Обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемых установок охлаждения газа с источниками электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ УСТАНОВОК ОХЛАЖДЕНИЯ ГАЗА С ИСТОЧНИКАМИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

БОЧКАРЕВА Ирина Ивановна

Саратов 2012

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Научный руководитель: доктор технических наук Степанов Сергей Федорович

Официальные оппоненты: Шилин Александр Николаевич, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», заведующий кафедрой «Электротехника»

Вокин Игорь Александрович, кандидат технических наук, филиал ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» в г. Сызрани, заведующий кафедрой «Электроснабжение промышленных предприятий»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет нефти и газа имени И.М.Губкина», г. Москва

Защита состоится 28 июня 2012 г. в 15:30 на заседании диссертационного совета Д 212.242.10 при ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» по адресу: 410054, Саратов, ул. Политехническая, 77, корпус 1, ауд. 319.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Автореферат разослан мая 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Ю.Б. Томашевский



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Охлаждение газа после компримирования на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов (МГ) является энергоемким процессом. На газотурбинных КС МГ установки охлаждения газа (УОГ) расходуют электроэнергию в размере 60-70 % от общего электропотребления КС на товарно-транспортную работу.

Эффективным средством повышения эффективности УОГ является частотное регулирование производительности вентиляторов в зависимости от технологических параметров транспорта газа и климатических условий. Установки с таким принципом регулирования температуры охлаждаемого газа, называемые далее частотно-регулируемыми УОГ, обладают меньшим расходом электроэнергии, в процессе их эксплуатации исключен трудоемкий процесс сезонной регулировки угла атаки лопастей, устранены токовые и механические перегрузки при пуске электродвигателей.

Однако опыт создания и опытно-промышленной эксплуатации частотно-регулируемых УОГ показал необходимость решения задач по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) таких установок с источниками электроснабжения. Частотно-регулируемые УОГ являются источниками кондуктивных помех в виде высших гармоник тока, поэтому работа даже одной такой установки приводит к искажению формы кривой напряжения в системе электроснабжения (СЭС). Проблема усугубляется при электроснабжении газотурбинных КС МГ от источников ограниченной мощности, доля которых в выработке электроэнергии возрастает.

В настоящее время на объектах магистрального транспорта газа активно реализуется программа внедрения УОГ нового поколения. В этих условиях актуальными являются исследования, направленные на обеспечение ЭМС частотно-регулируемых УОГ с источниками электроснабжения с целью обеспечения заданного качества электрической энергии в СЭС газотурбинных КС МГ.

Работа выполнялась в соответствии с научным направлением 06В «Научные основы создания высокоэффективных, энергосберегающих систем по производству, транспортировке, преобразованию, распределению и потреблению электроэнергии», входящим в перечень основных научных направлений СГТУ имени Гагарина Ю.А.

Объект исследования - электротехнический комплекс частотно-регулируемой УОГ.

Предмет исследования - влияние частотно-регулируемых УОГ на источники электроснабжения газотурбинной КС МГ.

Цель работы - обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемых УОГ с различными типами источников электроснабжения газотурбинной КС МГ.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1. Разработка математической модели для исследования влияния частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ на источники электроснабжения различного типа.

2. Проведение с помощью математической модели вычислительных экспериментов, позволяющих сделать прогноз о качестве электроэнергии в системе электроснабжения газотурбинной КС МГ для различных типов источников питания при оснащении группы компрессорных цехов частотно-регулируемыми УОГ.

3. Анализ способов и технических средств снижения уровня высших гармонических составляющих в кривой напряжения на стороне 6 (10) кВ при оснащении группы компрессорных цехов частотно-регулируемыми УОГ и выработка предложений по построению схемы подключения частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ, обеспечивающей заданное качество электроэнергии.

4. Исследование с помощью математической модели влияния частотно-регулируемых УОГ на источники электроснабжения и оценка качества электроэнергии в СЭС газотурбинной КС МГ при подключении электроприводов вентиляторов в соответствии с выработанными предложениями. электропривод вентилятор гармонический частотный

Методы и средства исследований. Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы основные положения теоретических основ электротехники, электрических машин, силовой электроники и электропривода, методы современного компьютерного моделирования MATLAB с пакетом расширения Simulink. Для проведения экспериментальных исследований использовались современные приборы для визуального контроля и записи электрических величин.

Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректным применением положений теоретических основ электротехники, электрических машин и электропривода, апробированных методов компьютерного моделирования, а также использованием аттестованных средств измерения при проведении экспериментальных исследований в СЭС действующих объектов.

На защиту выносятся:

1. Компьютерные математические модели для исследования влияния частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ на источники электроснабжения газотурбинной КС МГ.

2. Результаты исследования, позволяющие сделать прогноз о качестве электроэнергии в СЭС газотурбинной КС для различных типов источников питания при оснащении частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов УОГ группы компрессорных цехов.

3. Рекомендации по построению схем подключения частотно-регулируемых электроприводов УОГ, обеспечивающие заданное качество электроэнергии в СЭС газотурбинной КС для различных типов источников питания.

Научная новизна работы.

1. Предложен подход к построению математической модели частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ как нагрузки источника электроснабжения, позволяющий упростить процедуру вычислительных экспериментов для расчета показателей качества электроэнергии (ПКЭ) при совместной работе группы УОГ.

2. С помощью математической модели определены условия нарушения ЭМС частотно-регулируемых УОГ с источниками электроснабжения различного типа.

3. Предложена и теоретически обоснована схема подключения частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ, позволяющая снизить уровень высших гармоник в кривой потребляемого тока.

Практическая ценность работы.

1. Разработан комплекс программ для анализа ПКЭ в СЭС газотурбинных КС МГ с частотно-регулируемыми УОГ.

2. Получены данные для прогноза ПКЭ в СЭС газотурбинных КС МГ при внедрении определенного количества частотно-регулируемых УОГ.

3. Предложены рекомендации по построению схем подключения частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ, обеспечивающих заданное качество электроэнергии в СЭС газотурбинных КС МГ, без значительных капиталовложений, за счет использования типового оборудования.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы реализованы:

- Многоотраслевым производственным предприятием «Энерготехника» (г. Саратов) при разработке и проектировании комплектно-трансформаторных подстанций для электроснабжения частотно-регулируемых УОГ по заказу предприятия ООО «Газпром трансгаз Югорск»;

- при выполнении работ по хоздоговору № 261 «Разработка схемных решений по подключению вентильного генератора от 100 до 500 кВт с безредукторным приводом от вала отбора мощности газоперекачивающего агрегата к системе электроснабжения, компрессорного цеха (компрессорной станции)» в разделе обеспечения ЭМС вентильного генератора с электрооборудованием компрессорного цеха;

- в госбюджетной научно-исследовательской работе СГТУ-18 «Оптимизация структуры, параметров и режимов распределенных систем электроснабжения на основе традиционных и возобновляемых источников энергии, эксплуатируемых в сложных климатических условиях» в разделе обеспечения заданного качества электроэнергии в системах электроснабжения с преобразователями частоты;

- в учебном процессе кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А. при чтении лекций по дисциплине «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике» для студентов, обучающихся по специальности 140211.65 «Электроснабжение».

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на IV Международной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами» (Саранск, 2007), VIII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2008» (Саратов, 2008), VI Международной научно-технической конференции «Ефективнiсть та якiсть електропостачання промислових пiдприємств» (Мариуполь, 2008), II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК» (Саратов, 2011), на Всероссийских научно-практических конференциях «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин 2006 - 2011), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 140 наименований, а также приложений. Общий объем составляет 120 страниц, в том числе 50 иллюстраций.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы диссертационной работы, определены ее научная новизна и практическая ценность, представлены основные результаты исследования, показаны реализация и апробация работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приводятся основные сведения о магистральном транспорте газа, рассматриваются особенности электроснабжения газотурбинных КС МГ. В соответствии с СТО Газпром 2-6.2-149-2007 эти объекты являются электроприемниками I категории, поэтому они должны иметь возможность получать электроэнергию от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. В качестве них применяются:

* ЛЭП напряжением 35-110 кВ энергоснабжающей организации (ЭСО) с последующей трансформацией электроэнергии на напряжение 6 (10) кВ;

* электростанции собственных нужд (ЭСН) с газотурбинными или дизельными агрегатами;

* генераторы на валу отбора мощности газоперекачивающих агрегатов.

