Файл: Математическое моделирование и исследование процессов автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности в проектируемом районе энергосистемы.pdf

31 тиристоров в преобразователе, которые сопоставляют трем уровням напряжения:
1. значение напряжения обмотки управления, при котором УШР потребляет
120% мощности при номинальном напряжении сети;
2. напряжение ОУ, при котором УШР потребляет 40-60% от своей номинальной мощности;
3. значение напряжения обмотки управления, при котором ток протекающий в сетевой обмотке соответствует значению тока холостого хода.
В зависимости от величины сигнала рассогласования, который равен величине отклонения среднего значения тока СО от уставки, система автоматического управления УРШ выбирает одно из трех значений угла регулирования тиристоров.
Алгоритм реализации САУ УШР в режиме стабилизации тока сетевой обмотки выглядит следующим образом:
1. Один раз в период частоты сети измеряется значение тока сетевой обмотки УШР I
СО
2. Производится вычисление сигнала рассогласования ΔI = I
CO
– I
У
, где I
У
– уставка по току, которая задается оператором.
3. В зависимости от сигнала рассогласования
ΔI
тиристорам полупроводникового преобразователя задаются углы согласно табл.2.1.
Таблица 2.1. Диапазоны значений сигнала рассогласования, соответствующие значениям угла регулирования тиристоров
Величина ΔI
Угол регулирования
0,1 0, 01
Н
Н
I
I
I
 
   

ДОП

0, 01
Н
I
I
 

0,5

0, 01 0,1
Н
Н
I
I
I

  

ХХ


32
2.4 Коммутируемые батареи статических конденсаторов
Конденсаторная батарея, оборудованная коммутационной аппаратурой, средствами защиты и управления, образует конденсаторную установку.
Мощность генерируемая КБ, при ее заданной емкости С
пропорциональна квадрату приложенного напряжения и частоте:
2
КБ
Q
U
C

 

. (3.1)
Для полного использования конденсаторной мощности конденсаторы батареи, как правило, соединяют в треугольник и включают на линейное напряжение рис.3.2. Общая мощность такой батареи равна:
2 3
КБ
Q
U
C
 
 

, (3.2) где С – ёмкость конденсаторов, включенных между каждой парой фаз, мкФ.
В связи с тем, что мощность конденсаторной батареи пропорциональна квадрату приложенного напряжения, нерегулируемые КБ обладают отрицательным регулирующим эффектом, что в отличие от других средств компенсации является их недостатком. Это говорит о том, что мощность генерации конденсаторной установки снижается со снижением приложенного напряжения, тогда как по условиям режима эту мощность необходимо увеличивать.
Регулирующий эффект по реактивной мощности КУ состоящей из одной секции представлен на рис.2.4а.
Рисунок 2.4 – Статические характеристики конденсаторной установки, состоящей из одной(а) и трех (б) секций

33
По статической характеристике рис.2.4а видно, что при снижении напряжения от
ном
U
до min
U
реактивная мощность конденсаторной установки снижается пропорционально квадрату приложенного напряжения от
ном
Q
до min
Q
Решением данного недостатка является конструктивное исполнение конденсаторных батарей из нескольких секций. Каждая секция управляется регулятором реактивной мощности или напряжения и подключается к сети через свой выключатель, таким образом наращивается мощность батареи в целом. На рис.2.5б. представлена статическая характеристика конденсаторной установки, состоящей из трех секций. При снижении напряжения мощность конденсаторной установки возрастает ступенчато
1 1
2 1
2 3
,
,
Q Q
Q Q
Q
Q



Управление регулированием ступенями конденсаторной установки осуществляется от системы автоматического управления УШР. Ступенчатое регулирование КУ требует введения в регулятор напряжения зоны нечувствительности
U

. Эта зона ограничивает подключение очередной секции при снижении напряжения.
Рисунок 2.5 – Принципиальная схема одной трехфазной секции конденсаторной установки: а – для сети 6-10 кВ; б - для сети 380 В
Низковольтные конденсаторные установки, комплектуются из трехфазных конденсаторов имеющих параллельное включение. Защита таких

34 конденсаторов от коротких замыканий и перегрузок осуществляется предохранителями.
Высоковольтные конденсаторные установки комплектуются из однофазных конденсаторов имеющих последовательно- параллельное включение.
При включении конденсаторной установки в сеть, процесс сопровождается бросками тока, а отключения установки приводит к перенапряжениям. Данные процессы отрицательно сказываются на сроке службы конденсаторов и коммутационной аппаратуры. В виду этого, конденсаторные установки не рекомендуют включать-выключать более 2-4 раз в сутки. Ограничение бросков тока осуществляется разрядкой конденсаторной установки перед включением, для этого используются разрядные устройства.
Совместное применение батарей статических конденсаторов с управляемым шунтирующим реактором главным образом обеспечивает плавнорегулируемую компенсацию реактивной мощности.
Ввиду ограниченного числа коммутаций конденсаторных батарей, определяемыми негативными процессами происходящими в конденсаторах, использование БСК совместно с УШР обеспечивает значительное повышение срока службы конденсаторов посредством значимого сокращения коммутаций БСК.

