Упрощенная методика расчета высших гармоник

ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Электротехнический факультет

 

Кафедра электроснабжения

 

 

В.В. Черепанов

 

 

Методические указания

Для самостоятельной подготовки студентов

По дисциплине

«Управление качеством электрической энергии»

 

Направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Профиль 03 «Электроснабжение»

 

Киров 2016

 

 

ВОПРОСЫ

Для самостоятельной подготовки

 

1. Источники электромагнитных воздействий. Влияния электромагнитной обстановки.

2. Каналы передачи электромагнитных помех.

3. Классификация электромагнитной обстановки и критерии качества функционирования устройств.

4. Показатели качества электрической энергии ГОСТ 32144-13. Область применения.

5. Влияние отклонений напряжения на работу приемников электрической энергии. Технические характеристики приемников электроэнергии по напряжению.

6. Задачи анализа уровней напряжения. Инженерная методика расчета уровней напряжения в распределительных сетях.

7. Матричные методы расчета режимов электрических сетей предприятий.

8. Основные средства регулирования и изменения напряжения в электрических сетях (РПН, ПБВ, ЛР, ограничители напряжения).

9. Принцип автоматического регулирования напряжения с помощью РПН.

10. Дополнительные средства регулирования и изменения напряжения в электрических сетях (СД, БК).

11. Причины возникновения колебаний напряжения. Влияние колебаний напряжения на работу потребителей.

12. Способы и средства уменьшения колебаний напряжения в электрических сетях.

13. Расчет колебаний напряжения, вызываемых работой дуговых сталеплавильных печей.

14. Расчет колебаний напряжения, вызываемых пуском асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором.

15. Источники высших гармоник в системах электроснабжения. Расчет амплитуд и фаз гармоник тока, генерируемых источниками высших гармоник.

16. Влияние высших гармоник тока и напряжения на работу систем электроснабжения.

17. Основные положения методики расчета несинусоидальных режимов в электрических сетях.

18. Способы и средства уменьшения высших гармоник тока и напряжения в системах электроснабжения.

19. Причины появления несимметричных режимов. Влияние несимметрии напряжения на работу систем электроснабжения.

20. Способы и средства уменьшения несимметрии в электрических сетях.

21. Методика расчета несимметричных режимов предприятий.

22. Отклонения частоты. Причины возникновения. Способы устранения.

23. Импульсные напряжения. Причины возникновения. Способы устранения.

24. Временное перенапряжение. Причины возникновения. Способы устранения.

25. Провалы напряжения. Причины возникновения. Способы устранения.

26. Контроль и анализ качества электроэнергии. Виды контроля. Основные задачи и формы контроля.

27. Средства контроля качества напряжения. Требования к точности измерений.

28. Определение допустимого вклада потребителей в уровень ПКЭ.

29. Определение фактического вклада потребителя в уровень показателя качества электроэнергии.

 

Методические указания к контрольной работе

Контрольная работа включает в себя две задачи. Первая задача посвящена регулированию напряжения у потребителей, а вторая – расчету режима высших гармоник в электрических сетях предприятия. Номера вариантов задач выдаются преподавателем.

Задача №1

Здесь рассмотрены различные способы регулирования напряжения: трансформаторами с РПН и ПБВ, конденсаторами и синхронными двигателями. Напряжение на низшей стороне трансформатора, приведенное к высшей определяют из соотношения

где - напряжение на высшей стороне трансформатора; - активная и реактивная мощности, определяемые нагрузкой на стороне низшего напряжения и потерями мощности в обмотках трансформатора; - сопротивления трансформатора.

Действительное напряжение низшей стороны трансформатора

где - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения трансформатора; - напряжение регулировочного ответвления обмотки высшего напряжения трансформатора с РПН или ПБВ. При регулировании напряжения трансформаторами принимается с таким расчетом, чтобы действительное напряжение было наиболее близким к желаемому в рассматриваемом режиме.

Батареи конденсаторов, включенные последовательно в линию (продольная компенсация) с сопротивлением , уменьшают потери напряжения. Сопротивление батарей конденсаторов , ограничивающих потери напряжения в линии величиной определяют из формулы

Батареи конденсаторов параллельной компенсации способствуют снижению потерь напряжения в линии, так как

Аналогичным будет влияние на потери напряжения синхронных двигателей.

Следует отметить, что общая задача регулирования режимов является технико-экономической. Однако для экономического обоснования того или иного решения необходимо выбрать технически возможные и допустимые варианты. Настоящие задачи решают техническую сторону вопроса и дают необходимые данные для дальнейшего экономического анализа.

 

 

Варианты задачи №1

Вариант 1

По линии 10 кВ передается мощность S=1+i1 МВА. Длина линии 10 км. Уровень напряжения в точке 1 составляет при этом 10,2 кВ.