Электроснабжение потребителей газотурбинных КС МГ на напряжении 0,4 кВ осуществляется от комплектных трансформаторных подстанций (КТП), которые согласно СТО Газпром 2-6.2-149-2007 имеют по два понизительных трансформатора. Количество КТП на КС МГ определяется, как правило, количеством компрессорных цехов. Широко распространен вариант построения СЭС, когда каждый цех имеет две подстанции. Нагрузкой одной из КТП является электрооборудование группы газоперекачивающих агрегатов и другие электроприемники производственно-эксплуатационного блока цеха, другой - электродвигатели для привода вентиляторов УОГ суммарной мощностью до 1 МВт.

В условиях оснащения УОГ частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов каждая из КТП УОГ становится потребителем несинусоидального тока, величина которого и спектральный состав зависят от параметров элементов СЭС, преобразователей и режима работы электроприводов. Потребление несинусоидального тока от источника электроснабжения приводит к тому, что на последовательных элементах СЭС возникают падения напряжения несинусоидальной формы. Вследствие этого напряжение в СЭС также приобретает несинусоидальную форму.

Результаты экспериментальных исследований, проведенных на КС-20 Комсомольского ЛПУ МГ ООО «Газпром трансгаз Югорск», показали, что при оснащении только одной УОГ частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов возможен выход ПКЭ за нормально допустимые значения. Частично, для уровня 0.4 кВ, эта проблема решается установкой сетевых дросселей на входе преобразователей частоты (ПЧ). Однако в условиях увеличения количества частотно-регулируемых УОГ качество электроэнергии на шинах 6 (10) кВ перестает соответствовать действующим нормативам. Таким образом, возникает необходимость теоретической проработки вопроса о прогнозе качества электроэнергии при оснащении частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов УОГ группы компрессорных цехов. В случае получения отрицательного прогноза должна быть решена задача по обеспечению ЭМС частотно-регулируемых УОГ с источниками электроснабжения газотурбинной КС МГ.

Во второй главе излагается подход к построению математической модели частотно-регулируемой УОГ как нагрузки источника электроснабжения.

Расчетная схема для одной секции шин КТП, осуществляющей электроснабжение частотно-регулируемой УОГ, представлена на рис. 1. Предполагается, что к секции шин 0,4 кВ подключено N единиц электроприводов вентиляторов с ПЧ, выполненными по схеме диодный выпрямитель - сглаживающий фильтр - инвертор напряжения на IGBT-модулях.

Рис. 1. Расчетная схема одной секции КТП для электроснабжения УОГ с частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов

Каждый из N электроприводов можно представить схемой замещения, которая показана на рис. 2. На этой схеме: - соответственно индуктивность и активное сопротивление сетевого дросселя, который может быть установлен на входе k-го ПЧ для обеспечения норм ЭМС; , - соответственно емкость, индуктивность и активное сопротивление сглаживающего дросселя на выходе выпрямителя; - эквивалентное входное сопротивление инвертора k-го ПЧ.

Рис. 2. Расчетная схема частотно-регулируемого электропривода вентилятора как нагрузки источника электроснабжения

Инвертор, входящий в состав k-го ПЧ для управления электродвигателем, в схеме на рис. 2 представлен входным сопротивлением . Правомерность такого подхода обусловлена тем, что в рассматриваемом случае целью моделирования электропривода является анализ влияния канонических гармоник в спектре тока, потребляемого ПЧ, на качество электроэнергии на шинах питания. Спектр гармоник, вызванных коммутациями IGBT-модулей, смещен в высокочастотную область. Для его анализа необходима иная модель, учитывающая, в частности, паразитные индуктивности и емкости элементов.

На основе баланса активных мощностей получена формула для расчета величины эквивалентного сопротивления

, (1)

где - напряжение питания инвертора k-го ПЧ; - мощность, потребляемая от выпрямителя k-го ПЧ в номинальном режиме работы электропривода; - номинальное и текущее значения частоты напряжения на выходе k-го ПЧ.

При этом

, (2)

где - соответственно номинальные величины напора и расхода k-го вентилятора; - соответственно КПД преобразователя, электродвигателя и вентилятора.

