ ческой сети и увеличению потерь электроэнергии, а также нарушению распределения нагрузки мевду электростанциями. Все это приносит значительный ущерб народному хозяйству.

В наотоящее время большое внимание уделяется проблеме коррек­ ции параметров HP, в частности их симметрированию. Наибольшее рас­

пространение получили методы симметрирования HP ЛЭП, основанные на соадании в электрической сети дополнительных токов или ЭДС об­

ратной последовательности, которые компенсируют соответствующие

величины параметров, создаваемые неполнофазной ЛЭП. В качестве

симметрирующих устройств (СУ) могут быть использованы статические

устройства с реактивными элементами, .подключающиеся к сети попе­ речно P Î J % цредольно /2/, в нейтрали силовых трансформаторов /9/,

ISBN 5-12 -001010 -5’. Преобраз,

и стабилизация параметров

электроэнергии. - Киев, 1990.

3

а также СУ с комбинированной структурой /4/* Преимущество СУ с продольными и продольно-поперечными элементами состоит в следутощем: они могут быть выполнены нерегулируемыми, а также позволять

симметрировать HP одновременно в двух узлах /2/. Однако установ­ ленная мощность продольных элементов этих СУ сравнительно велика, что ограничивает возможности их использования.

В настоящей работе предложен способ симметрирования HP ЛЭП с помощью продольных сопротивлений, включенных в фазы линии, а

также рассматривается ряд схемных решений СУ с комбинированной структурой подключения силовых элементов к сети с использованием

указанных сопротивлений. Это будет способствовать снижению уста­ новленной мощности СУ.

Большинство существующих подходов к определению параметров элементов СУ, использующих метод симметричных составляющих (СС)

/Î ,3 ,6 ,7 / , имеет ряд существенных недостатков: при определении па­

раметров СУ с поперечными элементами исходят из условия компенса­ ции тока обратной последовательности, величина и фаза которого оп­ ределяются до подключения СУ ; не учитывается или учитывается при­ ближенно взаимное влияние СС параметров режима; возникают трудно­ сти при наличии в электрической сети нескольких источников несим-

метрии (в том числе СУ). В работе предложена методика, по ко­

торой параметры СУ IIP ЛЭП находятся путем решения системы нелиней­ ных уравнений, описывающих HP и граничные условия в местах несимметрии. Однако данная методика была реализована только на програм­

мном. уровне, что требовало применения средств вычислительной тех­ ники. В настоящей работе определяются параметры элементов СУ о ис­ пользованием алгоритма методики /4/, получены аналитические выра­ жения для определения параметров элементов СУ комбинированной

структуры.

 

 

Рассмотрим схему электрической сети (рис. 4 ) ,

содержащую не­

полнофазную линию НЛ, передающую и приемную системы

GÎ и 02, СУ

с последовательно включенными в фазы линии сопротивлениями СУ4,

поперечные СУ по концам линии с элементами,

соединенными в треу­

гольник - СУ2 и СУЗ. Схема замещения прямой,

обратной и нулевой

последовательностей данной электрической сети аналогичны приведен­ ным в / 57. Определим условие симметрии напряжений на шинах прием­ ной подстанции. При этом исходим из допущения, что подключение СУ поперечной структуры на одном из концов ЛЭП не влияет на парамет­ ры режима на противоположной подстанции. Запишем систему уравнений, описывающих HP для случая подключения СУ1 и СУ2. Граничные условия для мест несимметрии имеют вид / 5, §7

4

;

\

(i

 

 

 

 

! 4

4

4

!

ГА

A Ù2

\

i 4

4

4

,

4

ч '

 

i

i

4

4

[

K

114

!

г г

f (У )

V

i

ч

 

,

l

4

4

U )

4 ;

4 /

' P *

 

= âù2

il

 

 

 

ГА

+ *гл

+ 4# О ,

 

где AUj ,

£1/г ,

âÙ'

_

сс

падения напряжения на участке

с про­

àu0

"-

дольным СУ;

1}А,

12А .