35
4.
Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение
В настоящее время перспективность научного исследования определяется не столько масштабом открытия, оценить которое на первых этапах жизненного цикла высокотехнологического и ресурсоэффективного продукта бывает достаточно трудно, сколько коммерческой ценностью разработки. Оценка коммерческой ценности разработки является необходимым условием при поиске источников финансирования для проведения научного исследования и коммерциализации его результатов.
Темой научно-технического исследования является математическое моделирование и исследование процессов автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности в проектируемом районе энергосистемы.
Проведение исследования предполагает использование специализированного программно-технического комплекса и основано на построении математической модели рассматриваемого участка производства.
Целью раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» является определение перспективности и успешности научно-технического исследования, оценка его эффективности, уровня возможных рисков, разработка механизма управления и сопровождения конкретных проектных решений на этапе реализации [1].
Для достижения обозначенной цели необходимо решить следующие задачи:

оценить коммерческий потенциал и перспективность проведения научного исследования;

осуществить планирование этапов выполнения исследования;

рассчитать бюджет проводимого научно-технического исследования;

произвести оценку социальной и экономической эффективности исследования.

36
4.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования
Крупные синхронные машины являются потребителями первой категории, незапланированное отключение которых может привести к существенным материальным потерям, риску для здоровья и жизни людей.
Вышеперечисленные обстоятельства приводят к необходимости комплексного подхода к мероприятиям, направленным на сохранение устойчивости работы синхронных машин в различных режимах.
Немаловажную роль среди проводимых исследований играет изучение возможности самозапуска мощных синхронных двигателей в различных схемах электроснабжения промышленных предприятий в совокупности с системами автоматического включения резервного питания.
В рамках настоящего научного исследования предлагается разработанный на базе НИЛ «Моделирование ЭЭС» ЭНИН ТПУ Всережимный моделирующий комплекс электроэнергетических систем, представляющий собой специализированную микропроцессорную программно-техническую систему реального времени гибридного типа, на котором осуществляется моделирование необходимых для анализа режимов и процессов. Данное программное обеспечение обеспечивает необходимую достоверность результатов, высокую скорость выполнения работы, наглядность, а также доступный пользовательский интерфейс. Программа позволяет воспроизвести процессы, происходящие в реальных электроустановках при их эксплуатации, основываясь на построении адекватных математических моделей, что впоследствии является основой для принятия правильного технического решения и позволяет свести к минимуму экономические издержки того или иного производства.

37
Основными потребителями подобных исследований могут быть:
- крупные нефтехимические производства;
- объединенные диспетчерские управления;
- легкая и тяжелая промышленность;
- электростанции различного типа, а также другие виды производств, связанные с эксплуатацией мощных потребителей электрической энергии, влияющих на процесс производства.
4.1.2 SWOT-анализ
SWOT – Strengths (сильные стороны), Weaknesses (слабые стороны),
Opportunities (возможности) и Threats (угрозы) – представляет собой комплексный анализ научно-исследовательского проекта. SWOT-анализ применяют для исследования внешней и внутренней среды проекта.
Для проведения комплексного анализа проводимого исследования выделим несколько этапов:
1. Описание сильных и слабых сторон проекта, выявление возможностей и угроз для реализации проекта.
Таблица 4.1 - Матрица SWOT
Сильные стороны научно-
исследовательского проекта:
1. Принципиально новая методика проведения исследования
2. Универсальность применения разрабатываемых математических моделей
3. Наличие опытного научного-руководителя
4. Актуальность проводимого исследования
5. Обширная сфера применения
Слабые стороны научно-
исследовательского проекта:
1. Требует уникального оборудования
2. Возможность появления новых методов
3. Отсутствие повсеместного внедрения новой методики
4. Требует тщательного сбора исходных данных
5. Многостадийность методики