Математическая модель для исследования влияния частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ на источники электроснабжения построена в среде MATLAB с пакетом расширения Simulink. Схема модели для случая, когда к источнику электроснабжения подключены секции шин трех КТП частотно-регулируемых УОГ, показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема модели для исследования качества электроэнергии в СЭС КС с частотно-регулируемыми УОГ

Образующие модель блоки разделены на две группы. В одну из них входят блоки, которые моделируют силовые элементы (на схеме они оттенены для удобства восприятия), в другую - блоки, выполняющие сервисные функции. Отметим отдельно субсистемы CTS1 - CTS3, каждая из которых моделирует одну секцию КТП частотно-регулируемой УОГ (рис. 4). В состав субсистемы входят: блок Three-Phase Transformer, моделирующий трансформатор КТП, и выпрямитель Rectifier, к выходу которого через дроссель LD подключен блок RC-Load, моделирующий инвертор в виде эквивалентного сопротивления и конденсатор фильтра по схеме замещения на рис. 2.



Рис. 4. Схема субсистемы CTS

С помощью модели, схема которой приведена на рис. 3, вначале была проведена серия вычислительных экспериментов по исследованию влияния одной частотно-регулируемой УОГ на источники электроснабжения (трансформаторы ЭСО и генераторы ЭСН) в различных режимах работы электроприводов. В этом случае в схеме модели на рис. 3 использовался только один блок CTS. При исследовании влияния частоты управления электродвигателями УОГ на величину и гармонический состав тока, потребляемого КТП, параметр в окне настройки блока RC-Load субсистемы CTS задавался в соответствии со значением (1). В качестве источника электроснабжения рассматривались трансформаторы ТДН 110/10 кВ мощностью 10000 и 16000 кВА, а также генераторы ЭСН типа ПАЭС-2500. Полагалось также, что к секции шин одной КТП подключено 12 электроприводов, работающих в номинальном режиме.

Установлено, что при подключении электроприводов по схеме рис. 1 коэффициент искажения синусоидальности напряжения превышает нормально допустимое значение 5 % для сетей напряжением 6 (10) кВ, если частотно-регулируемым электроприводом оснащены шесть УОГ при питании от трансформатора мощностью 10000 кВА (рис. 5).

При питании КС МГ от ЭСН мощностью 2500 кВт частотно-регулируемым электроприводом может быть оснащена только одна УОГ. При подключении к генератору ЭСН двух секций шин частотно-регулируемых УОГ коэффициент превышает нормально допустимое значение 5 %, коэффициент 5-й гармоники напряжения выходит за нормально допустимое значение 4 % . Коэффициент 7-й гармоники напряжения превышает нормально допустимое значение 3 % при одновременной работе трех секций КТП для питания частотно-регулируемых УОГ. Коэффициенты гармоник напряжения с номерами 11 и 13 выходят за нормально допустимые значения 2 %, если к генератору ЭСН подключить 4 секции КТП частотно-регулируемых УОГ.

Рис. 5. Зависимость коэффициента искажения синусоидальности напряжения в СЭС газотурбинной КС от количества подключенных секций КТП частотно-регулируемых УОГ

Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными, полученными в ходе испытаний опытно-промышленного образца частотно-регулируемой УОГ, позволило сделать вывод об адекватности разработанной модели и возможности ее применения для исследования ПКЭ в СЭС КС при различном количестве секций КТП, подключенных к источнику электроснабжения. Расхождения между экспериментально полученными результатами и значениями, полученными при моделировании, не превышают 5 %.

В третьей главе рассмотрены способы и технические средства снижения уровня высших гармоник в кривой напряжения на стороне 0,4 кВ и 6 (10) кВ в условиях, когда частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов оснащаются установки охлаждения газа группы компрессорных цехов.

Одно из направлений решения проблемы предполагает применение таких технических решений, которые обеспечивают снижение уровня высших гармоник, генерируемых электроприводами на стороне 0,4 кВ. При этом возможны следующие варианты:

* подключение электроприводов к шинам 0,4 кВ через фильтры, в простейшем случае через сетевые дроссели;

* выполнение выпрямителей ПЧ на полностью управляемых ключах;

* оснащение выпрямителей ПЧ устройствами коррекции коэффициента мощности;

* установка на шинах 0,4 кВ КТП частотно-регулируемых УОГ активных фильтров гармоник.

Второе направление предусматривает технические решения, которые снижают уровень высших гармоник, генерируемых частотно-регулируемыми УОГ в сеть 6 (10) кВ, либо компенсацию этих гармоник на шинах 6 (10) кВ за счет установки фильтрокомпенсирующих устройств (ФКУ).

