Енергетична ефективність систем електропостачання гірничих підприємств з нелінійними навантаженнями

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню важливої науково-технічної проблеми енергетичної ефективності систем електропостачання гірничих підприємств з потужними нелінійними навантаженнями за рахунок забезпечення оптимальних показників надійності й якості електропостачання. У дисертації набула розвитку теорія електромагнітної сумісності при зростанні кількості перетворювачів енергії в електричних мережах. Показано, що ефективне використання та зменшення кінцевого споживання електроенергії досягаються шляхом врахування унікальних технологічних особливостей гірничого електрообладнання, що дозволяє забезпечити нормальний режим роботи системи при зменшенні потужності енергосистеми і керувати процесами споживання електроенергії. На основі теорії електромагнітної сумісності розв’язано задачу прогнозування втрат електроенергії при змінних умовах децентралізованої системи електропостачання. Досліджено вплив режимних параметрів мережі та параметрів перетворювачів на резонансні явища в системах електропостачання. Розроблено рекомендації щодо вибору раціональних параметрів компенсуючих пристроїв в мережах 6-10 та 0,4-0,66 кВ при рішенні оптимізаційної задачі мінімізації втрат активної потужності.

Диссертация посвящена решению важной научно-технической проблемы энергетической эффективности систем электроснабжения горных предприятий с мощными нелинейными нагрузками за счет обеспечения оптимальных показателей надежности и качества электроснабжения. Актуальность проведения научных исследований для решения комплексной проблемы энергетической эффективности заключается в массовом применении вентильных преобразователей на электротехнических комплексах угольных шахт, что привело к увеличению количества ремонтов и аварий, связанных с нарушением электромагнитной совместимости. В диссертации получила развитие теория электромагнитной совместимости при возрастании количества преобразователей энергии в электрических сетях. Показано, что эффективное использование и уменьшение конечного потребления электроэнергии достигаются путём учета уникальных технологических особенностей горного электрооборудования, что позволяет обеспечить нормальный режим работы системы при уменьшении мощности энергосистемы и управлять процессами потребления электроэнергии. При этом впервые предложены и теоретически обоснованы коэффициенты графиков высших гармоник, учитывая которые разработана методика определения дополнительных потерь активной мощности. При выводе значений указанных коэффициентов учитывались горно-геологические условия, характерные для угольных предприятий Западного Донбасса. На основе теории электромагнитной совместимости решена задача прогнозирования потерь электроэнергии при изменяющихся условиях децентрализованной системы электроснабжения. Исследовано влияние режимных параметров сети и параметров преобразователей на резонансные явления в системах электроснабжения. Результаты математического моделирования резонансов показали, что амплитудно-частотная характеристика узла нагрузки 6-10 кВ имеет плавающий характер и ее экстремум смещается на частоты интергармоник при переходе шахты на послеаварийные и децентрализованные схемы электроснабжения. Предложены новые зависимости показателей надежности электрооборудования от показателей качества напряжения, которые позволяют оценить ускорение процесса старения изоляции от действия высших гармоник. Разработаны рекомендации по выбору рациональных параметров компенсирующих устройств в сетях 6-10 и 0,4-0,66 кВ при решении оптимизационной задачи минимизации потерь активной мощности. При этом учитывались три уровня распределения электроэнергии и значения реактивной мощности на частотах высших гармоник. Оценочные методы, предложенные для практического применения в условиях действующих предприятий, позволяют оценить и прогнозировать уровни показателей электромагнитной совместимости при нестационарных подземных электрических нагрузках и произвольных комбинациях мощности, количества и узла подключения к сети вентильных преобразователей.

The dissertation thesis focuses on solution of a cutting-edge scientific and technical problem of energy efficiency of mine power supply systems with heavy non-linear loads by ensuring optimal indicators of reliability and high quality of power supply. The thesis develops the theory of electromagnetic compatibility in conditions of the increase in the number of converters in electric networks. It is proved that effective use and reduction of the final power consumption can be achieved due to unique technological features of mining electric equipment, which allows to ensure the standard mode of the system operation when the energy system capacity decreases, and to control the processes of electric power consumption. The problem of predicting the power losses under changing conditions of decentralized electric network was solved on the basis of the theory of electromagnetic compatibility. The impact of the network mode parameters and converters’ indicators on resonance phenomena in power supply systems is studied. Recommendations are compiled to ensure selection of the rational parameters of compensators in the circuits of 6-10 kV and 0,4-0,66 kV while solving the optimization problem of minimizing active power losses.