Повышение качества электроэнергии в высоковольтных электрических сетях, питающих тяговую нагрузку

• Автор: Рогов, Григорий Викторович
• Шифр специальности: 05.14.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1 Качество электроэнергии и его повышение в электрических сетях, питающих тяговую нагрузку
1.1 Организация электроснабжения железных дорог
1.2 Качество электроэнергии в электрических сетях, питающих тяговую нагрузку
1.3 Средства повышения качества электроэнергии
1.4 Опыт применения средств комплексного повышения качества электроэнергии в электрических сетях, питающих тяговую нагрузку
Выводы
2 Разработка способа повышения качества электроэнергии в сложных сетях
2.1 Предпосылки разработки способа комплексного повышения качества электроэнергии
2.2 Выбор элементной базы АКН
2.3 Схема замещения АКН
2.4 Алгоритм управления АКН
2.5 Модель АКН
2.6 Неполнофункциональные АКН
Выводы
3 Моделирование установившихся режимов сложных сетей, содержащих АКН
3.1 Общие замечания по расчетам установившихся режимов
3.2 Моделирование режима первой гармоники ЭЭС с АКН
3.3 Моделирование режима высших гармоник ЭЭС с АКН
3.4 Определение мощности АКН
Выводы
4 Оценка эффективности применения активных кондиционеров напряжения для повышения качества электроэнергии в системе электроснабжения Байкало-Амурской магистрали
4.1 Описание системы электроснабжения БАМ
4.2 Особенности функционирования системы электроснабжения БАМ
4.3 Перспектива 2015 г
4.4 Расчеты режимов электрических сетей, питающих тяговую нагрузку
4.5 Описание расчетной схемы
4.6 Анализ режимов системы электроснабжения БАМ при отсутствии АКН
4.7 Анализ режимов системы электроснабжения БАМ с учетом АКН
4.8 Перспективы использования АКН в ЭЭС
Выводы
Заключение
Список сокращений
Библиографический список
Приложение А. Результаты расчетов показателей качества электроэнергии в системе электроснабжения Байкало-Амурской магистрали
Приложение Б. Материалы о внедрении

ВВЕДЕНИЕ
Развитие рыночных отношений в энергетике вынуждает относиться к электроэнергии не только как к физической сущности, но и как к товару, который должен обладать определенным качеством, чтобы соответствовать требованиям рынка. Под качеством электрической энергии (КЭ) понимается степень соответствия характеристик электрической энергии в данной точке электрической системы совокупности нормированных показателей КЭ [1]. Низкое КЭ ухудшает условия работы электрических сетей и систем и приводит к значительному ущербу на всех уровнях от генерации до потребления [2, 3].
Наиболее эффективным способом повышения КЭ является подавление искажений в месте их возникновения. На низком и среднем напряжении используются средства, повышающие коэффициент мощности, уменьшающие несимметрию и несинусоидальность токов нагрузки. В сетях высокого напряжения показатели КЭ, как правило, не хуже допустимых значений по ГОСТ Р 54149-2010 «Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения». Тем не менее, на напряжении 110 и 220 кВ имеются целые районы с низким КЭ. Для таких районов характерно наличие протяженных электрифицированных железных дорог, питающихся через трансформаторы от сети высокого напряжения. Так, проведенные в 2010 г замеры свидетельствуют, что в сетях 220 кВ, питающих тяговые транзиты Забайкальской железной дороги и Байкало-Амурской магистрали, на большинстве подстанций не соответствуют требованиям ГОСТ такие показатели КЭ, как суммарный коэффициент гармонических составляющих напряжения и коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности, а также отмечаются значительные отклонения напряжения от номинального значения [4].
Для снижения уровней высших гармоник традиционно применяются пассивные фильтры, которые эффективны, главным образом, для компенсации гармонических искажений, создаваемых стационарными потребителями с

удвоению числа контуров (число независимых контуров при этом увеличивается на 1). Для каждого из контуров существуют такие параметры новой ветви, которые приводят к возникновению резонанса токов в данном контуре на частоте одной из высших гармоник. Такие параметры существуют также для каждой из гармоник, источники которых имеются в сети. При установке большого количества пассивных фильтров в сложной сети практически неизбежно возникновение резонансных контуров и соответствующее увеличение токов и напряжений отдельных гармоник.
Пассивные фильтры эффективны для уменьшения искажений, создаваемых нагрузками с заранее известными практически неизменными во времени токами высших гармоник. Значительные изменения величины тока частоты, совпадающей с резонансной частотой пассивного фильтра, могут привести к перегрузке фильтра или неполной компенсации тока высшей гармоники и проникновению его в сеть. Поэтому применение пассивных фильтров на тяговых подстанциях затруднительно и неэффективно.
Тем не менее, установка пассивных фильтров, настроенных в резонанс на различных частотах, на большом количестве тяговых подстанций может существенно улучшить гармонический состав напряжения в системе внешнего электроснабжения тяговой нагрузки [4]. Однако краткосрочные изменения схемы сети, вызванные коммутациями линий и трансформаторов, а также долгосрочные изменения, связанные с сетевым строительством и ростом нагрузки (как тяговой, так и нетяговой) изменяют оптимальный набор пассивных фильтров, необходимых для решения задачи.
Поперечные активные фильтры гармоник
Поперечный активный фильтр гармоник (АФГ) представляет собой устройство, подключенное параллельно искажающей нагрузке (рисунок 1.19) и предназначенное для улучшения гармонического состава тока в цепи источника питания. Поперечный АФГ создает такой ток, который, складываясь с током нагрузки, обеспечивает синусоидальный ток в ветви источника. Применительно к токам высших гармоник, можно сказать, что АФГ выдает те же гармоники той же