С практической точки зрения перспективным представляется следующее решение, которое снижает эмиссию высших гармоник в сеть 6 (10) кВ. Секции шин 0,4 кВ на КТП частотно-регулируемых УОГ разделяются на две подсекции, напряжения на которых смещены относительно друг друга на угол, равный . Для создания такого фазового сдвига подсекции подключаются к шине 6 (10) кВ через трансформаторы, различающиеся схемами соединения обмоток.

В схеме на рис. 6 один из трансформаторов выполнен по схеме «треугольник» - «звезда», другой - по схеме «звезда» - «звезда». Для получения одинаковой величины напряжения на подсекциях КТП коэффициенты трансформации должны отличаться в раз. В этом случае при равенстве токов нагрузки будет происходить компенсация 5-й и 7-й гармоник магнитного потока. В результате в токе первичной обмотки трансформатора указанные гармоники также будут скомпенсированы.

Рис. 6. Схема разделенной секции КТП для электроснабжения частотно-регулируемой УОГ (вариант с двумя трансформаторами)

Возможен также вариант применения одного трансформатора для подключения двух подсекций с фазовым сдвигом . В этом случае трансформатор должен быть трехобмоточным, причем одна вторичная обмотка соединяется по схеме «треугольник», другая - по схеме «звезда». Отношение количества витков обмоток, соединенных по схеме «треугольник» и «звезда», должно составлять .

Четвертая глава посвящена исследованию качества электроэнергии в СЭС КС МГ с помощью математической модели, которая является развитием модели на рис. 3. Субсистемы CTS выполнены в виде двух блоков по схеме рис. 4, которые отличаются друг от друга схемой соединений обмоток трансформатора.

Некоторые результаты моделирования представлены на рис. 7. Кривая тока источника электроснабжения (рис.7,а) получена для случая, когда 12 единиц ПЧ подключены к одной секции шин по схеме рис. 1. Коэффициент искажения этой кривой превышает 26 %. Если применить схему на рис. 6 и к каждой подсекции шин подключить по 6 единиц ПЧ, то кривая тока существенно улучшается (рис. 7,б). Коэффициент искажения синусоидальности кривой тока составляет 11 %.

Рис. 7. Виртуальные осциллограммы тока источника электроснабжения: по оси абсцисс - время в секундах; по оси ординат - ток в амперах

Переход к схеме рис. 6 с разделением секций шин 0,4 кВ на две подсекции и питанием их от обмоток трансформатора, соединенных по схеме «звезда» и «треугольник», позволяет радикальным образом уменьшить искажающее влияние частотно-регулируемых УОГ на источники электроснабжения и изменить в лучшую сторону ситуацию с качеством электроэнергии на шинах 10 кВ. Если питание КТП осуществляется от трансформаторов ЭСО, то частотно-регулируемым электроприводом может быть оснащено более десяти УОГ без нарушения заданных требований к качеству электроэнергии. При питании от ЭСН значение на шинах 10 кВ превышает нормально допустимое значение 5 % при подключении четырех и более КТП (рис.8).

При электроснабжении газотурбинной КС МГ от ЭСН частотно-регулируемым электроприводом могут быть оснащены две УОГ. Препятствием для дальнейшего увеличения количества модернизируемых УОГ является превышение в сети 6 (10) кВ уровня 11-й и 13-й гармоник. При установке ФКУ на эти гармоники частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов можно оснастить до пяти УОГ.

Рис. 8. Зависимость коэффициента искажения синусоидальности напряжения в СЭС газотурбинной КС от количества подключенных секций КТП частотно-регулируемых УОГ при разделении секции шин 0,4 кВ на 2 подсекции

Естественно, что в условиях эксплуатации УОГ сложно обеспечить равенство токов вторичных обмоток трансформатора. Во-первых, из-за технологического разброса параметров при изготовлении электродвигателей будет различие между токами, которые потребляют ПЧ. Во-вторых, возможна ситуация, когда один из электродвигателей УОГ или ПЧ выводится в ремонт, то количество потребителей на подсекциях становится различным. В результате не будут выполняться условия компенсации 5-й и 7-й гармоник в магнитном потоке трансформатора, что приведет к ухудшению качества напряжения в питающей сети.

