Разработка математической модели совместной работы электроприемников с резкопеременной нагрузкой и

Разработка математической
модели совместной работы
электроприемников с
резкопеременной нагрузкой и
коммунальных потребителей
Автор проекта: Калинина Екатерина Андреевна
г. Киров
1.1
Понятие колебаний напряжения

Колебания напряжения — быстро изменяющиеся отклонения напряжения
длительностью от полупериода до нескольких секунд.

Колебания напряжения возникают в результате быстрого изменения потерь
напряжения в элементах сети при резком изменении передаваемых по ним
активной и реактивной мощностей.

Появление колебаний напряжения в системе электроснабжения отрицательно
сказывается на работе чувствительных к ним электроприёмников и, в первую
очередь, на работу установок электрического освещения.

Источниками колебаний напряжения являются мощные электроприёмники с
импульсным, резкопеременным характером потребления активной и реактивной
мощности: дуговые и индукционные печи; электросварочные машины;
электродвигатели при пуске, пилорамы, козловые и мостовые краны.

Колебания напряжения характеризуются следующими показателями:
- размахом изменения напряжения;
- дозой фликера.
1.2
Исследование режимов электропотребления
Для исследования уровней колебаний напряжения были произведены
измерения электрических нагрузок на шинах 0,4 кВ трансформаторной
подстанции и отходящем фидере при помощи прибора «Ресурс UF2М».
погрузочная
площадка
ТП-400 кВА
РУ 0,4кВ
1
фидер №7
АВВГ 4х16
2
Рисунок 1.2 – Схема электроснабжения электроприемников
1.2
Исследование режимов электропотребления
Таблица 1.1 - Результаты измерений активной мощности
Точка
измерений
Значение активной мощности, кВт
Максимальное
минимальное
среднее
ТП 400 кВА, ввод
128,2754
44,07706
73,28
ТП 400 кВА, фидер
№7
11,634
2,946
8,96
Таблица 1.2 - Результаты измерений реактивной мощности
Значение реактивной мощности, кВт
Точка
измерений
максимальное
минимальное
среднее
ТП 400 кВА, ввод
31,92747
16,73452
26,91
ТП 400 кВА, фидер
№7
17,426
5,838
15,19
Исследование режимов электропотребления
1.2
P, Q, Вт, вар
140000
120000
100000
P
80000
Q
60000
40000
20000
00:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
06:00
05:00
04:00
03:00
02:00
01:00
00:00
0
t
Рисунок 1.3 – График изменения активной и реактивной мощностей на вводе
(точка 1)
Исследование режимов электропотребления
1.2
P, Q, Вт, вар
20000
18000
16000
14000
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
P
00:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
06:00
05:00
04:00
03:00
02:00
01:00
00:00
Q
t
Рисунок 1.4 – График изменения активной и реактивной мощностей на фидере
(точка 2)
1.2
Исследование режимов электропотребления
Таблица 1.3 - Результаты измерений коэффициента мощности
Точка
измерений
Значение коэффициента мощности
максимальное
минимальное
среднее
ТП 400 кВА, ввод
0,986
0,846
0,93
ТП 400 кВА, фидер
№7
0,660
0,438
0,51
1.2
Исследование режимов электропотребления
cos 1,000
0,980
0,960
0,940
0,920
0,900
0,880
0,860
0,840
19:00
20:00
21:00
22:00
23:00
00:00
07:00
08:00
09:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
15:00
16:00
17:00
18:00
00:00
01:00
02:00
03:00
04:00
05:00
06:00
0,820
t
Рисунок 1.4 – График изменения коэффициента мощности на вводе (точка 1)
Исследование режимов электропотребления
1.2
cos
0,700
0,650
0,600
0,550
0,500
0,450
00:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
06:00
05:00
04:00
03:00
02:00
01:00
00:00
0,400
t
Рисунок 1.5 – График изменения коэффициента мощности на фидере (точка 2)
1.2
Исследование режимов электропотребления
Таблица 1.4 - Результаты измерений напряжений по фазам
Точка
измерений
ТП 400 кВА, ввод
ТП 400 кВА, фидер
№7
Фаза
Значение напряжения, В
максимальное
минимальное
среднее
а
237,183
220,4996
230,21
в
235,9402
220,1004
227,99
с
237,3966
220,5346
229,71
а
237,097
220,321
230,21
в
235,774
219,868
227,82
с
237,325
220,453
229,65
