Комплексный подход при оптимизации режимов работы электрических сетей предприятий АПК

Однако в условиях, когда реальные темпы развития экономики существенно превышают темпы наращивания электроэнергетического потенциала страны, кризис, связанный с дефицитом мощностей, будет углубляться и охватывать все большую часть регионов страны. Структура электропотребления в динамике до 2030 года представлена на рисунке 1 [6].

годы

Рис. 1. Варианты динамики внутреннего электропотребления, млрд кВт∙ч

В обоих случаях происходит рост электропотребления, динамика отражает ежегодное увеличение электроприемников. С 2010 года этот рост более динамичный, и к 2030 году ожидается увеличение электропотребления на 50 %. Такие темпы роста потребления электроэнергии в России должны быть подтверждены надежностью распределительных сетей, запасом мощностей генерирующих установок.

Цель исследования. В связи с этим одной из стратегических целей развития электроэнергетики в рассматриваемой перспективе является надежное энергоснабжение экономики и населения страны электроэнергией. Для решения поставленных целей необходимо решить ряд задач :

• 1.    Реконструкция электрических сетей, модернизация электрооборудования.

• 2.    Оптимизация энергопотребления, энергосбережения.

• 3.    Стратегическое планирование энергопотребления.

• 4.    Снижение потерь, автоматизация, повышение качества электроэнергии в распределительных сетях.

Глобальное перевооружение, автоматизация электрооборудования и рост электропотребления приводят к перегрузкам сетей и возникновению аварийных ситуаций. Широкое применение устройств с нелинейными и изменяющимися во времени характеристиками приводит к увеличению уровня высших гармоник в электрических сетях [4]. Результатом воздействия гармоник на систему электроснабжения и оборудование, включая сельскохозяйственных потребителей, является увеличение потерь во вращающихся машинах, трансформаторах, линиях электропередачи; ускоренное старение изоляции электрооборудования; ложные срабатывания устройств релейной защиты и автоматики. На рисунке 2 представлены основные спектры гармоник различных устройств.

в г

Рис. 2. Спектры гармоник различных устройств: а – типового источника бесперебойного питания; б – люминесцентных ламп; в – шестиимпульсного моста;

г – двенадцатиимпульсного моста

Спектры гармоник различных устройств отличаются как по гармоническим составляющим, там и по мощности гармоник. Основные гармоники, присутствующие в устройствах, нечетные: 3-я, 5-я, 7-я, 9-я, 11-я и 13-я.

Существует ряд негативных факторов влияния высших гармоник и интергармоник на работу электрооборудования, средств защиты, автоматики и надежность электроснабжения [3, 5].

Высшие гармоники оказывают отрицательное влияние на технологический процесс и режим работы электролизеров. Наличие пульсирующего напряжения с большим содержанием высших гармоник способствует увеличению обратимых восстановительных процессов в электролите, влияет на подвижность ионов, перенос заряда и, следовательно, приводит к снижению коэффициента полезного действия электролизных установок, ухудшению качества продукции.

При прохождении токов высших гармоник по элементам системы электроснабжения возникают дополнительные потери активной мощности и электроэнергии. Наибольшие дополнительные потери активной мощности имеют место в трансформаторах, двигателях и генераторах. В ряде случаев эти потери могут привести к недопустимому перегреву обмоток электрических машин и во всех случаях приводят к дополнительным потерям электрической энергии.

При наличии гармоник в кривой напряжения процесс старения изоляции протекает более интенсивно, что объясняется ускорением при высоких частотах электрического поля физикохимических процессов в диэлектриках, обусловливающих их старение. Высшие гармоники тока и напряжения влияют на погрешности электроизмерительных приборов. В практике эксплуатации существенное значение имеет увеличение погрешностей индукционных счетчиков активной и реактивной энергии. Значения этих погрешностей существенно отражаются при учете потребления электрической энергии.

Наличие высших гармоник затрудняет и в ряде случаев делает невозможным использование силовых цепей в качестве каналов для передачи информации. Высшие гармоники ухудшают работу телемеханических устройств, вызывают сбои в их работе, если силовые цепи используются в качестве каналов связи.

Методы. Ограничение несинусоидальности напряжения с наибольшей эффективностью может быть достигнуто на стадии проектирования систем электроснабжения промышленных предприятий, но требует дополнительных затрат. Поэтому такое ограничение является техникоэкономической проблемой, которую нельзя решать в отрыве от задачи компенсации реактивной мощности. Это объясняется тем, что компенсирующие устройства с емкостными параметрами (например, конденсаторные батареи, фильтры высших гармоник) в сочетании с индуктивным сопротивлением питающей сети могут приводить к резонансу в сети на высокой частоте, и следовательно, к увеличению отдельных гармоник тока и напряжения.

Результаты исследования. Появление убытка от высших гармоник обусловливает необходимость снижения их уровней в системах электроснабжения. В настоящее время основными мерами по уменьшению влияния высших гармоник напряжения на элементы электроустановок являются:

• -    рациональное построение схемы электроснабжения;

• -    применение многофазных схем выпрямления, специальных законов управления преобразователями;

• -    использование активных фильтров.

Активные фильтры подавляют все неосновные составляющие токов сетей в определенном диапазоне частот, в том числе неканонические и низкочастотные составляющие, являются многофункциональными устройствами и, кроме фильтрации токов и напряжений электросетей, могут обеспечивать компенсацию реактивной мощности и симметрирование трехфазных систем токов и напряжений. Активные фильтры могут быть выполнены многотактными, многоуровневыми, каскадными. Многообразие исполнений фильтров, широкие возможности формирования их параметров позволяют при современной элементной базе синтезировать активные фильтры с высокими технико-экономическими показателями для использования их в промышленных электросетях и электроприводах [1, 2].

Выводы . При низкой потребляемой мощности предприятий АПК, по сравнению с другими промышленными предприятиями, использование активной фильтрации с возможностью компенсации реактивной мощности становится необходимостью для защиты электрооборудования от внешнего воздействия.

Применение активных фильтров позволит производить компенсацию реактивной мощности в электрической сети, а также обеспечит стабилизацию напряжения на шинах потребителей, фильтрацию высших гармоник, симметрирование токов и напряжений в сети и экономию средств на оплату потребляемой предприятием электрической энергии.