На рис. 9 показаны результаты моделирования КТП УОГ по схеме рис. 6 в предположении, что к одной подсекции шин подключены 6 частотно-регулируемых электроприводов, количество электроприводов на другой подсекции отличается на некоторое наперед заданное количество. 

Рис. 9. Зависимость коэффициента искажения синусоидальности кривой входного тока КТП УОГ (а) и коэффициентов гармоник тока (б) с номерами 5, 7, 11 и 13 от количества отключенных от подсекции электроприводов

Для обеспечения компенсации 5-й и 7-й гармоник во входном токе КТП частотно-регулируемой УОГ при несимметричной загрузке секций предложено звено постоянного тока выполнить в виде двенадцатипульсного выпрямителя (рис. 10). К выходу выпрямителя через уравнительный дроссель и сглаживающие фильтры подключаются инверторы электроприводов.

Рис. 10. Схема секции КТП с объединенным звеном постоянного тока на основе двенадцатипульсного выпрямителя

С помощью математической модели исследовано влияние КТП частотно-регулируемой УОГ по схеме рис. 10 на источники электроснабжения. Расчет ПКЭ в СЭС газотурбинной КС МГ при питании от ЭСН произведен с учетом гармоник, содержащихся в кривой напряжения на шинах генератора. Показана необходимость применения фильтров на эти гармоники.



ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Предложен подход к построению математической модели частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ как нагрузки источника электроснабжения, которая реализована в среде MATLAB с пакетом расширения Simulink. Адекватность модели проверена сравнением результатов расчета с экспериментальными данными, полученными в ходе испытаний опытного образца УОГ.

2. С помощью математической модели проведены вычислительные эксперименты, результаты которых позволили сделать прогноз о качестве электроэнергии в системе электроснабжения газотурбинной КС МГ для различных типов источников питания при внедрении частотно-регулируемых УОГ. Выявлено, что при питании КС МГ от ЭСН мощностью 2500 кВт частотно-регулируемым электроприводом по типовой схеме может быть оснащена только одна УОГ.

3. Предложена и теоретически обоснована схема подключения частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ, позволяющая снизить уровень высших гармоник в кривой тока, потребляемого КТП от источника электроснабжения, до значения, обеспечивающего ЭМС частотно-регулируемых УОГ с ЭСН.

4. Установлено, что предложенная схема КТП УОГ с разделением секции шин на стороне 0,4 кВ на две подсекции позволит оснастить частотно-регулируемым электроприводом две УОГ при питании от ЭСН. При установке ФКУ на 11-ю и 13-ю гармоники количество подключаемых частотно-регулируемых УОГ возрастает до пяти. Для компенсации 5-й и 7-й гармоник во входном токе КТП частотно-регулируемой УОГ при несимметричной загрузке секций инверторы электроприводов необходимо подключать через сглаживающие фильтры к общей шине постоянного тока, образованной двенадцатипульсным выпрямителем.



ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОТРАЖЕНЫ В ПУБЛИКАЦИЯХ

Статьи, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Бочкарева (Артюхова) И.И. Обеспечение электромагнитной совместимости установок СВЧ нагрева с источниками электроснабжения / И.И. Артюхов, А.Г. Сошинов, И.И. Артюхова // Вестник Саратовского

2. государственного технического университета. - 2007. - № 4 (29). - Вып. 2. - С. 80 - 87.

3. Бочкарева И.И. Качество электроэнергии в системе электроснабжения газотурбинной компрессорной станции в условиях оснащения установок охлаждения газа частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов / И.И. Артюхов, И.И. Бочкарева, А.А. Тримбач // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2011. - № 4 (60). - Вып. 2. - С. 165 - 170.

4. Бочкарева И.И. Обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемого электропривода вентиляторов установок охлаждения газа с источниками электроснабжения / И.И. Бочкарева // Современные проблемы науки и образования. - 2012. - № 2 (Электронный журнал) URL: www.science-education.ru /102-5814.

Другие публикации

5. Бочкарева (Артюхова) И.И. Автономный источник электропитания для газораспределительных станций / С.Ф. Степанов, В.В. Курдя, И.И. Артюхова // Инновационные технологии в обучении и производстве: сб. тр. IV Всерос. науч.-практ. конф. (Камышин, 18 - 20 октября 2006 г.).- Волгоград, 2006.-С. 128 - 129.

