Показатели качества электроэнергии

 

Действующие значения  тока обратной последовательности ДСП  максимальны в режиме расплавления; они распределены по нормальному закону, т.е.

Значения  определяется по номинальному току ДСП и кратности эксплуатационного тока КЗ  k_э.к:

.

На практике возникает необходимость  оценить параметры несимметричного  режима в узлах сети. В этом случае расчет основывается на использовании  схемы замещения обратной последовательности сети.

Схема замещения для токов обратной последовательности аналогична схеме  прямой последовательности; все элементы схемы вводят своими сопротивлениями  обратной последовательности. Несимметричная нагрузка представляется источником тока обратной последовательности.

Ток обратной последовательности в q-й ветви , обусловленный источником тока обратной последовательности в  
р-й ветви , определяется очевидным выражением

,

где – коэффициент распределения токов обратной последовательности между р-й и q-й ветвями схемы замещения.

При нескольких источниках несимметрии, подключенных к различным узлам  сети

.

В последнем случае более целесообразно  применять  метод узловых напряжений.

Следует отметить, что непосредственный пересчет значений для узлов сети, если известно его значение в узле, где имеется источник несимметрии, пользуясь приведенными выше процедурами, невозможен.

 

 

5.Расчет колебаний напряжения

 

При проектировании СЭС с резкопеременными нагрузками, которые могут вызывать колебания напряжения (КН) в распределительной сети, необходимо определять значения дозы фликера (ДФ). Могут быть использованы два подхода:

применение  фликерметра для непосредственного  измерения ДФ  или

применение  расчетных методов.

Остановимся подробно на втором подходе, который  может быть целесообразен не только на стадии проектирования, но и в  условиях эксплуатации СЭС.

В случае периодических  КН синусоидальной и треугольной  формы в определенных диапазонах частот могут быть использованы кривая допустимых значений амплитуд КН в  зависимости от частоты и коэффициенты приведения к эквивалентным прямоугольным  колебаниям, для которых построена  кривая допустимых значений

Способ определения  ДФ с помощью кривой допустимых значений и анализа Фурье может также  применяться для анализа других периодических КН. Интенсивность фликера может определяться достаточно просто для определенного вида изолированных или повторяющихся КН.

Более общий подход заключается  в определении кратковременной  ДФ –  , вызываемой КН различной формы. Затем результирующая ДФ за время Т рассчитывается как результат колебаний ступенчатой формы с помощью коэффициента F_пр, который называется коэффициентом приведения:

                                                         

.                                               (5.1)

На практике возможно применение одного из двух подходов: по кривой допустимых значений либо аналитическим  методом.

В первом случае ДФ определяется с помощью кривой (рис. 5.1). Если повторяющиеся ступенчатые изменения d₀ происходят с частотой r₀, то ДФ будет представлять собой величину, соответствующую ординате кривой ДФ. Если при одной и той же скорости повторения размах ступенчатого изменения напряжения равен d₁, то соответствующее значение ДФ будет определяться как                                         .                                                        (5.2)

Аналитический метод применяется, если имеют место  повторяющиеся возмущения, с использованием зависимости:

                        ,                                  (5.3)

где  d – относительное значение изменения напряжения, %;   
r – частота изменения напряжения, 1/мин; R – коэффициент, зависящий от частоты повторения (рис. 5.2);  F_пр – коэффициент приведения, зависящий от формы КН.

 

Рисунок 5.1- Кривая допустимых КН

 

Рисунок 5.2- Зависимость коэффициента R  от частоты изменения напряжения

 

Например, если потребитель вызывает ступенчатое  изменение напряжения (d = 1), которое имеет частоту повторения r = 3 1/мин,  то, используя кривую рис. 5.1, определяем  соответствующее ступенчатое изменение напряжения d₀ =  1,95 %. При возмущениях d = 1 %

.

При аналитическом методе F_пр = 1,  R » 1, тогда

 

.

Рассмотрим определение коэффициента F_пр при КН различной формы.

