IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

В русле стратегии энергосбережения и повышения энергетической эффективности, поставленной на государственном уровне, проблема сбережения электроэнергии приобретает все большее значение в экономике промышленных предприятий и военных объектов. Причем, потери электроэнергии в сетях низкого напряжения объектов составляют заметную долю и наиболее сложны для их оценки (из-за разветвленности сети, большого количества электроприемников (ЭП) и малой достоверности о режимах их работы) [1].

Оценки потерь электроэнергии, эффективности энергопотребления обычно решаются в ходе комплексного или частичного энергоаудита с инструментальным обследованием электрической сети объекта. Следует отметить, что эта процедура достаточно громоздкая и дорогостоящая. Для решения этой же задачи предлагается использовать менее обременительную, но достаточно эффективную (особенно для проектируемых объектов) компьютерную программу. Основу этой программы составляют математические модели суточных графиков  электрических нагрузок оборудования объекта для оценки его энергопотребления и потерь мощности как в элементах сети (что обычно учитывается), так и в самом оборудовании  при суточном изменении питающего напряжения (динамическую модель электрической нагрузки объекта) [2].

Для реализации этой модели необходимы аналитические зависимости изменений активной и реактивной мощностей и их потерь при отклонении питающего напряжения от номинального значения для всех электроустановок объекта. Такие зависимости есть  в технической литературе, например, в [3, 4], практически для всех ЭП. Однако для асинхронных двигателей (АД) с короткозамкнутым ротором они очень громоздкие и многофакторные, что затрудняет их применение в модели. Результаты экспериментальных исследований относительных изменений активной  и реактивной мощностей (в табличном виде при различных значениях коэффициента загрузки Кз АД в трехфазных сетях низкого напряжения) и потерь активной мощности  при изменении питающего напряжения  приведены в [3]. В [4] зависимости изменения активной мощности представлены в графическом виде (см. рисунки 1 и 2) для АД с номинальной мощностью больше 10 и меньше 10 кВт. Соответствующие изменения относительных суммарных значений реактивной мощности, потребляемых АД из сети (по данным из [3]), изображены на рисунке 3.

1 -Кз = 0,7; 2 - Кз = 0,8; 3 -Кз = 0,9; 4 - Кз = 1	1 - Кз = 0,7; 2 - Кз=0,8; 3 -Кз=0,9; 4 - Кз=1
Рисунок 1 - Зависимость   изменения активной мощности, потребляемой АД  с номинальной мощностью больше 10 кВт при отклонениях напряжения для различных Кз и начальном моменте  mнач* = 0,25	Рисунок 2 - Зависимость  изменения активной мощности, потребляемой АД с номинальной мощностью менее 10 кВт при отклонениях напряжения для различных Кз и начальном моменте mнач* = 0,25

Как следует из графиков (см. рисунки 1 и 2), зависимости изменений относительных значений активной мощности δP_∑* в диапазоне отклонений напряжения от -10 до +15 % от номинальных значений (соответствует третьему классу электромагнитной обстановки по ГОСТ 51317.2.4-2000) для различных значений коэффициента загрузки АД незначительно отличаются только на концах этого диапазона. Поэтому для динамической модели электрической нагрузки в

а) Рном  > 10 кВт	б) Рном   < 10 кВт
Рисунок 3 - Графики относительных значений дополнительного потребления реактивной мощности АД при отклонении напряжения (для Кз=0,9 по данным из [3])

качестве зависимости изменения относительных значений активной δP_∑*  и реактивной δQ_∑*  мощностей предлагается использовать (по аналогии с промышленной нагрузкой в [3]) уравнения регрессии второго порядка.  Аппроксимации выбранных графических зависимостей δP_∑* и δQ_∑*  при коэффициенте загрузки  Кз = 0,9 стандартной квадратичной функцией polyfit(X, Y, 2) в MATHLAB [5], где X, Y - векторы дискретных значений соответственно отклонений напряжения и значений функций по осям абсцыс и ординат, приведены ниже:

• ─ для АД с номинальной мощностью менее 10 кВт:

δP_∑* = 45,4095· δU² + 28,803· δU + 0,0695;                 (1)

δQ_∑* = 391,0476· δU² + 207,8571· δU + 0,0676;

• ─ для АД с номинальной мощностью более 10 кВт:

δP_∑* = 35,3365· δU² + 18,1659· δU + 0,0121;                (2)

δQ_∑* = 275,0000· δU² + 131,9786· δU + 0,0100,

где δP_∑*, δQ_∑* - изменения относительных суммарных активной и реактивной мощностей, потребляемых АД из сети, определяются выражениями [3, 4]:

δU = U/U_ном - 1 - относительное изменение напряжения сети от его номинального значения;

ΔP_*, ΔQ_* - относительные значения дополнительных потерь активной и реактивной мощностей в АД при отклонениях напряжения в сети;

δP_*, δQ_* - относительные значения изменений активной и реактивной мощностей, потребляемых АД из сети при отклонениях напряжения;

K_э - экономический эквивалент реактивной мощности ( 0,01 - 0,02 [4]).

Окончателные выражения для изменений активной и рективной мощностей АД при отклонениях напряжения в сети от номиналного значения будут иметь вид:

Р_АД = Р_ном(1 + δP_∑*);   (3)

Q_АД = Q_ном(1 + δQ_∑*),

а их потери в АД соответственно:

ΔР_АД = Р_АД  - Р_ном;    (4)

ΔQ_АД = Q_АД  - Q_ном ,

где Р_ном = Р_п / η;  Q_ном = Р_ном  tg φ - номинальные активная и реактивная мощности;

Р_п , η - паспортная мощность и КПД АД;

tg φ - коэффициент реактивной мощности АД.

Аналогичные зависимости можно получить и для других коэффициентов загрузки Кз в диапазоне от 0,7 до 1,0 по данным из [3].

Выводы

1. Полученные зависимости (1-3) изменений активной и реактивной мощностей АД, а также их потерь (4) при отклонении питающего напряжения от номинального значения компактны и удобны для применения в алгоритмах динамических моделей электрических нагрузок сетей низкого напряжения военных и промышленных объектов.
2. Программная реализация предложенных зависимостей в составе динамической модели электрической нагрузки объекта позволяет выбирать и оценивать технические и организационные мероприятия для решения задач энергосбережения в электрических сетях с асинхронными двигателями.

 

Список литературы

1. Энергоаудит и нормирование расходов энергоресурсов: Сборник методических материалов / Г. Я. Вагин и др. - Нижний Новгород: НГТУ, НИЦЭ, 1998. - 260 с.
2. Сахаров А. П., Хоптяр М. М., Ковалев С. И. Моделирование электрических нагрузок в сетях низкого напряжения военных объектов для решения задач энергосбережения // Научно-технический сборник № 8. - Кстово: НФВИУ, 2006. - С. 58-60.
3. Электромагнитная совместимость электроприемников промышленных предприятий / Шидловский А. К. и др. - Киев: Наукова думка, 1992. - 236 с.
4. Вагин Г. Я., Лоскутов А. Б., Севостьянов А. А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике: Учебное пособие. - Нижний Новгород: НГТУ, 2004. - 214 с.
5. Лазарев Ю. Моделирование процессов и систем в MATLAB: Учебный курс. - СПб.: Питер; Киев: Издательская группа BHV, 2005. - 512 с.

Код для цитирования: Скопировать