![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/work/work-img.png)
Совершенствование методов расчета многофункциональных фильтрокомпенсирующих устройств для сетей 10 – 0,4 кВ
ОГЛАВЛЕНИЕ ………………………………………………………………………………………….. 2
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………….. 4
ГЛАВА 1 Проблемы обеспечения качества электроэнергии в
системах электроснабжения ……………………………………………………………………….. 9
1.1 Влияние качества электроэнергии на системы электроснабжения …………. 9
1.2 Несинусоидальные режимы электрических сетей………………………………… 11
1.3 Коэффициенты, характеризующие несинусоидальные функции ………….. 14
1.4 Качество электроэнергии в системах электроснабжения
нефтеперерабатывающих предприятий …………………………………………………….. 18
1.5 Качество электроэнергии в сетях тягового электроснабжения
железнодорожного транспорта …………………………………………………………………. 20
1.6 Качество электроэнергии в сетях коммерческих и офисных потребителей
………………………………………………………………………………………………………………… 24
1.7 Общая характеристика фильтрокомпенсирующих устройств ………………. 29
ГЛАВА 2. Синтез пассивных фильтрокомпенсирующих устройств…………… 33
2.1 Классификация пассивных фильтров гармоник …………………………………… 33
2.2 Передаточные функции системы «ФКУ – внешняя сеть» …………………….. 34
2.3 Основные конфигурации пассивных фильтров гармоник …………………….. 36
2.4 Свойства и реализация входных функций пассивных двухполюсников .. 41
2.5 Процедура проектирования пассивных фильтров гармоник…………………. 48
2.6 Синтез широкополосных фильтров гармоник ……………………………………… 52
2.7 Оптимизация характеристик пассивных фильтрокомпенсирующих
устройств …………………………………………………………………………………………………. 62
2.7.1 Оптимизация характеристик пассивного фильтра …………………………….. 65
2.7.2 Пример оптимизации характеристик пассивного
фильтрокомпенсирующего устройства……………………………………………………… 68
ГЛАВА 3. Оптимальный синтез гибридных фильтрокомпенсирующих
устройств …………………………………………………………………………………………………. 74
3.1. Общая характеристика гибридных фильтрокомпенсирующих устройств
………………………………………………………………………………………………………………… 74
3.2. Анализ компенсационных характеристик гибридных фильтров ………….. 75
3.3 Оптимизация характеристик гибридных фильтрокомпенсирующих
устройств …………………………………………………………………………………………………. 85
ГЛАВА 4. Проектирование фильтрокомпенсирующих устройств для систем
электроснабжения ……………………………………………………………………………………. 95
4.1 Программное обеспечение для автоматизированного проектирования
пассивных фильтрокомпенсирующих устройств ………………………………………. 95
4.2 Расчет пассивных фильтров гармоник для систем наружного освещения
………………………………………………………………………………………………………………. 100
4.3 Коррекция коэффициента мощности в электрических сетях
нефтедобывающих предприятий …………………………………………………………….. 109
4.4 Проектирование фильтрокомпенсирующих устройств для систем
электроснабжения нефтеперерабатывающих предприятий ……………………… 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………… 121
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ……………………………………………………… 123
Ухудшение качества электрической энергии, вызванное увеличением уровня высших гармоник, становится серьезной проблемой для распредели- тельных сетей. Источником этой проблемы являются электроустановки с не- линейной вольтамперной характеристикой, к числу которых относятся мно- гие современные энергосберегающие устройства. Федеральный закон от 23.11.2009 N 261-ФЗ (ред. от 18.07.2011) “Об энергосбережении и о повыше- нии энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные за- конодательные акты Российской Федерации” стимулирует потребителей к применению энергосберегающих устройств и технологий, поэтому в бли- жайшем будущем можно прогнозировать обострение проблемы качества электроэнергии.
Основной причиной ухудшения качества электроэнергии традиционно являлись нелинейные и резкопеременные нагрузки крупных металлургиче- ских предприятий, системы тягового электроснабжения железной дороги. Однако широкое внедрение статических силовых преобразователей, частот- но-регулируемых электроприводов, энергосберегающих систем освещения привело к значительному изменению характера электрических нагрузок мно- гих потребителей. В последние годы наблюдается значительное ухудшение качества электроэнергии в сетях электроснабжения большинства промыш- ленных предприятий, а также в непромышленном секторе (коммерческие и офисные потребители, медицинские учреждения, жилой сектор). Особен- ность искажающих нагрузок коммерческих, офисных и бытовых потребите- лей заключается в том, что они, как правило, однофазные, имеют небольшую мощность и распределены по сети.