1в4

-

сс

токов в линии; AÙ; , AV,,

AVe -

СС падения напряжения в месте разрыва;

/ Щ

-

СС токов, по­

требляемых СУ2;

 

 

(/JW -

СС напряжения в

месте

подключения СУ2;

4 - / / 4 / 4 * 4 ) ;

 

4 = / < 4 " Ч + a % h 4 - { 4 -

 

ZJJ , Zg , Zc - сопротивления элементов

СУ1,

включенных соответст­

венно в

фазы Л, В,

С линии;

У;;

» У

 

+ */

 

 

 

 

 

 

 

У2Г= -(а

У/}В+аУс/1 + ygC);

 

 

проводимости элемен­

тов

СУ2,

 

подключенных на

соответствующие меадуфазные напряжения;

а = е 3 *20', a z^e~J?2°

-

операторы

поворота.

 

 

 

 

 

Запишем уравнения для схем замещения по законам Кирхгофа:

 

 

 

■ 4 *4 * Ч + ' # + д * 9 }= й ,

 

 

 

 

 

 

 

 

4 4

* ^ 4 *

^4 “ &*

 

 

 

 

 

 

(2>

 

 

 

}

(C)Z<;

C) -

Ùf W

- û t

Z /CJz j c) - ù /( > = û ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

f (9)

:(c)

 

 

i

 

;fyJ

 

i (с)

л

 

 

 

 

 

 

'

 

J7

 

Г2 Г

Тг.

- Кг

 

 

 

где

Е7 -

 

ЭДС прямой последовательности передающей системы;

Zr ,

Z

ч

Za

-

эквивалентные

сопротивления

схем

замещения соответст­

венно

прямой,

обратной и нулевой

последовательностей;

f j c ) -

СС токов

 

в приемной системе; z f î

l j

c* -

сопротивления соответствен­

но прямой и обратной последовательностей нагрузки,

с помощью ко­

торой моделируется приемная система.

 

 

 

 

 

 

Систему уравнений

( 1 ) ,( 2 )

путем исключения переменных

приво­

дим к виду

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 "V 4 о * W

” ) - 4 U

''4

'eV ' 4 У 4 4 4 '" -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(a)

*

*[ * 2 r ^ s ^ J c i * 4 ?

 

 

) ] - / } :

 

 

где ZJ7

=Z7

r

- z p

-Z „

-rz0 ,

t/2

' Z ^ t Z ^ L + Z r i - Z , ,

 

-'-'-p • <■„

^

 

■‘v’/

4

4

^4 * 4

> 4.2 =4 ^^4 ~4 ~^P*

 

Из выражения

(3 ) получаем условие равенства

нулю тока

обра­

тной последовательности в приемной системе

 

 

 

(?о * Zx + Z p -2 Z jj)(l+ y n z W )+ (Z0 +Z2 " 4 ~ 4 * ^ 4 ^ 4 / 4

(4 )

Цри отсутствии поперечного СУ условие .(4 )

принимает ввд

 

 

 

 

4

*ZX* Zp -ZZJJ=О

 

 

 

или

 

 

 

 

 

. - J 6 0 .

 

 

(5 )

 

 

 

Z„ + z . e * 60 + z„e~

 

 

 

 

 

 

 

V “

 

“c *

 

 

 

 

Определим из

(5 )

параметры реактивных

элементов СУ1:

 

 

 

Я„

 

 

 

р„

 

 

 

 

с ~ f ?

 

X0 t

 

4 =

Л ° — /

 

 

 

 

 

/2 Н

л0

 

 

Таким образом, для симметрирования HP ЛЭП необходимо вклю­

чить в неповревденные фззы линии емкостные сопротивления, величи­

ны которых определяются параметрами схемы замещения нулевой п о -

et

НА

С2

следовательности. Данное СУ пока­

зано на рис, 2 .

