Регулирование потребления реактивной мощности и энергии с помощью потребителей-регуляторов мощностей в условиях шахт и рудников тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Телегин, Виталий Дмитриевич

• Телегин, Виталий Дмитриевич
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Телегин, Виталий Дмитриевич

Содержание

Стр.

Введение

Глава 1. Регулирование реактивной мощности на горных предприятиях

1.1. Анализ вопроса регулирования реактивной мощности

1.2. Потребители-регуляторы реактивной мощности

Выводы к главе 1

Глава 2. Связь между активной и реактивной мощностями ПР-РМ

2.1. Асинхронный двигатель

2.2. Синхронный двигатель

2.3. Конденсаторная батарея

2.4. Принципы регулирования реактивной мощности

2.5. Регулировочные характеристики ПР-РМ

Выводы к главе 2

Глава 3. Статические характеристики узла нагрузки

3.1. Активный эксперимент

3.1.1. Моделирование РМ узла нагрузки

3.2. Промышленный (пассивный) эксперимент

3.2.1. Моделирование РМ узла нагрузки

3.2.2. Статическая характеристика в зависимости от интервала регулирования

3.3. Определение глубины регулирования и регулировочной характеристики узла нагрузки

3.3.1. Узел нагрузки с АД

3.3.2. Узел нагрузки с СД

3.2.3. Узел нагрузки с АД, СД и КБ

Выводы к главе 3

Глава 4. Ранжирование потребителей-регуляторов реактивной мощности

4.1. Ранжирование ПР-РМ при рассмотрении их нагрузки по-отдельности

4.2. Ранжирование ПР-РМ при наличии статических характеристик

узла нагрузки в целом

Выводы к главе 4

Глава 5. Выбор параметров ПР-РМ при регулировании

реактивной мощности

5.1. Алгоритмы и блок-схемы алгоритмов программ "Квант"

5.1.1. Множественный корреляционный и регрессионный анализ

5.1.2. Метод планирования эксперимента

5.1.3. Исследование функции на экстремум методом квантования

5.2. Определение значений независимых факторов для

заданного уровня РМ

5.3. Промышленный эксперимент

Выводы к главе 5

Заключение

Список литературы

Приложение №1. Программа измерений электрической мощности на

шахте "Ленинградская"

Приложение №2. Акт внедрения результатов диссертационной работы

Приложение №3. Листинг пакета программ "Квант"

Приложение №4. Пример счета на ЭВМ по программе "Квант"

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Регулирование потребления реактивной мощности и энергии с помощью потребителей-регуляторов мощностей в условиях шахт и рудников»

Введение

В настоящее время горные предприятия, включая шахты и рудники (ГП), являются одними из самых крупных потребителей электрической энергии. Этот факт подчеркивается в диррективных материалах РАО "ЕЭС России", подготавливаемых к применению, при регулировании режимами потребления электрической энергии промышленными предприятиями [73]. К области регулирования потреблением электрической энергии предприятиями относится и регулирование реактивной мощности [1, 4, 5, 9, 11, 20], в чем заинтересованы как энергоснабжающие организации, так и сами потребители. Заинтересованность потребителя заключается в возможности получения скидок за компенсацию реактивной мощности и снятия надбавок за перерасход заявленной реактивной мощности и энергии. Заинтересованность энергоснабжающей организации заключается в выравнивании графика электрических нагрузок системы электроснабжения [14, 16].

Регулирование реактивной мощности может быть осуществлено с помощью комплекса потребителей-регуляторов мощности. В этом смысле, основополагающим трудом является монография Г.С. Хронусова [71], включающая целый спектр вопросов, связанных с регулированием потребления мощности. Основной акцент в работе сделан на регулирование активной мощности. Что касается реактивной мощности, то в работе предложены основные принципы ее регулирования без четкой связи с регулированием по активной мощности. Круг малоизученных вопросов можно очертить следующим образом:

• отсутствует четкое определение видов электрических нагрузок (включая их ка-тегорийность), которые могут быть использованы в качестве потребителей-регуляторов реактивной мощности (ПР-РМ);

