ПОДХОД  К  РАСЧЕТУ  ВЫСШИХ  ГАРМОНИК  И  СИСТЕМНОЕ  ПРОНОЗИРОВАНИЕ  В  ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ

Плотников  Михаил  Павлович

аспирант  ФГБОУ  ВПО  «БрГУ»,  г.  Братск

E-mail:  n-plotnikov@mail.ru

Проблема  высших  гармоник  обусловлена  в  первую  очередь  прогрессом  в  области  силовой  преобразовательной  техники,  приведшая  к  широкому  внедрению  в  промышленное  электроснабжение  мощных  вентильных  преобразователей,  электродуговых  сталеплавильных  печей,  сварочных  установок  и  других  устройств  с  нелинейными  вольтамперными  характе-ристиками.  Разработкой  проблемы  высших  гармоник  занимаются  специалисты  по  электроснабжению  промышленных  предприятий  в  России  и  за  рубежом.  Вопросы,  связанные  с  повышением  качества  электроэнергии  и,  в  частности  со  снижением  уровня  высших  гармоник  актуальны  в  настоящее  время.

В  последнее  время  все  чаще  различные  организации  проводят  исследования  состояния  электроснабжения  зданий.  В  зданиях  располагается  большое  количество  компьютерной  техники.  Они  насыщены  высшими  гармониками.  Во  многих  странах  уже  столкнулись  с  проблемой  высших  гармоник.  Но  эта  проблема  пока  новая  для  России.  Но  в  нашей  стране  происходит  стремительный  рост  компьютерной  техники.  Поэтому  ученые  серьезно  относятся  к  этому  вопросу.  Высшие  гармонические  составляющие  тока  приводят  к  негативным  последствиям:

·     ухудшается  работа  оборудования,  вследствие  этого  сокращается  срок  службы  оборудования;

·     возникают  дополнительные  потери  в  трансформаторах;

·     возможен  перегрев  и  разрушение  кабельной  линии;

·     искажается  синусоидальность  питающего  напряжения.

Необходим  особый  подход  к  эксплуатации  систем  электроснабжения  различных  зданий,  построек,  так  как  многие  офисы  располагаются  в  зданиях,  не  рассчитанных  на  большой  рост  нелинейных  нагрузок.  Система  электроснабжения  (СЭС)  является  сложной  системой,  которая  состоит  из  множества  различных  элементов,  связанных  между  собой. 

В  настоящее  время  известны  два  подхода  к  расчету  высших  гармоник  в  электрических  сетях.  Один  из  них  основан  на  решении  системы  нелинейных  дифференциальных  уравнений,  которая  описывает  электромагнитные  процессы  в  вентильных  преобразователях.  На  основе  этого  решения  определяются  кривые  токов  и  напряжений.  В  настоящее  время  теория  цепей  располагает  большим  количеством  аналитических  и  неаналитических  методов  расчета  цепей  с  вентилями.  Разработано  множество  методов  численного  решения  нелинейных  дифференциальных  уравнений  таких,  как  методы  Тейлора,  Эйлера,  Рунге  и  Адамса.  Другой  подход  при  расчете  высших  гармоник  тока  и  напряжения  в  цепях  с  управляемыми  выпрямителями  предполагает,  что  вентильные  преобразователи  замещаются  источниками  тока  или  ЭДС  высших  гармоник.  Этот  принцип  позволяет  рассчитать  спектральный  состав  токов  и  напряжений  к  последовательному  и  независимому  расчету  их  действующих  значений  [1,  с.  85-86].

Расчет  несимметричных  и  несинусоидальных  режимов  играет  важную  роль.  Важность  таких  расчетов  обуславливается  необходимостью  обеспечить  качество  электрической  энергии  не  только  при  эксплуатации  СЭС,  но  и  при  ее  проектировании. 

Можно  выделить  требования  к  методам  расчета  режимов  при  проектировании:

·     метод  должен  позволить  выполнить  расчет  режимов  СЭС  любой  сложности;

·     должна  быть  обеспечена  низкая  стоимость  расчетов  режимов  СЭС;

·     точность  результатов  решения  необходимо  для  обеспечения  качества  электрической  энергии  при  эксплуатации. 

В  режиме  эксплуатации  расчет  несинусоидальных  режимов  СЭС  необходим,  чтобы  решить  следующие  задачи:

·     определить  и  произвести  оценку  показателей  качества  электрической  энергии;

·     регулировать  показатели  качества  электрической  энергии,  управляя  соответствующим  оборудованием;

·     определить  качества  электрической  энергии  при  изменении  электрической  схемы  и  схемы  питания  потребителей.

Данный  вопрос  актуален.  Но  отечественным  и  зарубежным  ученым  пока  не  удалось  разработать  единую  методику  расчета  несинусоидальных  режимов  СЭС,  которая  способна  оперативно  и  с  высокой  точностью  выполнять  расчет  высших  гармонических  составляющих  тока  и  напряжения.

