2.2 Аналіз можливих способів керування несиметрією режиму

Розробка та впровадження будь-якої АСУ потребує попереднього аналізу, направленого на виявлення способів впливу на об’єкт керування, дієвих при цьому факторів, можливих підходів та кількісних оцінок результатів впливу.

Суть одного із найбільш поширених способів керування несиметрією режиму полягає в тому, що до вузла живлення під’єднується симетрувальний пристрій (СП). Таке технічне рішення називається способом зовнішнього симетрування. Крім цього можна вливати на режим зворотної послідовності шляхом природного вирівнювання навантажень по фазах при під’єднанні однофазних електроприймачів до мережі – спосіб внутрішнього симетрування, а також одночасно першим та другим способами – комбіноване керування. СП виконує функції керувального пристрою, за допомогою якого здійснюється необхідний вплив на об’єкт керування (систему електропостачання). При внутрішньому симетруванні спеціального керувального пристрою не потрібно, а керування здійснюється шляхом кращої організації роботи технологічного обладнання. Розглянемо суть симетрування струмів за допомогою СП та шляхом внутрішнього симетрування навантажень.

Керування несиметричним режимом за допомогою СП

Як відомо, зменшити несиметрію струму можна шляхом під’єднання до системи деякого джерела додаткового струму зворотної послідовності . Вибираючи модуль та аргумент цього струму таким чином, щоб в лінії живлення при складанні його зі струмом зменшувався модуль сумарного струму – , де – вектор струму зворотної послідовності несиметричного навантаження. Тут і далі під струмом зворотної послідовності будемо розуміти струм зворотної послідовності фази А.

Джерелом додаткового струму зворотної послідовності може стати несиметрична батарея конденсаторів, рис. 2.2. Такий СП має цілий ряд переваг порівняно з іншими схемами і завдяки цьому одержав найбільше поширення.

Струм зворотної послідовності такого пристрою при симетричній напрузі у вузлі його під’єднання (дане припущення близьке до дійсності) визначається співвідношенням:

де а – оператор повороту трифазної системи;

– параметри СП в плечах А-В, В-С та С-А, які виражені через струми.

Вираз (2.1) наведений для випадку, коли комплексна площина зорієнтована таким чином, що додатний напрямок її дійсної осі суміщений з вектором фазної напруги Із виразу (2.1) видно, що зміна струмівпризводить до зміни не тільки модуля, але і фази струму Це свідчить про принципову можливість забезпечити необхідний вплив на систему електропостачання незалежно від того, який для цього необхідний струмяк за модулем, так і за фазою. Із більш поглибленого аналізу випливає, що для симетрування будь-якого режиму завжди достатньо кон-денсаторів, як максимум, в двох плечах СП.

Струм прямої послідовності СП, рис. 2.2, описується виразом:

а потужність СП:
де – комплекс повної потужності прямої послідовності СП;
– реактивна потужність СП;
– потужність батарей конденсаторів, що під’єднані відповідно до напруги

Із співвідношень (2.2) та (2.3) випливає дуже важливий висновок, а саме: струм прямої послідовності СП, рис. 2.2, ємнісний, а сам пристрій є джерелом реактивної потужності.

Внутрішнє симетрування навантажень

Зниження несиметрії струмів в живильній мережі можна досягнути за рахунок раціонального розподілу електроприймачів між фазами. Вектор струму зворотної послідовності в лінії, що живить m однофазних приймачів складається із суми струмів зворотної послідовності, що створюються кожним приймачем

де i = 1; 2; 3 – код напруги, до якої під’єднаний n-ий електроприймач; якщо і = 1, то електроприймач під’єднаний до напруги UАВ, якщо і = 2, то до напруги UВС, а якщо і = 3, то до UСА.

Кожна складова виразу (2.4) залежно від того, до якої напруги під’єднане навантаження n описується однією з таких аналітичних залежностей:

де Pn – активна потужність n-го однофазного електроприймача;

UН – номінальна напруга приймача;

cosan – коефіцієнт потужності n-го однофазного електроприймача.

Можна зробити висновок, що модуль і фаза визначається тим, до яких напруг під’єднані несиметричні еле-ктроприймачі.

Струми зворотної послідовності однофазного навантаження при різних варіантах його під’єднання до мережі однакові за модулями та зсунуті на кут 120о, що випливає із виразу:

Струм прямої послідовності однофазного навантаження не залежить від того, до якої напруги воно під’єднане та визначається за виразом:

Узагальнюючи цей висновок на m споживачів, можна стверджувати, що будь-яка зміна фазування несиметричних навантажень не впливає на режим прямої послідовності.

Ввімкнення двох однофазних навантажень на різні напруги не завжди виявляється найкращим (якщо ці навантаження характеризуються різними параметрами). Тому внутрішнє симетрування навантажень навіть при m = 2 не може виконуватися на основі простої рекомендації про достатність їх ввімкнення на різні напруги.

Таким чином, знайти оптимальне рішення для способу внутрішнього симетрування є непростою задачею. Число можливих варіантів ввімкнення електроприймачів до мережі дорівнює 3m, де m – кількість електроприймачів. Оптимальне рішення може бути визначене лише за допомогою математичних методів.

Отримавши знання про суть задачі керування несиметрією струмів, можна вказати, що:

– об’єктом керування в цьому випадку є лінія живлення групи несиметричних електроприймачів;

– керований параметр стану – струм зворотної послідовності в лінії;

– пристрій керування – СП, а при керуванні шляхом внутрішнього симетрування навантажень пристрій керування, який спеціально встановлюється, відсутній.

Керування несиметрією режиму має виконуватись на основі принципів системного підходу. Суто локальні рішення, направлені тільки на компенсацію складових зворотної послідовності режиму мережі, отримані на основі охоплення невеликого числа важливих факторів, можуть виявитися неекономічними, а іноді навіть недопустимими з технічних причин. Обмежимося лише переліком взаємопов’язаних задач керування нормальними режимами, які можуть виникати при несиметричних режимах електропостачання.

1. СП, що виконані за схемою, рис. 2.2, одночасно генерують реактивну потужність, тобто задачі керування несиметрією режиму і реактивною потужністю мають вирішуватись одночасно. Неврахування цієї обставини може привести або до неекономічних рішень, або, наприклад, до появи зворотних потоків реактивної потужності із системи електропостачання в мережі енергопостачальної компанії, що є недопустимим.

2. СП створює добавку напруги і, як наслідок, впливає на рівень напруги системи прямої послідовності. Безконтрольна зміна параметрів СП може викликати відхилення напруг недопустимих значень або появу перенапруг в системі живлення, особливо в години мінімальних наван-тажень.

3. В чотирипровідних мережах мають місце неврівноважені режими, для яких характерна присутність симетричних складових зворотної та нульової послідовностей. Прийняття рішень з компенсації системи зворотної послідовності може викликати збільшення струмів та напруг нульової послідовності.

4. СП містять в схемі батареї статичних конденсаторів, і тому вони можуть викликати порушення статичної стійкості в вузлах навантажен-ня.

В реальних умовах розглянуті взаємозв’язки між різними задачами оптимального керування нормальними режимами в системі електропостачання можуть проявлятися як в чистому вигляді, так і в різних сполученнях між собою.