• отсутствует классификация основных видов воздействий на ПР-РМ, позволяющих эффективно регулировать потребление (генерацию) реактивной мощности;

• не определена физическая связь между активной и реактивной мощностями по-

требителей регуляторов мощности в процессе регулирования;

• не дано четкое определение регулировочных характеристик и глубины регулирования, с учетом потребления или генерирования, увеличения или уменьшения потребления реактивной мощности;

• отсутствует разработка подхода к формированию регулировочных характеристик ПР-РМ;

• отсутствует методика ранжирования ПР-РМ, с учетом связи режима их работы с потребителями-регуляторами активной мощности (ПР-АМ).

В очерченной области, как в отечественной, так и в зарубежной науке, имеется немало достижений. Среди ученых, внесших наибольший вклад в решение вопросов по компенсации и регулированию реактивной мощности, а так же вопросов, связанных с этой проблемой можно выделить: Б.Н. Абрамовича, В.В. Алексеева, Б.П. Белых, A.M. Берков-ского, Г.А. Багаутдинова, С.А. Волотковского, С.М. Гамазина, JI.B. Гладилина, Е.П. Ерму-ратского, Е.Е. Ермуратского, И.В. Жежеленко, Ю.С. Железко, О.В. Иванова, В.П. Ильяшо-ва, В.М. Квятковского, Б.И. Кудрина, Э.Г. Куренного, Г.С. Кучинского, A.M. Лими-товского, A.B. Ляхомского, Ю.П. Миновского, Г.Г. Пивняка, A.B. Праховник, Е.М. Проскурякова, Г.И. Разгильдеева, В.М. Рачек, В.Г. Соболева, В.И. Серова, A.A. Федорова, Г.С. Хронусова, В.В. Шевченко, В.И. Шуцкого и ряд других видных ученых.

На основе результатов, полученных в работах указанных авторов и на основе работы, проведенной автором, была сделана попытка решить поставленные вопросы по актуальной теме, - регулирование реактивной мощности (энергии) на горных предприятиях, и в частности на рудниках и шахтах.

Работа выполнена на кафедре электротехники и электроснабжения горных предприятий Санкт-Петербургского государственного горного института им. Г.В. Плеханова (технического университета).

Целью диссертационной работы является разработка концепции и методики регули-

рования потреблением реактивной мощности с помощью комплекса потребителей-регуляторов реактивной мощности в условиях ГП.

Идея работы заключается в уменьшении оплаты за потребление электроэнергии ГП при удовлетворении требований энергосистемы.

Для достижения поставленной цели, в работе решаются следующие задачи:

• На основе анализа электрических нагрузок, применяемых на ГП, определяются их виды, включая категорийность, которые могут быть использованы в качестве ПР-РМ.

• На основе анализа видов воздействий на ПР-РМ, производится их классификация и определяется их эффективность в процессе регулирования потреблением (генерацией) реактивной мощности.

• На основе исследований и анализа известных зависимостей определяется связь в процессе регулирования, между активной и реактивной мощностями ПР-РМ.

• Определяются регулировочные характеристики, с учетом знака изменения реактивной мощности в процессе регулирования.

• Определяются возможность использования аналитических выражений для отдельных видов нагрузки и узла нагрузки в целом, для формирования регулировочных характеристик ПР-РМ.

• Разрабатывается методика ранжирования ПР-РМ при рассмотрении их в отдельности и в целом узла нагрузки.

Решение указанных задач предусматривает выполнение большого комплекса работ: обработка статистических данных, полученных в лабораторных условиях и в реальных электросетях; разработка математических моделей зависимости реактивной мощности узла нагрузки от факторов, влияющих на ее величину; анализ литературных источников; разработка и отладка пакета программ на ЭВМ; оценка погрешности на основе теории случайных процессов и т.п.

