ПРИМЕНЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ КОМПЕНСАТОРОВ ИСКАЖЕНИЙ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ПРОВАЛОВ НАПРЯЖЕНИЯ

USING DYNAMIC VOLTAGE RESTORER TO MITIGATE VOLTAGE SAGS

Vasily Lekarchuk

student, Department of Enterprise power systems, Novosibirsk state technical university,

Russia, Novosibirsk

Dmitriy Shevtsov

candidate of Engineering Sciences, Novosibirsk state technical university,

Russia, Novosibirsk

АННОТАЦИЯ

Цель исследования – рассмотреть возможности применения динамических компенсаторов искажения напряжения для улучшения качества электрической энергии и защиты от провалов напряжения.

ABSTRACT

The purpose of the study is to consider the possibility of using dynamic voltage restorer to improve the power quality and mitigate voltage sags.

Ключевые слова: качество электрической энергии, провалы напряжения, динамический компенсатор искажений напряжения.

Keywords: power quality, voltage sag, dynamic voltage restorer.

Любой электроприемник предназначен для работы при определенных параметрах электрической энергии, поэтому для нормальной работы необходимо обеспечить требуемое качество электрической энергии. Качество электрической энергии можно определить как степень соответствия параметров электрической энергии их установленным значениям.

Низкое качество электрической энергии может стать причиной технологического и электромагнитного ущерба. Электромагнитный ущерб обусловлен увеличением потерь при передаче электрической энергии и снижением срока эксплуатации оборудования из-за нарушения режимов работы и износа изоляции. Причиной возникновения технологического ущерба является расстройство технологического процесса, порча сырья и готовой продукции, недовыработка и недоиспользование рабочей силы. Причём для предприятий со сложными и непрерывными технологическими процессами ущерб связан не столько с простоем оборудования, сколько с фактом внезапного нарушения технологического процесса [1, c. 8].

Согласно исследованиям EPRI (Electric Power Research Institute), самой распространённой причиной низкого качества электроэнергии (более 92%) являются провалы напряжения [2]. Они могут возникать из-за природных явлений (грозы, урагана, приводящего к коротким замыканиям) и технических мероприятий, проводимых на высокой стороне подстанций. Помимо этого провалы могут возникать на стороне потребителя из-за запуска мощных нагрузок, коротких замыканий или ошибок персонала.  Провалы характеризуются такими параметрами, как глубина и длительность. Статистику провалов можно найти в ГОСТе 32144-2013, она представлена в таблице 1.

Таблица 1.

Частота появления провалов с заданным остаточным напряжением

Согласно статистике, 70–88% повреждений в наиболее распространенных сетях 110–220 кВ внешнего электроснабжения приходятся на однофазные короткие замыкания, 10–20% – на двухфазные и 2–10% – на трехфазные КЗ [3]. Несимметричные короткие замыкания приводят к несимметричным провалам напряжения, это означает, что самым часто встречаемым будет однофазный провал напряжения. Длительность большинства провалов ограничена 0.5 с.

При провалах напряжения происходит отключение двигателей из-за отпадания магнитных пускателей и контакторов. При исчезновении напряжения пускатели отпадают за один период основной гармоники напряжения – 0.02 с [3]. Пускатели также отпадают, если напряжение поддерживается на уровне 60%–70% от номинального в течение нескольких периодов [1, c. 24].

Повсеместная автоматизация технологических процессов и внедрение частотно-регулируемых приводов (ЧРП) сделало промышленных потребителей ещё более чувствительными к провалам напряжения. Исследования показывают, что прерывание напряжения на один период промышленной частоты или провал напряжения до 70% от номинального длительностью более 5 периодов приводит к отключению ЧРП [4].

Эти факторы делают промышленных потребителей заинтересованными в повышении надёжности электроснабжения. Гарантировать полное отсутствие коротких замыканий в электрических сетях невозможно, и даже в случае успешного срабатывания АПВ всё равно произойдёт провал напряжения. Всё это заставляет потребителей принимать меры в собственном хозяйстве, исходя из экономической целесообразности.

Самым надёжным способом защиты потребителя является использование источника бесперебойного питания (ИБП). Он полностью защищает потребителя от проблем, связанных со снижением качества электрической энергии, обеспечивает работу нагрузки при отсутствии питания. Из недостатков можно выделить необходимость использования дорогостоящего инвертора и аккумуляторных батарей, занимающих большую площадь. Однако если мощность нагрузки слишком велика, то использование источника бесперебойного питания становится нерациональным [5].

Альтернативой ИБП может стать применение динамического компенсатора искажения напряжения (ДКИН). ДКИН – это трехфазное устройство среднего или низкого напряжения, корректирующее провалы напряжения, фазовые углы векторов напряжения, небаланс и перенапряжения. ДКИН представляет собой устройство с двукратным преобразованием напряжения, вход которого подключен к системе электроснабжения. Выход ДКИН через управляемый инвертор и вольтодобавочный трансформатор (ВДТ) подключен к нагрузке. Первичная обмотка ВДТ включена последовательно с нагрузкой, и в ней наводится напряжение, компенсирующее отклонения напряжения в СЭС (рис. 1).

Рисунок 1. Структурная схема ДКИН

Основное назначение ДКИНа – компенсация симметричных провалов глубиной до 30%, и однофазных провалов глубиной до 70%, которые составляют большую часть провалов напряжения. В случае если провалы окажутся глубже, то ДКИН скомпенсирует их насколько это возможно. Поэтому, когда рассматривается ДКИН, нужно говорить не только о снижении количества провалов, но и об уменьшении влияния провалов напряжения на технологические процессы производств.

ДКИН в отличие от ИБП не содержит дорогостоящих и громоздких накопителей энергии, имеющих высокие эксплуатационные расходы. Мощность инвертора ДКИН составляет примерно 15% от мощности нагрузки, когда для ИБП требуется выбор мощности, соответствующей мощности нагрузки с запасом. Таким образом, ДКИН может стать отличной альтернативой ИБП на производствах с непрерывными технологическими процессами и нагрузками большой мощности.

Список литературы:

1. Гуревич Ю.Е., Кабиков К.В. Особенности электроснабжения, ориентированного на бесперебойную работу промышленного потребителя. – М.: ЭЛЕКС-КМ, 2005. – 408 с.: ил.
2. A. de Almeida, L. Moreira. J. Delgado, Power Quality Problems and New Solutions [Электронный ресурс] // Renewable Energy & Power Quality Journal (RE&PQJ). – URL: http:// www.icrepq.com/pdfs/PL4.ALMEIDA.pdf (дата обращения 02.06.2020)
3. М.С. Ершов, В.А. Анцифоров. Причины и параметры кратковременных нарушений электроснабжения промышленных объектов // Территория нефтегаз. – 2014. – № 10. – С. 84–89
4. Design, Development and Testing of a Voltage Ride-Thru Solution for Variable Speed Drives in Oil Field Applications / D. J. Carnovale [et al.] // 2007 IEEE Petroleum and Chemical Industry Technical Conference. – IEEE, 2007. – P. 1–7.
5. Гуревич Ю.Е., Д.Л. Файбисович, З.Г. Хвощинская. О бесперебойности электроснабжения промышленных потребителей. // Электричество. – 1995. – №8. – С. 2-9.