Исследование режимов электропотребления
1.2
U, В
240
238
236
234
232
230
228
226
224
222
220
218
Ua
Ub
00:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
06:00
05:00
04:00
03:00
02:00
01:00
00:00
Uc
t
Рисунок 1.6 – График изменения напряжения на вводе (точка 1)
Исследование режимов электропотребления
1.2
U, В
240
238
236
234
232
230
228
226
224
222
220
218
Ua
Ub
00:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
06:00
05:00
04:00
03:00
02:00
01:00
00:00
Uc
t
Рисунок 1.7 – График изменения напряжения на фидере (точка 2)
1.3
Расчёт колебаний напряжения
Таблица 1.5 – Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе А
Точка
измерений
ТП 400 кВА, фидер №7
Значение колебаний напряжения, U, В, %
максимальное
минимальное
среднее
5,856
0,000
0,63
2,66 %
0,00 %
0,29 %
Расчёт колебаний напряжения
1.3
Таблица 1.6 – Данные для построения гистограммы изменения размахов
напряжения, возникающих при работе оборудования с резкопеременным
характером нагрузки (для фазы А)
Интервал,
U, В
Umin/Umax, %
Количество
попаданий,
ni
ni/N
Интервал
времени
между
колебаниями
Δt, мин
Допустимые
значения
δUдоп, %
0-0,4
0
0,18
617
0,429
-
0,4-0,9
0,18
0,41
485
0,337
1,751
0,95
0,9-1,4
0,41
0,64
216
0,150
4,270
1,30
1,4-1,9
0,64
0,86
76
0,053
11,893
1,70
1,9-2,4
0,86
1,09
25
0,017
31,978
2,20
2,4-2,9
1,09
1,32
10
0,007
71,950
2,80
2,9-3,4
1,32
1,55
5
0,003
143,900
3,45
3,4-3,9
1,55
1,77
1
0,001
287,800
4,40
> 3,9
1,77
> 1,77
4
0,003
359,750
4,70
Расчёт колебаний напряжения
Кол-во попаданий значений в интервал
1.3
800
600
400
200
0
0-0,4
0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9
>3,9
Колебания напряжения, δU, В
Рисунок 1.8 – Гистограмма размахов изменения напряжения на фидере №7,
возникающих при работе оборудования с резкопеременным характером
нагрузки (для фазы А)
1.3
Расчёт колебаний напряжения
Таблица 1.7 – Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе В
Точка
измерений
ТП 400 кВА, фидер №7
Значение колебаний напряжения, U, В, %
максимальное
минимальное
среднее
5,021
0,000
0,59
2,28 %
0,00 %
0,27 %
Расчёт колебаний напряжения
1.3
Таблица 1.8 – Данные для построения гистограммы изменения размахов напряжения,
возникающих при работе электрооборудования с резкопеременным графиком
нагрузки (для фазы В)
Интервал,
U, В
Umin/Umax, %
Количество
попада
ний, ni
ni/N
Интервал
времени
между
колебани
ями Δt,
мин
Допустимые
значения
δUдоп, %
0-0,4
0
0,18
630
0,438
-
0,4-0,9
0,18
0,41
505
0,351
1,779
0,95
0,9-1,4
0,41
0,64
219
0,152
4,734
1,27
1,4-1,9
0,64
0,86
51
0,035
16,929
1,80
1,9-2,4
0,86
1,09
19
0,013
42,324
2,40
2,4-2,9
1,09
1,32
8
0,006
95,933
3,00
2,9-3,4
1,32
1,55
0
0,000
205,571
3,80
3,4-3,9
1,55
1,77
2
0,001
205,571
3,80
> 3,9
1,77
> 1,77
5
0,003
287,800
4,50
Расчёт колебаний напряжения
Кол-во попаданий значений в интервал
1.3
800
600
400
200
0
0-0,4
0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9
>7,9
Колебания напряжения, δU, В
Рисунок 1.9 – Гистограмма размахов изменения напряжения на фидере №7,
возникающих при работе оборудования с резкопеременным графиком нагрузки
(для фазы В)
1.3
Расчёт колебаний напряжения
Таблица 1.9 – Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе С
Точка
измерений
ТП 400 кВА, фидер №7
Значение колебаний напряжения, U, В, %
максимальное
минимальное
среднее
6,061
0,000
0,59
2,76 %
0,00 %
0,27 %
Расчёт колебаний напряжения
1.3
Таблица 1.10 – Данные для построения гистограммы изменения размахов
напряжения, возникающих при работе электроприемников с резкопеременным
графиком нагрузки (для фазы С)
Интервал,
U, В
Umin/Umax, %
Количество
попаданий,
ni
ni/N
Интервал
времени
между
колебаниями
Δt, мин
Допустимые
значения
δUдоп, %
0-0,4
0
0,18
628
0,437
-
0,4-0,9
0,18
0,41
498
0,346
1,774
0,95
0,9-1,4
0,41
0,64
222
0,154
4,597
1,27
1,4-1,9
0,64
0,86
62
0,043
15,813
1,75
1,9-2,4
0,86
1,09
17
0,012
49,621
2,50
2,4-2,9
1,09
1,32
5
0,003
119,917
3,20
2,9-3,4
1,32
1,55
2
0,001
205,571