Научная новизна работы представлена следующими положениями:

• определена связь между активной и реактивной мощностями потребителей-регуляторов в процессе регулирования мощности;

• предложен метод определения регулировочных характеристик ПР-РМ с учетом знака необходимого изменения потребления реактивной мощности приемника или узла нагрузки в целом;

• предложено использование статической характеристики, при определении глубины регулирования ПР-РМ и узла нагрузки;

• предложена методика ранжирования при рассмотрении ПР-РМ для единичных приемников и узла нагрузки в целом.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, близкой сходимостью расчетных и опытных данных.

Практическая ценность работы состоит в том, что:

• разработаны и внедрены программы по формированию статической характеристики узла нагрузки, содержащего АД, СД и КБ как вместе, так и по отдельности;

• разработана методика определения рангов ПР-РМ;

• разработана классификация основных воздействий на ПР-РМ, при учете взаимосвязи их реактивной и активной мощности, в процессе регулирования;

• разработана методика определения регулировочных характеристик ПР-РМ и определения численным методом значений независимых факторов, обеспечивающих необходимую глубину регулирования узла нагрузки, и разработан пакет программ для ЭВМ;

• разработана методика регулирования реактивной мощности для условий шахт и рудников.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Телегин, Виталий Дмитриевич

Выводы к главе 5:

1. Разработан алгоритм определения значений независимых факторов, обеспечивающих необходимый уровень реактивной мощности в узле электрической нагрузки. В основе алгоритма лежит статическая характеристика узла нагрузки и методика ранжирования ПР-РМ.

2. Расчет возможных и необходимых значений глубины регулирования, на основе полученных статических характеристик (для АД, СД и узла нагрузки, содержащего АД, СД и КБ), возможен лишь численным методом квантования. Для решения данной задачи создан пакет программ для ЭВМ "Квант". 3. Внедрение результатов исследований, полученных в работе на шахте "Ленинградская" ОАО "Ленинградсланец" может дать экономический эффект в размере 230 тыс. руб. / год (в ценах июля 1998 г.).

Заключение

Исходя из представленного материала, можно сделать вывод о том, что в работе определен основной круг задач, решение которых необходимо при регулировании реактивной мощности на шахтах и рудниках, при использовании комплекса потребителей-регуляторов реактивной мощности. Показано, что наиболее удобным способом формирования регулировочных характеристик является способ с применением статических характеристик, как отдельных потребителей-регуляторов реактивной мощности, так и узла нагрузки в целом.

В работе были поставлены и решены следующие задачи:

• На основе анализа существующих зависимостей и полученных статических характеристик отдельных ПР-РМ определены основные виды воздействий, позволяющих эффективно регулировать потребление реактивной мощности во взаимосвязи с регулированием активной мощности.

• Определены виды степенных полиномов, описывающих статические характеристики отдельных приемников и узла нагрузки в целом. Показано, что интервал времени, при снятии статических характеристик должен совпадать с интервалом регулирования нагрузки. Стабилизация коэффициентов полинома характеристик для условий горных предприятий составляет порядка 15 минут.

• Предложен метод определения регулировочных характеристик ПР-РМ с учетом знака регулирования на интервале ДТ^, основанный на определении глубин регулирования отдельных ПР-РМ и узла нагрузки в целом. При этом глубина регулирования по реактивной мощности: для АД может составить до 40% с помощью изменения уровня напряжения; для КБ - с помощью изменения числа секций и уровня напряжения и может составить 1,1 от номинального значения РМ КБ; для СД — с помощью изменения тока возбуждения и напряжения.

• Разработаны методы ранжирования ПР-РМ при их отдельном рассмотрении и рассмотрении узла нагрузки в делом. В основу метода ранжирования ПР-РМ положена наибольшая экономическая эффективность от регулирования потребления РМ, причем первым критерием является удельная экономическая эффективность на единицу регулировочной характеристики.

• Разработан алгоритм регулирования потребления РМ, основой которого являются определение регулировочной характеристики и ранжирование ПР-РМ, при условии обеспечения эффективных значений РМ на интервалах регулирования At¡.