Искажения формы кривых токов и напряжений приводят к увеличению потерь, ускоренному старению изоляции и вызванному этим сокращению срока службы электрооборудования. Увеличиваются капитальные вложения и эксплуатационные расходы, связанные с преждевременной заменой обору-
4
дования и необходимостью проводить организационные и технические меро- приятия по улучшению качества электроэнергии.
Таким образом, проблема поддержания необходимого качества элек- троэнергии приобрела важное значение для всех систем электроснабжения, включая сети промышленных предприятий, городские распределительные сети, а также автономные системы электроснабжения. Для ограничения от- рицательных последствий, вызванных ухудшением качества электроэнергии, требуется проведение мероприятий, направленных на поддержание качества электроэнергии и надежности электроснабжения.
Технические мероприятия по повышению качества электроэнергии включают схемные решения (выделение нелинейных нагрузок на отдельную систему шин, использование многофазных систем выпрямления и т. п.), а также установку компенсирующих устройств, обеспечивающих регулирова- ние одного или нескольких показателей качества электроэнергии.
Универсальным средством регулирования параметров, определяющих качество электрической энергии, являются силовые фильтры гармоник. По- мимо ослабления высших гармоник токов и напряжений они выполняют функции компенсации реактивной мощности, регулирования напряжения в точке подключения. Поэтому более точное название – фильтрокомпенсиру- ющие устройства (ФКУ).
Цель работы – разработка методов оптимального проектирования многофункциональных фильтрокомпенсирующих устройств, предназначенных для улучшения качества электрической энергии в сетях 10 – 0,4 кВ.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи исследования:
1. Исследовать качество электроэнергии в сетях электроснабжения различных групп промышленных, коммерческих и офисных потребителей, выявить особенности основных видов искажающих нагрузок.
5
2. Разработать методы оптимального проектирования многофункциональных фильтрокомпенсирующих устройств, позволяющие обобщить известные структуры, а также получить новые конфигурации ФКУ, обладающие требуемыми характеристиками.
3. Разработать интерактивное программное обеспечение для автоматизированного проектирования фильтрокомпенсирующих устройств.
4. С помощью предложенных методов выполнить расчет ФКУ для потребителей с большой долей нелинейной нагрузки.
Объект исследования.
Многофункциональные фильтрокомпенсирующие устройства для си- стем электроснабжения.
Предмет исследования.
Методы расчета многофункциональных фильтрокомпенсирующих устройств для улучшения качества электрической энергии в системах электроснабжения
Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы основные положения теоретической электротехники, аппарат современных методов анализа и синтеза электрических цепей, элементы матричной алгебры, методы оптимизации. Теоретические решения сочетались с экспериментальными исследованиями на основе имитационного моделирования, а также проверкой результатов с помощью современного программного обеспечения (пакеты MatLab, Mathcad, PSpice).
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработан метод оптимального проектирования пассивных филь- трокомпенсирующих устройств, основанный на минимизации многокритери- альной целевой функции в пространстве параметров операторного входного сопротивления ФКУ.
6
2. Предложен метод оптимизации характеристик гибридных фильтро- компенсирующих устройств в смешанном пространстве параметров активно- го и пассивного фильтров.
3. Предложен новый метод расчета широкополосных фильтров гармо- ник, основанный на представлении фильтра в виде резистивно нагруженного LC-четырехполюсника.
Практическая ценность работы. Проведенные исследования позво- ляют синтезировать многофункциональные ФКУ, использование которых повысит качество электроэнергии в распределительных сетях с высокой до- лей нелинейных нагрузок, что способствует более эффективной и длительной работе оборудования, снижению потерь, энергосбережению.
Достоверность полученных научных положений подтверждается их сравнением с результатами, полученными при моделировании с помощью апробированного программного обеспечения, практическим внедрением ре- зультатов работы, а также результатами, полученными другими авторами.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертацион- ной работы докладывались и обсуждались на:
– XVIII Международной научно-практической конференции студентов и молодых учёных «Современные техника и технологии», Томск, 2012 г.
– VIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, ас- пирантов и молодых ученых, Красноярск, 2012 г.
– IХ Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспи- рантов и молодых ученых с международным участием, посвященной 385- летию со дня основания г. Красноярска – Красноярск, 2013 г.
– I Международном молодежном форуме «Интеллектуальные энергоси- стемы» – Томск, 2013 г.
– XV Международной конференции «Электромеханика, электротехно- логии, электротехнические материалы и компоненты» – Алушта, 2014.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК. Зарегистрирована про-
7
грамма для ЭВМ (свидетельство No 2012616061 от 03.07.12 г.). В каждой ра- боте, опубликованной в соавторстве, личный вклад автора составляет не ме- нее 50%.
Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 133 страницах машинописного текста, списка использованных источников из 88 наименований и приложений.
![](https://expert-mik.ru/wp-content/themes/24author/assets/img/signup-document.png)
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!