Сопротивление линии погонное Х₀=0,4 Ом/км, R₀=0,2 Ом/км.

Определить мощность батареи конденсаторов и количество конденсаторов продольной компенсации, необходимую для поддержания на шинах подстанции (точка 1) напряжения 10,5 кВ. Батарея собирается из однофазных конденсаторов номинальным напряжением 660 В мощностью 125 квар.

Вариант 2

По линии 35 кВ передается нагрузка S=20+i15 МВА. Длина линии 10 км. Погонные сопротивления линии Rо=0,2 Ом/км, Х0=0,4 Ом/км.

Потребители работают в нормальных условиях, если в линии потеря напряжения не превышает 3% U_ном. Требуется определить необходимую мощность батареи продольной компенсации С, устанавливаемую для повышения напряжения на конце линии. Батарея собирается из однофазных конденсаторов номинальной мощностью 125 квар и номинальным напряжением 660 В.

Сколько потребуется таких конденсаторов в батарее С?

Вариант 3

На шинах 10 кВ подстанции с трансформатором ТМ 1000 имеющим РПН 10±1,78%´9/0,4 кВ уровни напряжения составляют в режиме максимальных нагрузок 10,1 кВ; в режиме минимальных нагрузок 10,3 кВ. Нагрузка Smax=600+j400 кВА; Smin=500+j200 кВА. Сопротивление трансформатора Rт=1,2 Ом, Хт=5,5 Ом при Uбаз=10 кВ.

Определить положения РПН для обеспечения на шинах 0,4 кВ подстанции напряжения 390 В в обоих режимах нагрузки.

 

Вариант 4

На зажимах 10 кВ трансформатора в течении суток напряжение остается неизменным и равным 10,1 кВ. Нагрузка подстанции Smax =0,6+30,4 МВ А; Smin =0,3+30,3 МВА.

Сопротивление трансформатора Х_т=5 Ом при U_баз=10 кВ. Трансформатор имеет ПБВ 10±2´2,5%/0,4 кВ.

Определить уровни напряжения на шинах 0,4 кВ подстанции в режиме максимальных и минимальных нагрузок и выбрать положение ПБВ, при котором напряжение на шинах 0,4 кВ будет U_max>400 В, U_min>380 В, но U_min<400 В.

Вариант 5

Через трансформатор ТМ10000/35/10,5 передается нагрузка S=9 МВА, имеющая коэффициент мощности cos=0,90. На шинах высшего напряжения трансформатора поддерживается

напряжение 34 кВ. Выбрать положение ПБВ трансформатора, при котором напряжение на шинах низшего напряжения подстанции будет равным 10,6 кВ. Потери короткого замыкания в трансформаторе DР_кз=92 кВт. Напряжение короткого замыкания трансформатора U_к=10,5%. Трансформатор имеет ПБВ 35±2´2,5%/10,5 кВ.

Вариант 6

По линии 10 кВ длиной 10 км необходимо передать электрическую нагрузку S, имеющую коэффициент мощности cos=0,85. Погонные сопротивления линии

Х₀=0,4 Ом/км, R₀=0,2 Ом/км. Для обеспечения нормальной работы потребителя необходимо, чтобы потери напряжения в линии не превышали 3% U_ном.

Определить, какую по величине нагрузку S можно передать по линии для выполнения этого условия (DU<3% U_н).

Вариант 7

На шинах 10 кВ подстанции уровни напряжения составляют в режиме максимальных нагрузок 10,1 кВ; в режиме минимальных нагрузок 10,2 кВ. Нагрузка Smax=15+j15 МВА, Smin=10+j10 МВА. Сопротивление трансформатора и системы

Х=0,45 Ом, при U_баз=10 кВ. Определить мощность конденсаторной установки, необходимую для поддержания на шинах подстанции следующих напряжений: U_min=10,2 кВ, U_max=10,5 кВ.

Вариант 8

На шинах 10 кВ подстанции уровни напряжения составляют в режиме максимальных нагрузок 10,0 кВ; в режиме минимальных нагрузок 10,2 кВ. Мощность трехфазного короткого замыкания на шинах 10 кВ подстанции Sкз=300 МВА. Нагрузка Smax=20+j20 МВА, Smin=10+j10 МВА. Определить величину реактивной мощности, которую требуется получить от синхронного двига-

теля СД в режиме минимальных и максимальных нагрузок для поддержания на шинах подстанции напряжения U_min=10,3 кВ, U_max=10,5 кВ.