38
Возможности:
1. Возможность создания партнерских отношений с рядом исследовательски х институтов
2. Большой потенциал применения метода математического моделирования динамических процессов
3. Большая стоимость конкурентных разработок и сложность их использования
4. Возможность выхода на внешний рынок
5. Рост потребности в обеспечении безопасности технологического процесса и сокращения экономических издержек
Актуальность разработки, опытный руководитель и принципиально новая методика дает возможность сотрудничать с рядом ведущих исследовательских институтов;
Большой потенциал применения методики, а так же возможность выхода на внешний рынок обуславливаются принципиально новой методикой;
Рост потребности в обеспечении безопасности технолого-производственного процесса и сокращения экономических издержек возможен за счет принципиально новой методики;
За счет новизны и принципиальных отличий возможен выход на большие объемы применения данной методики.
Возможность наличия партнерских отношений с исследовательскими институтами для взаимного использования уникального оборудования;
Отсутствие повсеместного внедрения новой методики обеспечивает большой потенциал применения метода математического моделирования динамических процессов

39 3.
Несвоевременное финансовое обеспечение научного исследования
4.
Захват внутреннего рынка иностранными компаниями
5.
Малые скорости внедрения разрабатываемого ПО
Актуальность проводимого исследования и наличие опытного научного руководителя в сочетании с принципиально новой методикой проведения работ обеспечивают стремительный выход на внутренний рынок
2.
Выявление соответствия сильных и слабых сторон научно – исследовательского проекта внешним условиям окружающей среды.
Таблица 4.2 - Интерактивная матрица проекта
Сильные стороны проекта
Возможности проекта
С1
С2
С3
С4
С5
В1
+
+
+
+
+
В2 0
0
+
+
0
В3
+
-
-
-
-
В4
+
+
0
+
+
В5
+
0
-
+
0
При анализе данной интерактивной таблицы можно выявить следующие коррелирующие сильных сторон и возможности: В1С1С2С3С4С5, В2С3С4,
В3С1, В5С1С4.
Таблица 4.3 - Интерактивная матрица проекта
Слабые стороны проекта
Возможности проекта
Сл1
Сл2
Сл3
Сл4
Сл5
В1
+
-
-
0 0
В2 0
0
+
-
-
В3
-
0 0
-
-
В4
-
0
-
-
-
В5 0
-
-
-
0

40
При анализе данной интерактивной таблицы можно выявить следующие коррелирующие слабых сторон и возможности: В1Сл1, В2Сл3.
Таблица 4.4 - Интерактивная матрица проекта
Сильные стороны проекта
Угрозы проекта
С1
С2
С3
С4
С5
У1
-
0 0
-
-
У2 0
+
0 0
+
У3 0
0 0
0 0
У4
+
0
+
+
+
У5
-
-
0 0
0
При анализе данной интерактивной таблицы можно выявить следующие коррелирующие сильных сторон и угроз: У2С2С5,У4С1С3С4С5.
Таблица 4.5 - Интерактивная матрица проекта
Слабые стороны проекта
Угрозы проекта проекта
Сл1
Сл2
Сл3
Сл4
Сл5
У1
-
0
-
0
-
У2
-
-
0
-
-
У3
-
0 0
0 0
У4 0
-
-
-
-
У5
-
-
0 0
0
Коррелирующие слабые стороны и угрозы не выявлены.
Вывод: заявленная методика имеет большой потенциал, широкий круг потенциальных потребителей, а также возможность быстрого выхода на внешний рынок.

41
4.2 Планирование этапов и выполнения работ проводимого научного
исследования
4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования
Планирование комплекса предполагаемых работ осуществляется в следующем порядке:
- определение структуры работ в рамках научного исследования;
- определение участников каждой работы;
- установление продолжительности работ;
- построение графика проведения научных исследований.
Для выполнения научных исследований формируется рабочая группа, в состав которой могут входить научные сотрудники и преподаватели, инженеры, техники и лаборанты, численность групп может варьироваться. По каждому виду запланированных работ устанавливается соответствующая должность исполнителей.
В данном разделе составлен перечень этапов и работ в рамках проведения научного исследования и произведено распределение исполнителей по видам работ. Порядок составления этапов и работ, распределение исполнителей по данным видам работ приведен в таблице 4.6.
Таблица 4.6 – Перечень этапов работ и распределение исполнителей
Основные
этапы
№
раб
Содержание
исследовательской
части работ
Содержание технической
части работ
Должность
исполнителя
Разработка технического задания
1
Составление и утверждение технического задания
Получение технического задания от предприятия- заказчика и его согласование.
Научный руководитель
Выбор направления
2
Подбор и изучение материалов по теме
Сбор необходимых данных, технических параметров оборудования, изучения
Инженер