Почти  все  методы  не  учитывают  нагрев  токоведущих  частей.  Применение  для  расчета  высших  гармонических  составляющих  методов,  учитывающих  нагрев,  позволяет  точнее  определить  потери  мощности  и  электроэнергии  в  элементах  сети  [2,  с.  125].  Расчеты  показывают,  что  если  не  учитывать  нагрев  токоведущих  частей  при  несинусоидальных  режимах  СЭС  получается,  что  возникают  большие  погрешности  при  определении  потерь  электрической  энергии.  Нагрузочные  потери  мощности  в  любом  элементе  сети  определяются  по  формуле:

,

где  R  –  сопротивление  элемента, 

I  –  ток  элемента.

В  результате,  чем  точнее  задано  R,  тем  точнее  будет  расчет  потерь.  При  этом  сопротивление  проводников  зависит  от  температуры.  Эту  зависимость  можно  выразить  формулой:

R=  R₀*(1+a*(  q_окр+  q_п)),

где  R₀  –  сопротивление  проводника  при  0  ⁰С,

а  –  температурный  коэффициент  сопротивления,

q_окр  –  температура  окружающей  среды;

q_п  –  превышение  температуры  проводника  над  температурой  окружающей  среды.

Сопротивление  элементов  сети  за  счет  изменения  температуры  может  изменяться  примерно  на  40%.  Поэтому,  настолько  же  могут  изменяться  потери  мощности.  Снижение  потерь  может  быть  ошибочно.  Значит,  в  расчетах  необходимо  учитывать  температуру  [3,  с.  137-138].

Результаты  расчетов  несинусоидальных  режимов  СЭС  [4,  с.  204]  исполь-зуются  для  определения  технико-экономических  показателей.  Это  значит,  что  результат  таких  расчетов  имеет  важный  экономический  аспект.

Несинусоидальные  режимы  являются  неэкономичными.  Чтобы  оценить  экономичность  и  допустимость  этих  режимов,  а  также  выбрать  мероприятия  по  снижению  несинусоидальности  –  необходимо  более  точно  моделировать  элементы  сети,  нагрузок  и  источников  питания,  а  для  этого  важно  учитывать  нагрев  токоведущих  частей  при  несинусоидальных  режимах  СЭС.  Для  оценки  допустимости  несинусоидальных  режимов  нужно  создать  комплекс,  который  бы  включал  в  себя  математические  модели  элементов  СЭС  и  математический  аппарат,  рассчитывающий  потери  мощности  и  энергии  в  сетях  с  нелинейной  нагрузкой  с  учетом  нагрева  токоведущих  частей.  Чтобы  завершить  этап  создания  комплекса,  нужно  уточнить  математические  модели  элементов  СЭС  посредствам  замеров  показателей  качества  электрической  энергии.  Итогом  работы  будет  оригинальный  комплекс,  который  позволит  с  высокой  точностью  оценить  экономичность  и  допустимость  несинусоидаль-ных  режимов  СЭС. 

Нормативные  акты  в  области  электроэнергетики  дают  возможность  сделать  вывод,  что  одним  из  основных  действий,  которые  позволяют  минимизировать  издержки,  вызванные  новыми  правилами  рынка,  а  в  результате  снизить  финансовые  убытки  электроснабжающей  организации  является  эффективное  прогнозирование  параметров  режима  и  различных  технологических  характеристик  предприятия.  Все  они  тесно  связаны  с  потреблением  электроэнергии.  Таким  образом,  новые  параметры  рынка  требуют  от  электроснабжающей  организации  получение  максимально  низких  ошибок  при  прогнозировании  параметров  обслуживающих  сетей. 

При  сложившейся  новой  рыночной  ситуации  в  отечественной  электроэнергетике  становится  актуально  осуществлять  системное  прогнозирование.  Концепция  такого  прогнозирования  заключается  в  том,  что  электроснабжающая  организация,  спрогнозировав  развитие  ситуации  (например,  уровень  потерь  электроэнергии  в  обслуживающем  энергорайоне),  стремится  скорректировать  свои  действия,  чтобы  своевременно  среагировать  на  изменения  внешней  среды,  уменьшить  ущерб  или  напротив,  увеличить  возможную  прибыль. 

ложная  система  взаимоотношений  на  современном  электроэнергетическом  рынке  приводит  к  ужесточению  точности  планирования  расхода  электроэнергии,  которая  в  свою  очередь  заставляет  применять  в  энергосбытовых  организациях  эффективные  методы  анализа  и  прогнозирования  параметров  режима  и  технологических  характеристик.

Список  литературы:

1.Жежеленко  И.В.  Высшие  гармоники  в  системах  электроснабжения  промпредприятий  —  2-е  изд.,  перераб.  и  доп.  М.  :  Энергоатомиздат,  1984.  160  с. 

2.Жежеленко  И.В.  Высшие  гармоники  в  системах  электроснабжения  промпредприятий  —  3-е  изд.,  перераб.  и  доп.  М.  :  Энергоатомиздат,  1994.  264  с.

3.Шидловский  А.К.,  Кузнецов  В.Г.  Повышение  качества  электроэнергии  в  электрических  сетях.  Киев:  Наукова  думка,  1985.  268  с.

4.Иванов  В.С.,  Соколов  В.И.  Режимы  потребления  и  качество  электроэнергии  систем  электроснабжения  промышленных  предприятий.  М.:  Энергоатомиздат,  1987.  336  с.