3,80
3,4-3,9
1,55
1,77
2
0,001
287,800
4,50
> 3,9
1,77
> 1,77
3
0,002
479,667
5,20
Расчёт колебаний напряжения
Кол-во попаданий значений в интервал
1.3
800
600
400
200
0
0-0,4
0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-1,4 1,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9
>3,9
Колебания напряжения, δU, В
Рисунок 1.10 – Гистограмма размахов изменения напряжения на фидере №7,
возникающих при работе электрооборудования с резкопеременным графиком
работы нагрузки (для фазы С)
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
По
существующей
схеме
требуется
дополнительно
подключить
электроприёмник с резкопеременным характером нагрузки – в данном случае
им является козловой кран марки ККС-10 (Рном=42 кВт) (рис. 1.8).
Рисунок 1.11 – Кран ККС-10
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.11 – Технические характеристики крана ККС-10
Грузоподъемность, тонн
10
Режим работы
средний
Пролет, м
32 и 20
Вылет консоли, м:
- правый
7,5
- левый
8,5
Высота подъема груза, м
10
Скорости, м/мин:
- подъема груза
15
- передвижения грузовой тележки
36
- передвижения крана
40
Род тока и напряжение
переменный, 380 В
Мощность электродвигателей, кВт
42
Управление краном
из кабины
Тип подкранового рельса
Р43 ГОСТ 7173-54, Р50 ГОСТ 7174-75
Масса, кг
42 000
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
При помощи расчётной модели были определены уровни напряжения на фидере
№7 при работе нового подключенного оборудования.
Определялась потеря напряжения по формуле:
U 
Pr Q x
,
U
где Р – суммарная активная нагрузка лесопильного оборудования и нового
оборудования,
Q – суммарная реактивная нагрузка лесопильного оборудования и нового
оборудования.
В точке 2 напряжение после подключения оборудования определяется по
следующему выражению:
U 2  U 2  U ,
где - напряжение до подключения оборудования точке 2.
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.12 Результаты расчёта активной мощности
Точка
измерений
ТП 400 кВА, кран
ККС-10, фидер
№7
Значение активной мощности, кВт
максимальное
минимальное
среднее
52,679
4,788
17,72
Таблица 1.13 Результаты расчёта реактивной мощности
Точка
измерений
ТП 400 кВА, кран
ККС-10, фидер
№7
Значение реактивной мощности, кВт
максимальное
минимальное
среднее
55,408
6,217
32,00
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
P, Q, Вт, вар
60000
50000
40000
P
30000
Q
20000
10000
00:00
23:00
22:00
21:00
20:00
19:00
18:00
17:00
16:00
15:00
14:00
13:00
12:00
11:00
10:00
09:00
08:00
07:00
06:00
05:00
04:00
03:00
02:00
01:00
00:00
0
t
Рисунок 1.12 – График изменения активной и реактивной мощностей на фидере
(точка 2) после подключения электроприёмника с резкопеременным характером
нагрузки (кран ККС-10)
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.14 Результаты расчёта напряжений по фазам
Точка
измерений
ТП 400 кВА, кран
ККС-10, фидер
№7
фаза
Значение напряжения, В
максимальное
минимальное
среднее
а
236,623
219,881
229,75
в
234,785
219,050
226,95
с
236,851
220,013
229,19
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.15 Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе А
Точка
измерений
ТП 400 кВА, кран ККС-10,
фидер №7
Значение колебаний напряжения, U, В, %
максимальное
минимальное
среднее
5,844
0,000
0,63
2,66 %
0,00 %
0,29 %
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.16 – Данные для построения гистограммы изменения размахов
напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы А)
Интервал,
U, В
Umin/Umax, %
Количество
попада
ний, ni
ni/N
Интервал
времени
между
колебани
ями Δt,
мин
Допустимые
значения
δUдоп, %
0-0,4
0
0,18
618
0,430
-
0,4-0,9
0,18
0,41
484
0,337
1,753
0,92
0,9-1,4
0,41
0,64
217
0,151
4,270
1,25
1,4-1,9
0,64
0,86
77
0,054
11,992
1,70
1,9-2,4
0,86
1,09
23
0,016
33,465
2,25
2,4-2,9
1,09
1,32
10
0,007
71,950
2,70
2,9-3,4
1,32
1,55
5
0,003
143,900
3,40
3,4-3,9
1,55
1,77
1
0,001
287,800
4,45
> 3,9
1,77
> 1,77
4
0,003
359,750