Прямоугольные КН. Это основной вид возмущений, который может быть использован как исходный при определении ДФ, вызываемого циклично работающими нагрузками. В этом случае коэффициент эквивалентности F_пр = 1.

Наклонные и ступенчатые КН. Эти виды КН вызываются прокатными станами и электродвигателями, подключенными к тиристорным преобразователям. Коэффициент F_пр можно определять по кривым рис. 5.3. Например, при периоде КН, равном 5 периодам основной частоты (Т = 0,1 с), ДФ уменьшается до значения, составляющего примерно 2/3 уровня, обусловленного ступенчатым напряжением того же значения.

 

 

Рисунок 5.3- Коэффициент приведения F_пр для периодических колебаний напряжения, имеющих двухступенчатую и пилообразную форму

 

Колебания напряжения в электрических  сетях промышленных предприятий  в большинстве случаев имеют  прямоугольную (рис. 5.4) или наклонную форму (рис. 5.5) (циклично работающие нагрузки, электродвигатели, прокатные станы, ДСП и т.п.).

 

Рис. 5.4- Колебания напряжения прямоугольной формы	Рис. 5.5- Колебания напряжения наклонной формы

В случае колебаний напряжения прямоугольной  формы можно определить время  восприятия фликера для i-го колебания напряжения по выражению (ГОСТ 13109-97):

.                    (5.4)

Зная время восприятия фликера  на каждом из кратковременных интервалов T_sh длительностью 10 мин, кратковременная доза фликера

,                          (5.5)

где т – число колебаний напряжения на интервале T_sh .

Длительная доза фликера определяется среднекубическим значением кратковременных  доз фликера на интервале T_L длительностью 2 часа

                              (5.6)

где  – кратковременная доза фликера на k-м интервале T_sh внутри длительного интервала T_L.

При наклонной форме колебаний  напряжения можно определить приведенные  размахи изменения напряжения по формуле

,                  (5.7)

где F_прi – коэффициент приведения, приведенный на рис. 5.3.

 

Зависимость коэффициента приведения F_пр от длительности наклонного участка аппроксимируется выражением

.                 (5.8)

В общем случае (при колебаниях напряжения прямоугольной и наклонной  формы) может быть применена инженерная методика расчета КН. Эта методика может использоваться для определения  кратковременной и длительной доз  фликера как для периодических, так и непериодических КН .

Алгоритм расчета 

1. На интервале времени измерения  (не менее 24 часов) выделяются  длительные интервалы наблюдения T_L = 2 часа, соответствующие периодам наибольших колебаний напряжения по размаху и числу изменений.

2. Длительные интервалы наблюдения T_L разбивают на 12 кратковременных T_sh = 10 мин.

3. На каждом кратковременном  интервале  T_sh определяются размахи dU_ti и длительности Dt_i  колебаний напряжения.

4. Все размахи колебаний напряжения  приводятся к колебаниям, имеющим  форму меандра 

,

где коэффициент приведения соответствует кривой, приведенной на рис. 5.3.

5. Определяется время восприятия  фликера для каждого колебания  напряжения

.

6. На каждом кратковременном  интервале T_sh вычисляется кратковременная доза фликера

.

7. На каждом длительном интервале T_L вычисляется длительная доза фликера

.

8. Кратковременные P_St и длительные  P_Lt  дозы фликера сравниваются с соответствующими нормированными значениями.

В практике проектирования возникает  необходимость оценить ДФ в узлах  сети, связанных с помощью трансформаторов, ВЛ или кабелей с узлом ВП.

Элементы СЭС имеют преимущественно  индуктивный характер (мы рассматриваем  именно такой случай); поэтому форма  КН в узлах 220 кВ и 0,4 кВ с большой  точностью соответствует форме  КН источника; их амплитуды в сложных  узлах сети уменьшаются пропорционально  величине , где – коэффициент передачи по напряжению или коэффициент распределения напряжений между узлами источника КН и n-м узлом.