Задача №2

Упрощенная методика расчета высших гармоник

в системах электроснабжения промышленных предприятий

Необходимость учета активных сопротивлений и емкостных проводимостей элементов систем электроснабжения, распределенности параметров кабельных и воздушных линий, влияния вытеснения тока в проводниках на активное и индуктивное сопротивления элементов значительно усложняет анализ уровней высших гармоник. В связи с этим решение данной задачи в полной мере возможно лишь при автоматизации расчетов. В то же время в ряду случаев возникает необходимость приближенной оценки уровней высших гармоник в электрических сетях. Такая оценка с учетом ряда допущений может быть выполнена с помощью простейших вычислительных средств. Ниже приводится методика расчета уровней высших гармоник в электрических сетях, позволяющая произвести определение коэффициентов несинусоидальности напряжения с погрешностью, не превышающей 25%. Методика предназначена для оценки уровней высших гармоник, обусловленных работой вентильных преобразователей.

При расчетах активными сопротивлениями элементов систем электроснабжения пренебрегают, а коэффициенты К_х, учитывающие влияние вытеснения тока в проводниках на индуктивные сопротивления элементов, на рассматриваемом диапазоне частот считаются неизменными.

Расчет производится для канонических гармоник (n=5; 7; 11; 13; 17; 19…). Если в системе электроснабжения имеются преобразователи только с 6-фазной схемой выпрямления, то производится вычисление амплитуд гармоник не менее чем до 19 порядка включительно. При наличии преобразователей с 12-фазными схемами выпрямления или при применении 12-фазного эквивалентного режима работы вентильных агрегатов необходимо определять уровни гармоник не менее чем до 25 порядка. Канонические гармоники более высоких порядков и анормальные учитываются при расчетах коэффициентов несинусоидальности кривой напряжения с помощью поправочных коэффициентов.

Для анализа уровней высших гармоник необходимо иметь схему электроснабжения промышленного предприятия, сведения о параметрах и режимах работы пассивных (с точки зрения генерации высших гармоник) элементов систем электроснабжения, сведения о режимах работы и параметрах вентильных преобразователей.

Расчет установившегося режима высших гармоник производят в следующем порядке:

1. Составляют схему замещения системы электроснабжения для токов высших гармоник. Схема замещения составляется на одну фазу и имеет нейтраль, к которой присоединяются нулевые точки схем замещения генераторов, обобщенных нагрузок, двигателей, батарей конденсаторов и емкостных проводимостей кабельных и воздушных линий напряжением выше 1000 В. Схемы замещения элементов системы электроснабжения приведены на рис. 1.

Емкостными проводимостями кабелей напряжением до 1000 В в схемах замещения пренебрегают. Емкости кабелей напряжением выше 1000 В учитывают при расчетах режимов гармоник порядков n>20.

2. Производят расчет параметров схем замещения элементов систем электроснабжения по выражениям, приведенным в табл. 1. Количество гармоник, для которых рассчитываются параметры схем замещения, определяются в соответствии с данными выше рекомендациями.

3. Рассчитывают спектральный состав первичных токов вентильных преобразователей. Определяется период времени DТ, соответствующий наибольшей суммарной вентильной нагрузке. Для выбранных периода времени DТ и интервала осреднения нагрузки находят средние нагрузки преобразователей, которые и принимают в качестве расчетных. По формулам (1), (2) и (3) определяют амплитуды и фазы первичных токов нереверсивных преобразователей:

 

(1)

или

(2)

 

(3)

 

4. Определяют коэффициенты несинусоидальности напряжений в узлах схемы замещения. Для каждой из рассматриваемых гармоник, используя принцип наложения и известные методы расчета линейных электрических цепей, производится расчет амплитуд гармоник напряжения в узлах схемы замещения.

По результатам расчетов действующих значений гармоник напряжения в узлах определяют коэффициенты несинусоидальности напряжения:

 

(4)

 

Коэффициент К₁, учитывающий влияние на К_НС гармоник порядков выше n₂, равен 1,15 при n₂ =19 и 1,10 при n₂ =25. Коэффициент К₂, учитывающий влияние на К_НС анормальных гармоник, равен 1,0 для трехфазных мостовых схем выпрямления.

5. По формуле (5) определяют эквивалентное действующее значение токов высших гармоник в ветвях схемы замещения:

 

. (5)

 

Действующее значение токов n -й гармоники в j -й ветви определяется при этом из выражения

(6)

 

где - действующие значения n-й гармоники напряжения в m -м и n -м узлах схемы замещения, к которым присоединена j -я ветвь; - модуль сопротивления j -й ветви току n-й гармоники.

Следует отметить, что наличие в системе электроснабжения емкостей батарей конденсаторов, кабельных и воздушных линий может привести к резонансу в системе электроснабжения на частоте одной из определяемых гармоник или вблизи нее.

 

 

 

Таблица 1.1

12	Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: