Обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемых установок охлаждения газа с источниками электроснабжения
Анализ способов и технических средств снижения уровня высших гармонических составляющих в кривой напряжения на стороне 6(10) кВ при оснащении группы компрессорных цехов частотно-регулируемыми УОГ и выработка предложений по построению схемы подключения частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ, обеспечивающей заданное качество электроэнергии. Достоверность полученных в работе… Читать ещё >
Содержание
- Список основных сокращений
Глава 1. Состояние вопроса в области электромагнитной совместимости электротехнических комплексов газотурбинных компрессорных станций.
1.1 Основные сведения о магистральном транспорте газа.
1.2 Электроснабжение и электрооборудование газотурбинных компрессорных станций.
1.3 Проблема качества электроэнергии в СЭС газотурбинных КС МГ при оснащении установок охлаждения газа частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов.
1.4. Постановка задач исследования.
Выводы по главе 1.
Глава 2. Влияние частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ на источники электроснабжения.
2.1 Подход к построению математической модели частотно-регулируемого электропривода вентиляторов как нагрузки источника электроснабжения.
2.2 Математическая модель для исследования влияния частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ одного компрессорного цеха на источники электроснабжения.
2.2.1 Выбор среды моделирования.
2.2.2 Модель в среде Ма1:1аЬ+81тиПпк для исследования качества электроэнергии в СЭС газотурбинной КС МГ при оснащении частотно-регулируемым электроприводом одной УОГ.
2.3 Влияние частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ одного компрессорного цеха на источники электроснабжения
2.4 Влияние частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ группы компрессорных цехов на источники электроснабжения
Выводы по главе 2.
Глава 3. Способы и технические средства снижения уровня высших гармоник в СЭС газотурбинной КС МГ при оснащении частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов УОГ группы компрессорных цехов. ^
3.1 Снижение уровня высших гармоник на стороне 0,4 кВ.
3.2 Схемы подключения электроприводов с объединенным звеном постоянного тока.
3.3 Снижение уровня высших гармоник на стороне 6(10) кВ.
Выводы по главе
Глава 4. Исследование качества электрической энергии в СЭС газотурбинной КС МГ при использовании схемы подключения частотно-регулируемых электроприводов с разделением секций шин КТП.
4.1 Математическая модель для исследования качества электроэнергии в СЭС КС МГ при разделении секций шин КТП.
4.2 Исследование с помощью математической модели качества электроэнергии в СЭС газотурбинной КС МГ при разделении секций шин КТП частотно-регулируемой УОГ.
4.3 Необходимость установки фильтров на гармонические составляющие с номерами 11 и
4.4 Несимметричные режимы работы подсекций КТП частотно-регулируемой УОГ.
4.5 Учет зубцовых гармоник при электроснабжении газотурбинной КС МГ от электростанции собственных нужд.
Выводы по главе 4.
Обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемых установок охлаждения газа с источниками электроснабжения (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Охлаждение газа после компримирования на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов (МГ) является энергоемким процессом. На газотурбинных КС МГ установки охлаждения газа (УОГ) расходуют электроэнергию в размере 60 — 70% от общего электропотребления КС на товарно-транспортную работу [15].
Эффективным средством повышения эффективности УОГ является частотное регулирование производительности вентиляторов в зависимости от технологических параметров транспорта газа и климатических условий. Установки с таким принципом регулирования температуры охлаждаемого газа, называемые далее частотно-регулируемыми УОГ, обладают меньшим расходом электроэнергии, в процессе их эксплуатации исключен трудоемкий процесс сезонной регулировки угла атаки лопастей, устранены токовые и механические перегрузки при пуске электродвигателей [119].
Однако опыт создания и опытно-промышленной эксплуатации частотно-регулируемых УОГ показал необходимость решения задач по обеспечению электромагнитной совместимости (ЭМС) таких установок с источниками электроснабжения [16]. Частотно-регулируемые УОГ являются источниками кондуктивных помех в виде высших гармоник тока, поэтому работа даже одной такой установки приводит к искажению формы кривой напряжения в системе электроснабжения (СЭС). Проблема усугубляется при электроснабжении газотурбинных КС МГ от источников ограниченной мощности, доля которых в выработке электроэнергии возрастает [14].
В настоящее время на объектах магистрального транспорта газа активно реализуется программа внедрения УОГ нового поколения [99]. В этих условиях актуальными являются исследования, направленные на обеспечение ЭМС частотно-регулируемых УОГ с источниками электроснабжения с целью обеспечения заданного качества электрической энергии в СЭС газотурбинных КС МГ.
Работа выполнялась в соответствии с научным направлением 06 В «Научные основы создания высокоэффективных, энергосберегающих систем по производству, транспортировке, преобразованию, распределению и потреблению электроэнергии», входящим в перечень основных научных направлений СГТУ имени Гагарина Ю.А.
Объект исследования — электротехнический комплекс частотно-регулируемой УОГ.
Предмет исследования — влияние частотно-регулируемых УОГ на источники электроснабжения газотурбинной КС МГ.
Цель работы — обеспечение электромагнитной совместимости частотно-регулируемых УОГ с различными типами источников электроснабжения газотурбинной КС МГ.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи.
1. Разработка математической модели для исследования влияния частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ на источники электроснабжения различного типа.
2. Проведение с помощью математической модели вычислительных экспериментов, позволяющих сделать прогноз о качестве электроэнергии в системе электроснабжения газотурбинной КС МГ для различных типов источников питания при оснащении группы компрессорных цехов частотно-регулируемыми УОГ.
3. Анализ способов и технических средств снижения уровня высших гармонических составляющих в кривой напряжения на стороне 6(10) кВ при оснащении группы компрессорных цехов частотно-регулируемыми УОГ и выработка предложений по построению схемы подключения частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ, обеспечивающей заданное качество электроэнергии.
4. Исследование с помощью математической модели влияния частотно-регулируемых УОГ на источники электроснабжения и оценка качества электроэнергии в СЭС газотурбинной КС МГ при подключении электроприводов вентиляторов в соответствии с выработанными предложениями.
Методы и средства исследований. Поставленные задачи решались путем проведения теоретических и экспериментальных исследований. В работе использованы основные положения теоретических основ электротехники, электрических машин, силовой электроники и электропривода, методы современного компьютерного моделирования МАТЬАВ с пакетом расширения 8шшПпк. Для проведения экспериментальных исследований использовались современные приборы для визуального контроля и записи электрических величин.
Достоверность полученных в работе результатов обеспечивается корректным применением положений теоретических основ электротехники, электрических машин и электропривода, апробированных методов компьютерного моделирования, а также использованием аттестованных средств измерения при проведении экспериментальных исследований в СЭС действующих объектов.
На защиту выносятся:
1. Компьютерные математические модели для исследования влияния частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ на источники электроснабжения газотурбинной КС МГ.
2. Результаты исследования, позволяющие сделать прогноз о качестве электроэнергии в СЭС газотурбинной КС для различных типов источников питания при оснащении частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов УОГ группы компрессорных цехов.
3. Рекомендации по построению схем подключения частотно-регулируемых электроприводов УОГ, обеспечивающие заданное качество электроэнергии в СЭС газотурбинной КС для различных типов источников питания.
Научная новизна работы.
1. Предложен подход к построению математической модели частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ как нагрузки источника электроснабжения, позволяющий упростить процедуру вычислительных экспериментов для расчета показателей качества электроэнергии (ПКЭ) при совместной работе группы УОГ.
2. С помощью математической модели определены условия нарушения ЭМС частотно-регулируемых УОГ с источниками электроснабжения различного типа.
3. Предложена и теоретически обоснована схема подключения частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ, позволяющая снизить уровень высших гармоник в кривой потребляемого тока.
Практическая ценность работы.
1. Разработан комплекс программ для анализа ПКЭ в СЭС газотурбинных КС МГ с частотно-регулируемыми УОГ.
2. Получены данные для прогноза ПКЭ в СЭС газотурбинных КС МГ при внедрении определенного количества частотно-регулируемых УОГ.
3. Предложены рекомендации по построению схем подключения частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ, обеспечивающих заданное качество электроэнергии в СЭС газотурбинных КС МГ, без значительных капиталовложений, за счет использования типового оборудования.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы реализованы:
— Многоотраслевым предприятием «Энерготехника» (г. Саратов) при разработке и проектировании комплектно-трансформаторных подстанций для электроснабжения частотно-регулируемых УОГ по заказу предприятия ООО «Газпром трансгаз Югорск»;
— при выполнении работ по хоздоговору № 261 «Разработка схемных решений по подключению вентильного генератора от 100 до 500 кВт с безредукторным приводом от вала отбора мощности газоперекачивающего агрегата к системе электроснабжения, компрессорного цеха (компрессорной станции)» в разделе обеспечения ЭМС вентильного генератора с электрооборудованием компрессорного цеха;
— в госбюджетной научно-исследовательской работе СГТУ-18 «Оптимизация структуры, параметров и режимов распределенных систем электроснабжения на основе традиционных и возобновляемых источников энергии, эксплуатируемых в сложных климатических условиях» в разделе обеспечения заданного качества электроэнергии в системах электроснабжения с преобразователями частоты;
— в учебном процессе кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю. А. при чтении лекций по дисциплине «Электромагнитная совместимость в электроэнергетике» для студентов, обучающихся по специальности 140 211.65 «Электроснабжение».
Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на IV Международной конференции «Методы и средства управления технологическими процессами» (Саранск, 2007), VIII Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения АПЭП-2008» (Саратов, 2008), VI Международной научно-технической конференции «Ефективність та якість електропостачання промислових підприємств» (Мариуполь, 2008), II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы энергетики АПК» (Саратов, 2011), на Всероссийских научно-практических конференциях «Инновационные технологии в обучении и производстве» (Камышин 2006 — 2011), Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Инновации и актуальные проблемы техники и технологий» (Саратов, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 3 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 140 наименований, а также приложений. Общий объем составляет 120 страниц, в том числе 50 иллюстраций.
Выводы по главе 1.
1. В настоящее время происходит активный процесс оснащения УОГ частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов.
2. Частотно-регулируемый электропривод вентиляторов УОГ строится на основе ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока, поэтому из-за входного выпрямителя является источником ВГ.
3. В условиях электроснабжения газотурбинных КС МГ от автономных источников применение частотно-регулируемого электропривода вентиляторов даже на одной УОГ приводит к заметному ухудшению качества электроэнергии в СЭС на стороне 6(10) кВ.
4. Дальнейшее оснащение газотурбинных КС МГ УОГ с частотно-регулируемым электроприводом вентиляторов требует решения комплекса задач по обеспечению качества электроэнергии в СЭС.
Глава 2.
Список литературы
- Подход к построению математической модели частотно-регулируемого электропривода вентиляторов как нагрузки источника электроснабжения
- Рис. 2.1. Расчетная схема одной секции КТП частотно-регулируемой УОГ
- Рис. 2.2. Расчетная схема частотно-регулируемого электропривода вентилятора как нагрузки источника электроснабжения
- Величину эквивалентного сопротивления Яик определим на основе баланса активных мощностей. В резисторе ЯИк схемы замещения рис. 2.2 рассеивается активная мощность2Л)1. И кгде им напряжение питания инвертора к-го ПЧ.