Поэтому оценка ДФ в узлах, связанных  с источником КН, в рассматриваемом  случае может производиться по выражению

,

где – ДФ в узле с источником КН.

В дальнейшем коэффициент  будем называть коэффициентом распределения ДФ и обозначать  .

На рис. 5.6 в качестве примера представлена упрощенная схема электроснабжения прокатного цеха: источник колебания–ВП прокатного цеха, являющийся резкопеременной (ударной) нагрузкой. На схеме обозначено: Т_с – трансформатор связи с энергосистемой; Т₁ – Т_m – трансформаторы, питающие других потребителей подстанции.

Коэффициент распределения ДФ на стороне 220 кВ схемы рис. 5.6 определяется по очевидному выражению:

 

 

 

 

Рисунок 5.6- Упрощенная схема электроснабжения прокатного цеха

 

,

где х_к –сопротивление КЗ питающей ЭЭС.

 

Наличие отдельных БК или коммутируемых  в составе ФКУ несколько снижает  точность оценки   ; в этом случае значение  нужно уменьшать на 5–10 %.

Следует еще раз подчеркнуть, что описанное решение, хотя и  относится к весьма важному для  практики случаю, не может быть распространено на случай, когда КН имеют форму, отличную от характерной для резкопеременной  нагрузки прокатных станов.

 

При более  коротких импульсах влияние ФН вначале  будет бόльшим, так как ступенчатое  изменение происходит тогда, когда  зрение все еще подвергается раздражению  от фронта, направленного вниз. Наиболее неблагоприятной длительностью  прямоугольного импульса является 65 мс (F_пр = 1,46). При длительности импульса менее 65 мс реагирование зрения человека на направленный вниз и обратные фронты уменьшается и, таким образом, влияние ФН также уменьшается.

Соответствующие кривые приведены  на рис. 5.7 и рис.  5.8.

Рисунок 5.7- Значение коэффициента F_пр для прямоугольных и треугольных импульсов различной длительности

 

 

Рисунок 5.8- Значение коэффициента F_пр для КН при пусках двигателя

Колебания напряжения в виде серий импульсов. Рабочий цикл, характеризуемый сериями повторяющихся импульсов, разделенных равными промежутками, может вызвать КН. При этом значение ДФ, очевидно, является функцией амплитуды, формы, частоты и числа импульсов серии, а также длительности промежутков между сериями.

Доза фликера может быть определена с помощью коэффициентов приведения, приведенных на рис. 5.9. Так, коэффициент R в выражении (5.3) следует брать из рис. 5.2 для частоты, равной выбранной по величине параметра F_Q из рис. 5.9.

Колебания напряжения некомпенсированных ДСП. Любой метод, который применяется для оценки возмущений, создаваемых отдельными ДСП, должен учитывать длительность рабочего цикла этих печей. Интенсивность фликера при этом может изменяться от периода к периоду длительностью 10 минут, как это показано на рис. 5.10.

 

Рисунок 5.9-. Значение коэффициента F_пр для КН в виде серий импульсов в зависимости от числа изменений напряжения N

 

 

Рисунок 5.10 - Изменение интенсивности P_St кратковременного фликера для ДСП

 

Экспериментальные исследования показывают, что при определенных условиях работы ДСП существует линейная зависимость  между максимальным уровнем ДФ с 10-минутным периодом (с вероятностью превышения 1 %) и значением ДФ большей длительности :

.              (5.9)

При  определении  для некомпенсированной ДСП можно принять k = 0,66. В случае компенсированных печей k зависит от вида компенсации.

Из опыта известно, что наибольшее значение кратковременной ДФ может  иметь линейную зависимость от снижения напряжения при КЗ через коэффициент k_st. Снижение напряжения при КЗ U₁ может быть определено из отношения S_пт/S_к, где S_пт – мощность печного трансформатора, а S_к – мощность КЗ сети в точке подключения печи. Значение P_{st max} может быть определено из соотношения