Таким образом, на основе решения вышеуказанных задач была достигнута основная цель работы, которая заключалась в разработке подхода к регулированию потреблением реактивной мощности и энергии с помощью потребителей-регуляторов мощности, в условиях шахт и рудников.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Телегин, Виталий Дмитриевич, 1998 год

Список литературы

1. Аберсон M.JI. Оптимизация регулирования напряжения. - М.: Энергия, 1975.

2. Абрамович. Б.Н., Каменев П.М. Регулирующие эффекты нагрузки промышленных предприятий и их использование в часы максимума энергосистемы. / Промышленная энергетика. - 1988, № 8.

3. Абрамович Б.Н., Круглый H.A. Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей. - Л.: Энергоатомиздат, 1983.

4. Аджиев М.Э. Энергосберегающие технологии. / Промышленная энергетика, 1992. -№3.

5. Анализ и планирование электропотребления на горных предприятиях. - М.: Недра, 1983.

6. Бендай Дж., Пирсон А. Измерение и анализ случайных процессов. - М.: Мир, 1974.

7. Бочаров М.К. Исследование реактивных нагрузок и их компенсация в системах электроснабжения горных предприятий. - Донецк: ВНИИВЭ, 1983.

8. Брандт 3. Статистические методы анализа наблюдений. М.: Мир, 1975. - 312 с.

9. Веников В.А. Статические источники реактивной мощности в электрических сетях. -М.: Энергия, 1975.

10. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. Учебное пособие для ВУЗов., изд. 2— е, доп. и перераб. - М.: Высшая школа, 1976.

11. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисев М.С. Регулирование напряжения в электрических системах. - М.: Энергоатомиздат, 1985.

12. Вершинин П.П., Бугаенко A.B. Определение реактивной мощности синхронного двигателя в условиях эксплуатации. / Промышленная энергетика, 1987. — № 9.

13. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989.

14. Гельман Г.А. Автоматизированные системы управления электроснабжением горных предприятий. -М.: Энергоиздат, 1984.

15. Гойхман В.М., Копытов Ю.В. Реактивные нагрузки предприятий при регулировании режимов электропотребления. / Промышленная энергетика. - 1984, №1.

16. Гордеев В.И. Регулирование максимума нагрузки промышленных электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1986. - 182 с.

17. Горский В.Г., Адлер Ю.П. Планирование промышленных экспериментов. - М.: Металлургия, 1974.

18. ГОСТ 13109-87 Электрическая энергия. Требования к качеству электрической энергии в электрических сетях общего назначения.

19. Гуревич Е.Ю., Либова Л.Е., Хачатрян Э.А. Устойчивость нагрузки электрических систем. М.: Энергоиздат, 1981.-208 с.

20. Гусейнов Ф.Г., Мамедяров О.С. Экономичность режимов электрических сетей. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 118 с.

21. Данцис Я.Б., Жилов Г.М. Емкостная компенсация реактивных нагрузок мощных токоприемников промышленных предприятий. - Л.: Энергия, 1980.

22. Демидович Б. П., Марон И. А. Основы вычислительной математики. - М.: Наука, 1966.

23. Денисенко H.A., Хофманн И. АКФ электрических нагрузок и напряжений в системах электроснабжения. / Электричество. - 1985, № 1.

24. Дрехслер Р. Измерение и оценка качества электрической энергии при несимметричной и нелинейной нагрузке: пер. с чешек. - М.: Энергоатомиздат, 1995.

25. Епанешников A.M., Епанешников В.А. Программирование в среде Turbo Pascal 7.0. -M.: Диалог-МИФИ, 1993.

26. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. О методах расчета реактивной мощности при несину-

соидальных режимах. / Промышленная энергетика. - 1985, № 12.

27. Жежеленко И.В., Степанов В.П. Развитие методов расчета электрических нагрузок. // Электричество, 1993. - № 2.

28. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии.-М.: Энергоатомиздат, 1985.

29. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. -М.: Энергоиздат, 1981.

30. Железко Ю.С. Методика определения оптимального значения реактивной мощности, передаваемой потребителю. / Промышленная энергетика, 1977. - № 1.