- От выпрямителя к-го ПЧ отбирается активная мощностьном к О-ноч к1 р ¿-к ном (к 1. Ыном /" ^ ПЧ ном1. V) V)2.2)1. Лпчк -Л эл дв к 'Пвент кгде Нном к, <2Н0М к соответственно номинальные величины напора и расхода к-го вентилятора-
- Пт к’Лэлдвк' 1вент к ~ соответственно КПД преобразователя, электродвигателя и вентилятора-пч ном >/пчк~ номинальное и текущее значение частоты напряжения на выходе ПЧ, которым соответствуют значения частоты вращения вентилятора (Оном >®-к ¦
- В формуле (2.2) также введено обозначение Н • О
- Рак ном ---^^^--мощность, потребляемая от выпрямителя к1. Лпчк -1 эл дв к Л вент кго ПЧ в номинальном режиме работы электропривода.
- Объединяя выражения (2.1) и (2.2), получим формулу для расчета эквивалентного сопротивления инвертора к-го ПЧ1. R 2 (г 31. J пч номр fdk ном V J пчк)2.3)
- Отметим, что входящая в формулу (2.3) величина напряжения Udk зависит от напряжения на шине питания ЭТК, а также от тока I dk выпрямителя, который, в свою очередь, является функцией сопротивления ЯИк.
- Математическая модель для исследования влияния частотно-регулируемого электропривода вентиляторов УОГ одного компрессорного цеха на источники электроснабжения22.1 Выбор среды моделирования
- Настройка процесса моделирования заключается в выборе решателя дифференциальных уравнений и расчете максимального шага дискретизации и времени моделирования с учетом минимальной и максимальной частот анализируемых сигналов.
- Схема модели для исследования качества электроэнергии в СЭС газотурбинной КС МГ при оснащении частотно-регулируемым электроприводом одной УОГ показана на рис. 2.3.
- УЯ07 УР08 УРРЭ УРРЮ УР011 ZFD12
- Рис. 2.3. Схема модели для исследования качества электроэнергии в СЭС газотурбинной КС МГ при оснащении частотно-регулируемым электроприводом одной установки охлаждения газа
- Образующие модель блоки могут быть разделены на две группы.
- Рис. 2.4. Схема субсистемы VFD (Variable Frequency Drive)
- Результаты вычислений отображаются на виртуальных дисплеях (блоки Display)
- Product? Qsplay7 Products CWpiay19
- Рис. 2.5. Блок Subsystem Analysis
- Для решения дифференциальных уравнений модели по схеме рис. 2.3 выбран многошаговый метод переменного порядка оёе15з (БйГ17Ж)Р). Относительная погрешность интегрирования задана величиной 10"3.
- Рис. 2.6. Схема модели для исследования качества электроэнергии в СЭС газотурбинной КС МГ при оснащении частотно-регулируемымэлектроприводом одной установки охлаждения газа (все электроприводы идентичные и работают в одинаковом режиме)
- Влияние частотно-регулируемых электроприводов вентиляторов УОГ одного компрессорного цеха на источники электроснабжения
- Входной ток преобразователей, А
- Рис. 2.7. Виртуальные осциллограммы напряжения и входного тока ПЧ.
- По оси абсцисс время в миллисекундах
- ПП пи 200 00 3HIJUU 150 00 Ли пи 100 00 1UU 0U 50 000 Ш > О 00 mV 10U 00 50 002ии ип 1 оо ооноооо 150 004ПП no 2U0 0010 00 ms 5 ms/Div
- Рис. 2.8. Осциллограммы напряжения и тока вторичной обмотки трансформатора при работе 12 электроприводов в номинальном режиме
- Вход£ напряжение Влод В ток ¿-OA/nnv)к — і 1 s — / и / і1 Л ЛІ /л lr й 4 1/и\
- J/ 11 W, 11ЇІ Vf, А / а/
- J і Г V к V ': V | 1 t
- Л: і / 1 е / / і ! Ї j ¦i і j і
- На рис. 2.9 и 2.10 показаны графики ПКЭ, характеризующие несинусоидальность напряжения и тока частотно-регулируемой УОГ в зависимости от частоты управления электродвигателями, которые получены в результате вычислительного эксперимента.1 2 1з