4,70
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Кол-во попаданий значений в интервал
1.4
800
600
400
200
0
0-0,4
0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9
>3,9
Колебания напряжения, δU, В
Рисунок 1.13 – Гистограмма размахов изменения напряжения, возникающих при
работе крана ККС-10 (для фазы А), фидер №7
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.17 Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе В
Точка
измерений
ТП 400 кВА, кран ККС-10,
фидер №7
Значение колебаний напряжения, U, В, %
максимальное
минимальное
среднее
4,999
0,001
0,59
2,27 %
0,00 %
0,27 %
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной
модели, возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.18– Данные для построения гистограммы изменения размахов
напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы В)
Интервал,
U, В
Umin/Umax, %
Количество
попаданий,
ni
ni/N
630
0,438
Интервал
времени
между
колебаниями
Δt, мин
Допустимые
значения
δUдоп, %
0-0,4
0
0,18
-
0,4-0,9
0,18
0,41
502
0,349
1,779
0,95
0,9-1,4
0,41
0,64
223
0,155
4,687
1,27
1,4-1,9
0,64
0,86
53
0,037
17,131
1,80
1,9-2,4
0,86
1,09
16
0,011
46,419
2,45
2,4-2,9
1,09
1,32
8
0,006
95,933
3,00
2,9-3,4
1,32
1,55
0
0,000
205,571
3,80
3,4-3,9
1,55
1,77
3
0,002
205,571
3,80
> 3,9
1,77
> 1,77
4
0,003
359,750
4,70
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Кол-во попаданий значений в интервал
1.4
800
600
400
200
0
0-0,4
0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-2,4 2,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9
>7,9
Колебания напряжения, δU, В
Рисунок 1.14 – Гистограмма размахов изменения напряжения, возникающих при
работе крана ККС-10 (для фазы В), фидер №7
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.19 Результаты вычислений колебаний напряжения на фазе С
Точка
измерений
ТП 400 кВА, кран ККС-10,
фидер №7
Значение колебаний напряжения, U, В, %
максимальное
минимальное
среднее
6,049
0,000
0,59
2,75 %
0,00 %
0,27 %
1.4
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной
модели, возникающих при подключении нового оборудования
Таблица 1.18– Данные для построения гистограммы изменения размахов
напряжения, возникающих при работе крана ККС-10 (для фазы С)
Интервал,
U, В
Umin/Umax, %
Количество
попаданий,
ni
ni/N
628
0,437
Интервал
времени
между
колебаниями
Δt, мин
Допустимые
значения
δUдоп, %
0-0,4
0
0,18
-
0,4-0,9
0,18
0,41
498
0,346
1,774
0,95
0,9-1,4
0,41
0,64
222
0,154
4,597
1,27
1,4-1,9
0,64
0,86
62
0,043
15,813
1,75
1,9-2,4
0,86
1,09
17
0,012
49,621
2,50
2,4-2,9
1,09
1,32
6
0,004
119,917
3,20
2,9-3,4
1,32
1,55
2
0,001
239,833
4,00
3,4-3,9
1,55
1,77
1
0,001
359,750
4,60
> 3,9
1,77
> 1,77
3
0,002
479,667
5,20
Расчёт колебаний напряжения при помощи расчётной модели,
возникающих при подключении нового оборудования
Кол-во попаданий значений в интервал
1.4
800
600
400
200
0
0-0,4
0,4-0,9 0,9-1,4 1,4-1,9 1,9-1,4 1,4-2,9 2,9-3,4 3,4-3,9
>3,9
Колебания напряжения, δU, В
Рисунок 1.14 – Гистограмма размахов изменения напряжения, возникающих при
работе крана ККС-10 (для фазы С), фидер №7
В результате проведенных исследований можно сделать
следующие выводы:

В данном случае совместное питание исследуемых
электроприемников с резкопеременной нагрузкой (кран ККС-10)
с коммунально-бытовыми потребителями (жилые дома,
хозяйственные постройки) возможно.

Т.е. разработанная методика позволяет определить уровни
колебаний напряжений и оценить возможность подключения
электроприемников с резкопеременной нагрузкой к уже
существующим трансформаторным подстанциям без
проведения дополнительных измерений на стадии утверждения
технических присоединений.
Планируемая эффективность и результативность
реализации проекта
Внедрение работы
Увеличение срока
службы
оборудования
Снижение потерь
электроэнергии
при
транспортировке
Сертификация
качества
электроэнергии
по показателям
колебаний
напряжения
для
коммунальных
потребителей