31. Железко Ю.С. Стратегия снижения потерь и повышения качества электроэнергии в электросистемах. / Электричество, 1992. - № 5.

32. Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф., Копылов И.П. Планирование эксперимента в электромеханике. -М.: Энергия, 1975.

33. Ившин H.A. Оптимизация режима электропотребления БУ на электроприводе. / Промышленная энергетика, 1992. - № 10.

34. Идельчик В.И. Расчеты и оптимизация режимов электрических сетей и систем. - М.: Энергоатомиздат, 1988.

35. Идельчик В.И. Расчеты установившихся режимов электрических систем. - М.: Энергия, 1977.

36. Инструкция о порядке расчетов за электрическую и тепловую энергию. / Экономика и жизнь, 1994. -№ 3.

37. Инструкция по системному расчету компенсации реактивной мощности в электрических сетях. / Промышленная энергетика. - 1990, №11.

38. Исследование схем и потоков активной и реактивной мощности в системе электроснабжения ПО "Беларускалий" (промежуточный). - JL: отчет по НИР ЛГИ, 1981.

39.

40.

41.

42.

43.

44.

45.

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52

Калиткин H.H. Численные методы. - М.: Главная редакция физико-математической литературы издательства "Наука", 1978.

Карпов Ф.Ф., Солдаткина A.A. Регулирование напряжения в электросетях промышленных предприятий. М.: Энергия, 1970. - 224 с. Корн Т., Корн Т. Справочник по математике. М.: Наука, 1974. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. М.: Энергия, 1980. - 423 с. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы математико-статистической теории наблюдений. -М.: Физматгиз, 1958.

Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. - М.: Высшая школа, 1982.

Макаров И.М., Виноградская Г.М., Рубчинский A.A., Соколов В.Б. Теория выбора и принятия решений. - М.: Наука, 1982.

Макоклюев Б.И., Комаров А.Н. Моделирование электрических нагрузок электроэнергетических систем. / Электричество, 1994. -№ 10.

Маркушевич Н.С. Автоматизированная система диспетчерского управления. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

Маркушевич Н.С. Регулирование напряжения и экономия электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 104 с.

Михайлов В.В. Надежность электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Энергоиздат, 1982.

Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. -Томск: МП "Раско", 1991.

Муравьева Н.В. Компенсация реактивной мощности на угольных шахтах в условиях несинусоидальных токов и напряжений. / Промышленная энергетика. - 1990. Об энергосбережении и повышении эффективности использования топлива и энерге-

тики. Сборник нормативных документов. М., 1996

53. Паламарчук С.И. Определение располагаемой реактивной мощности генерирующих узлов. / Электричество, 1994. - № 2.

54. Першин Ю.С., Першина JIM. Расчет оптимального режима работы синхронного двигателя. / Электричество, 1981. - № 9.

55. Плащанский A.A. Компенсация реактивных нагрузок в распределительных сетях горнорудных предприятий. / Известия ВУЗов. Горный журнал. -1986, № 12.

56. Потери электроэнергии в электрических сетях энергосистем. / под ред. Казанцева В.Н. /-М.: Энергоатомиздат, 1983.

57. Праховник A.B., Розен В.П., Дегтярев В.В. Энергосберегающие режимы электроснабжения горнодобывающих предприятий. М.: Недра, 1985. - 232 с.

58. Прикладные нечеткие системы: Пер. с япон. / К. Асаи, Д. Ватада, С. Иваи и др.; под редакцией Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сэгуно. -М.: Мир, 1993.

59. Приклонский E.H., Грейсух М.В. Компенсация реактивных нагрузок синхронными машинами. / Промышленная энергетика, 1976. - № 9.

60. Румшинский 3. Математическая обработка результатов эксперимента. Справочное руководство. - М.: Наука, 1971.

61. Самосейко В.Ф., Шошмин В.А. Математическое моделирование потребления электроэнергии производственными системами. / Электричество, 1995. -№ 3.