Значения Лл и Лс

 

 

 

 

 

 

примерно одинаковы и отличаются

 

 

 

на величину

По сравнению с

 

 

 

устройством [ 2 ]

суммарная установ­

Рис Л

 

 

ленная мощность

элементов предла­

 

 

гаемого СУ примерно в 3 раэа меньше.

 

 

 

 

Если скомпенсировать сопротивление нулевой последовательно­

сти,

например,

о помощью конденсаторной батареи

(КБ) /Э/, включае­

мой в нейтраль трансформатора, до величины реактивной составляю--

щей, равной •—=?, то величина

сопротивления Хе

равна нулю,

а Хс *

. Схема данного СУ показана на рис. 3 . По сравнению

о уст­

ройством /§/, мощность КБ в

нейтрали уменьшается в > р а з,

дце

 

&.Хл

 

 

 

Г Г Xp-fip

 

 

Установленная мощность

сопротивления в

нейтрали и фазе

уменьшается в 3 р аза; При включении данного устройства в отличие

6

от устройств /9/ токи и напряжения в нейтрали силового трансфор­

матора

значительно меньше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определим, параметры ОУ2 из

условия

( 4 ) . Для этого представим

данное

выражение в

следующем виде:

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л(1 +8Х )•*■ CZ = О

 

 

(6)

где

 

 

 

 

 

 

160О

 

 

-iso

 

 

 

(С ).

 

 

 

 

 

А = z0 + zB е^ '

+ z ,e

 

 

 

 

 

 

 

 

+

4

 

 

Zc

J jZ 7

e

;

 

*

 

= ^ai

+ Ъса

+ *ScJ z ' a icb + a6c a 1~

*6с >

 

 

 

 

 

 

 

 

f

-

угол,

соответствующий группе

соединения обмоток трансформа­

тора

i f

Ф 0 , если СУ2 подключено на стороне

треугольника силового

трансформатора /57 или специального трансформатора /б/).

 

 

 

Запишем параметры СУ через

переменные

/ и / ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

1

 

-/

X g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*ca

II

a z

 

g

 

J

 

z

 

(7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

a 2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

h c

 

 

 

/ 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дце

Z * -

вектор,

сопряженный Z .

7 в

Л __ ^

у

 

 

 

Из выражения (6)

следует,

что

(8)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С

С

Л

 

 

 

Сопряженный комплекс.определится как

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А*8*

X .

 

 

 

 

(9)

 

 

Минимум функции

f = \ l a 6 \+\6c a \ *

I9f c \

будет находиться в

точке,

соответствующей равенству нулю одного из параметров:

6a t ,

igg

или

 

9hc . Рассмотрим калщый случай.

 

 

 

 

 

 

При

Sa 1 ,- 0

из

(7) получаем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

,

< « «

 

 

Подставив (10)

в

( 8 ) ,

( 9 ) ,

введя

обозначение

-0= ^ £ -, получим

г ( [ г -

т I sos г Гр+ r,

Ieos(Ÿtf îz o t)

°са л 7

( — :--------------------

т

*

 

î

- \ J 8 \ cosC fp *Г в +

в )

1 U }-\ Z 8\ cos(Y j,f r ,) J W oojs(yn+ /zoe)

 

S c S \

7 -\J> 8\C O S (rj,1 -rs y-,20e)

-

I Д I eosra

~

 

l8 lm fe-/? oj}/

J

При

 

6c a ~ °

 

 

 

 

 

 

 

l h -W B X c o sÇ Y p +

J20° ) ] u , , c e s f o

uab~ j

/

'

-\D \c o s (Ÿ /W

)

 

 

- n o ' )

 

V

 

0 - \ Л В \ cestfj, + УЙ ) ] \ 1>\ cos ( Г у 720°)

(12)

 

/

7 -\J>81COS (Г^+Га ~ /20°)

-\J7\C0S Г„

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При

bi e » 0

 

 

 

*

ai

_

i[[7 -m \ co s(fp +rs+W)]\J7\ci>sr„

 