6. Бочкарева (Артюхова) И.И. Автономные источники электропитания локальных систем электроснабжения / С.Ф. Степанов, В.В. Курдя, И.И. Артюхова // Анализ, синтез и управление в сложных системах: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2006. - С.16 - 23.

7. Бочкарева (Артюхова) И.И. Схемы электроснабжения многодвигательного электропривода повышенной частоты / С.Ф. Степанов, В.В. Курдя, И.И. Артюхова // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2006. - С.86 - 90.

8. Бочкарева (Артюхова) И.И. Автономный источник электроснабжения на базе детандер-генераторного агрегата / С.Ф. Степанов, В.В. Курдя, И.И. Артюхова) // Методы и средства управления технологическими процессами: материалы IV Междунар. конф. (МГУ им. Н.П. Огарева, 24 - 26 октября 2007 г.). - Саранск: МГУ им. Н.П. Огарева, 2007. - С. 231 - 233.

9. Бочкарева (Артюхова) И.И. Особенности выбора силовых полупроводниковых преобразователей для систем сотовой энергетики промышленных предприятий / С.Ф. Степанов, В.В. Курдя, И.И. Артюхова // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2007. - С. 75 - 81.

10. Бочкарева (Артюхова) И.И. Обеспечение электромагнитной совместимости современных электротехнологических установок с источниками электроснабжения / И.И. Артюхов, А.Г. Сошинов, И.И. Артюхова // Ефективнiсть та якiсть електропостачання промислових пiдприємств: сб. тр. VI Междунар. науч.-техн. конф. (Мариуполь, Украина, 21 - 23 мая 2008 г.). - Мариуполь, Приазовский гос. техн. ун-т, 2008. - С. 67 - 70.

11. Бочкарева (Артюхова) И.И. Влияние современных установок СВЧ нагрева на источники электроснабжения / И.И. Артюхов, А.Г. Сошинов, И.И. Артюхова // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы VIII Междунар. науч.-техн. конф. (Саратов, 24-25 сентября 2008 г.). - Саратов: СГТУ, 2008. - С. 370 - 375.

12. Бочкарева (Артюхова) И.И. Аспекты качества электрической энергии в системе электроснабжения газотурбинной компрессорной станции / И.И. Бочкарева (Артюхова) // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы V Всерос. науч.-практ. конф.: в 2 т. (Камышин, 4 - 6 декабря 2008 г.). - Волгоград, 2008. - Т.1. - С.150 - 154.

13. Бочкарева (Артюхова) И.И. Управление качеством электроэнергии в системах электроснабжения с преобразовательными устройствами / И.И. Артюхова // Инновации и актуальные проблемы техники и технологий: материалы Всерос. науч.-практ. конф. молодых ученых: в 2 т. - Саратов: СГТУ, 2009. - Т.2 - C.245 - 250.

14. Бочкарева И.И. Высшие гармоники в системе электроснабжения газокомпрессорной станции при питании от электростанции собственных нужд / И.И. Артюхов, И.И. Бочкарева, Д.А. Дружкин // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы VII Всерос. науч.-практ. конф.: в 2 т. (Камышин, 22 - 23 декабря 2010 г.). - Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. - Т.1. - С. 104 - 107.

15. Бочкарева И.И. Компенсация высших гармоник в системах электроснабжения с преобразователями частоты / И.И. Бочкарева // Актуальные проблемы энергетики АПК: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. - Саратов: Изд-во «КУБиК», 2011. - С. 44 - 47.

16. Бочкарева И.И. Искажение формы кривой напряжения в системе электроснабжения компрессорной станции при питании от электростанции собственных нужд / И.И. Артюхов, И.И. Бочкарева, Д.А. Дружкин // Проблемы электроэнергетики: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2011. - С. 27-31.

17. Бочкарева И.И. Влияние частотно-регулируемого электропривода установок охлаждения газа на источники электроснабжения / И.И. Артюхов, И.И. Бочкарева // Инновационные технологии в обучении и производстве: материалы VIII Всерос. науч.-практ. конф. : в 2 т. (Камышин, 23 - 25 ноября 2011 г.). - Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2012. - Т.1. - С. 97 - 100.

Размещено на Allbest.ru

...