62. Сидельников В.И. Об оптимальном использовании в распределительных сетях источников реактивной мощности с разнохарактерными экономическими характеристиками. / Известия ВУЗов. Энергетика. - 1981, № 7.

63. Солодухо Я.Ю. Тенденции КРМ, ч. 1. Реактивная мощность при несинусоидальных режимах работы. - М.: Информэлектро, 1987.

64. Справочник по проектированию электроснабжения. Под ред. Ю.Г. Барыбкина и др. -

M.: Энергоатомиздат, 1990.

65. Суднова В.В., Якимов А.Е. Повышение качества планирования электропотребления на основе статистического анализа. / Электричество, 1992. - № 5.

66. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. - М-JL: Госэнергоиздат, 1963.

67. Теория прогнозирования и принятия решения. / под. ред. Саркисяна С.А. - М.: Высшая школа, 1977.

68. Фадеев В.В. Оптимизация компенсации реактивных мощностей при проектировании сетей и энергосистем / Электрические станции, 1985. - № 4.

69. Федоров А. Особенности программирования на Borland Pascal. - Киев: Диалектика, 1994.

70. Хикс Ч. Основные принципы планирования эксперимента. - М.: Мир, 1967.

71. Хронусов Г.С. Комплексы потребителей-регуляторов мощности на горнорудных предприятиях. - М.: Недра, 1989.

72. Хронусов Г.С. Принципы формирования комплексов потребителей-регуляторов мощности на горных предприятиях. / Известия ВУЗов. Горный журнал. - 1986, № 6.

73. Шубный В.И. Автоматизированная система управления потреблением и сбытом электрической энергии в АО-Энерго и промышленных предприятиях. / Екатеринбург: Известия ВУЗов. Горный журнал, 1997, №9 - 10.

74. Шклярский Я.Э. Анализ рудничных распределительных электросетей с продольно-поперечной компенсацией: Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.09.03) / Ле-нинг. горн, ин-т им. Г.В. Плеханова. - Л.: Б.н., 1985.

75. Электрические системы. Математические задачи электроэнергетики, (под. ред. д.т.н. В.А. Веникова). М.: Высшая школа, 1981.-233 с.

76. Разработка и внедрение технических средств улучшения качества напряжения и

уменьшения потерь электроэнергии в распределительных сетях рудников ПО "Сильвинит" (промежуточный). / Отчет по НИР. - Л.: ЛГИ, 1988.

77. Разработка установок компенсации потерь напряжения и реактивной мощности в распределительных сетях 6 кВ рудников 1 и 3 рудоуправлений ПО "Белорускалий" (заключительный). / Отчет по НИР. - Л.: ЛГИ, 1980.

78. Правила применения скидок и надбавок к тарифам на электрическую энергию за потребление и генерацию реактивной энергии. — М.: Издательство стандартов, 1996.

79. Железко Ю.С. Новые правила расчета экономических значений потребления реактивной мощности потребителями. / Промышленная энергетика, 1996. - № 12.

80. Хронусов Г.С. Формирование эффективных режимов электропотребления промышленных предприятий. / Научно-практическое издание. Часть 1. - Екатеринбург: УГГГА, 1998.

81. Евсеев А.Н. Разработка технических средств оперативного автоматического управления электропотреблением промысловых распределительных подстанций: Дис. на со-иск. учен. степ. канд. техн. наук (05.09.03) / С.Петербург, гос. горн, ин-т им. Г.В. Плеханова (техн. ун-т). - СПб.: Б.н., 1994.

82. Каменев П.М. Использование регулирующих эффектов нагрузки для снижения электропотребления на горных предприятиях: Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук (05.09.03) / Ленинг. горн, ин-т им. Г.В. Плеханова. - Л.: Б.н., 1988.

83. ГОСТ 23875 - 88. Качество электрической энергии. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов, 1985.

84. Инструктивные материалы Главгосэнергонадзора России. - Изд. 1. Главгосэнергонад-зор России. -М.: АОЗТ "Энергосервис", 1996.