 

 

3 \

/-

U>#\cos(fj +rs~)

“—mcoslfj+?20)

(13)

 

 

 

[7- rn\cos(fy f y 720°)J moos

 

 

 

 

 

 

^ca~ I

/ -

\ J t t \ C O S ( f j + P j )

~\О\ш(Гу720°)

 

Для определения оптимальных с точки зрения установленной мощ­ ности параметров элементов СУ с комбинированной структурой надо рассчитать значения проводимостей по формулам (И ) - ( 1 3 ) и из полу­ ченных решений выбрать вариант, соответствующий наименьшей суммар­

ной установленной, мощности* При этом учет продольных эле­ ментов может быть осуществ­ лен двумя способами. Первый заключается в подстановке в выражения ( И ) - ( ! 3 ) значений сопротивлений, включаемых

продольно, и нахождении параметров поперечных элементов. Второй способ состоит в следующем: в выражениях C1Ï ) —(^СЗ) одна из прово­ димостей приравнивается нулю, и полученная система уравнений реша­ ется относительно оставшегося параметра поперечного элемента и со­ противления Х8 или Хс „ Первый способ более простой, но решение на­ ходится только перебором вариантов. Параметры элементов СУТЗ, под­ ключенного на передающем конце ЛЭП, определяются аналогично пара­ метрам СУЗ по приведенному выше алгоритму. Приблизительно их мож­ но определить следующим образом. Предположим, что токи обратной последовательности по концам неполнофазной ЛЭП равны, а величины напряжений прямой последовательности на шинах передающей и прием­ ной подстанций поддерживаются одинаковыми и равными номинальному фазному напряжению, 'При симметрировании HP до 1^=0 на обеих под­ станциях для СУ2 и СУЗ можно записать

Уф НОМ

УфНОМ

1де 1 ^ 1 , ?т2 - соответственно величина и фазовый угол тока об­

ратной последовательности в линии;

номинальное фазное на-

цряжение ; (Р - разность между фазами напряжений прямой последо­ вательности по концам ЛЭП; параметры СУ2 обозначены верхним ин­ дексом "штрих", СУЗ - индексом "два штриха".

Из выражений (44) путем преобразований можно получить урав­ нения связи менаду параметрами элементов СУ, включенных по концам ЛЭП, Так, для элементов, подключаемых на линейные напряжения меж­ ду фазами А и В, В и С, уравнения связи имеют вцц

f>as -

ï 4

=-[ ЪтЗ cos № * 30°)

o i l

(15)

.

\

г.

h c ' w l Ь s i ” * ~

^ “ 3 0 У

 

Значение угла (f в (Ï5 ) определяется величиной активной мощ­ ности Р , передаваемой по ЛЭП при HP. При малых значениях Р пара­ метры СУ2 и СУЗ попарно равны и противоположны ио знаку. При боль­ ших значениях ( Р > 0,2Р„ат ) сначала рассчитываются параметры эле­ ментов СУЙ по формулам ( Ш - ( 1 3 ) , а затем - СУЗ по выражениям (4 5 ) .

4 . Белоусов ИЛ?.,

Лосев С .Б,

Иепащ|о$ззний режем электооиепедачи

 

со

статическими

компенсаторами // Электричество. - 4 9 3 6 . -

 

2 ,

Jp.

10 . - С* 9 -1 3 ,

 

 

 

непо/тофазиых режимов

Вазлгпн ЛЛ1., Дронов В %№. Сюллетрнролакиа

 

г*оследояательио включаемыми соипотшзленияш // Изв. вузов.Энер­

 

гетика. - 198 2 .

*•

}р 5 . -

С. 82-В 4.

 

 

 

3 , Жуков IÎ..A., Ха Хок

Чпк. О

применении батарей статических кон­

 

денсаторов для с IIMMÔтрнроваш-ш неполнофаи?шх режимов электри­

4„

ческих систем // Электричество. - 4936 . -

JP S. - С.

51 -5?.

 

Кузиснов В .Г ., Николаенко

В .Г ., Висяшев А»А. Анализ устройств

 

Kogçei-auiu реполнофазных режимов ЛЭП // Техн. эдектродии^шса.

5

Хузнеч™] В , Н и к о л а е н к о

В .Г .,

Вислщев А. А. Математические

мо­

 

дели и анализ неполиофазных режимов ЛЭП / /

Т а м же. -

jfc 4 .

-

6„

С. 6 2 -6 7 ,

 

 

А.АС Наполпофаэтше. режимы электропе­

Левиютсйи М.Л., Кэдтчшй

 

редач, оснащенных статическими

тиристорными комиеисаторалш

по­

 

активней мощности // Изв. АН СССР. Энергетика к транспорт. -

7 .

4 9 8 6 . — №2 . — С. 6 5 -7 5 .

 

 

 

 

 

Мельников II.А. Симметрирование негкшнэдазного режима с помощи)

 

кондецеато^св поперечной компенсации // Электричество. - 1962.

8 . Шдцловский А .К ., Кузнецов В .Г ., Николаенко В .Г . Анализ режимов в трехфазных электрических цепях с несимметричными элементами.-

Киев.

- 1 9 8 3 . - 26

с . - (Препринт / АН УССР, Ин-т

электродина­

мики;

№3 2 9 ).

ШШ Н 0 2 7 3/26. Высоковольтная

электрическая

9 . А .с .

942199 СССР,

сеть

/ Г.А .Генрих,

Л.А.Никонец, Н.Н.Иванова. - Опубл. 0 7 .0 7 .8 2 .

Бгол.

tè 2 5 .

 

 

УДК 6 2 1 .3 1 1 :6 2 1 .3 1 6

А .С .Григорьев, А.Т.Лысенко ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ. ЗАДАЧА КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

В ПРОМЫШЛЕННЬК СИСТЕМАХ ЭЛВКТРОСНАЫЕНИЯ

Приведена постановка эксплуатационной задачи компенсации реактив­ ной мощности в промышленных системах электроснабжения (СЭС), àaключающейся в оптимизации потокораспределения реактивной мощности. Предложена методика расчета поставленной задачи для случая ради­ альной разветвленной СЭС и ее реализация для приближенных расчетов оптимального распределения или перераспределения функционирующих средств КРМ с использованием данных о месячных расходах электро­ энергии цеховых трансформаторов.

Существующие и проектируемые системы электроснабжения (СЭС) про­ мышленных предприятий должны быть надежными, экономичными и обес­ печивать необходимые показатели качества электроэнергии. В связи с требованиями экономической целесообразности принимаемых техниче­ ских решений важное народнохозяйственное значение приобретают ис­

следования, связанные с нахождением оптимальных параметров СЭС и

режимов ее работы.

Задача компенсации реактивной мощности (КРМ), как и все тех­

нико-экономические задачи рационального построения СЭС, является

оптимизационной. При этом на начальной стадии проектирования опре­

делены расчетные нагрузки предцриятия, произведены выбор рациональ­

ных напряжений и числа трансформаций, а также экономически целесо­

образных сечений проводов и жил кабелей, размещение подстанций. Решением задачи КРМ должен быть рациональный выбор типа, мест ус­

тановки, мощности и параметров средств КРМ в СЭС промышленного

предприятия, а также выбор способа и закона управления ими.

Обычно вопросы КРМ решаются на стадии,проектирования СЭС цромпредприятий, когда наряду с определением оптимальной схемы и

параметров СЭС производится выбор мест установки и параметров

средств КРМ. Получаемое техническое решение находится для режима максимальных нагрузок исходя из требований энергосиотемы ( Q3 J )

Д / и должно соответствовать рациональному сочетанию затрат на ком-

ISBN Ь-\2 -0 0 1 0 1 0 -5 .

Преобраз, и стабилизация

параметров

Ю

электроэнергии, -

Киев, 1990,.