Комплексная система учета и регулирования потоков мощности при наличии гармонических искажений в напряжении и токе

Целью проекта является создание системы учета и регулирования потоков мощности в электрических сетях с нелинейной нагрузкой, обеспечивающей снижение потребления электрической энергии и энергозатрат, повышение качества электрической энергии и работу компенсирующих устройств без перегрузок. В рамках первого годового этапа объектом исследования являются системы учета электроэнергии, функционирующие в условиях наличия гармонических искажений в напряжении и токе. Основная задача этапа - формирование алгоритма контроля и учета электропотребления при наличии высших гармоник и средств компенсации реактивной мощности. В рамках второго годового этапа объектом исследования являются системы регулирования и минимизации потоков мощности при наличии высших гармоник. При этом ставятся задачи: разработки алгоритма регулирования параметров электропотребления при наличии высших гармоник путем варьирования напряжения питающей сети и соответствующей методики, позволяющей выявлять статические характеристики нагрузки с целью определения возможности и глубины регулирования потоков активной, реактивной мощности и мощности искажения; создания алгоритма минимизации уровня высших гармоник и мощности искажения в сети с нелинейными электрическими нагрузками на основе выявленных зависимостей мощности искажения от спектрального состава гармоник и параметров нагрузки с применением разработанных методов снижения уровня высших гармоник; разработки алгоритма перераспределения потоков мощности с применением накопителей электрической энергии в зависимости от ограничений энергосистемы, тарифной сетки и их экономической эффективности.Методы, использованные при выполнении работ: методы теории электрических цепей, систем электроснабжения электротехнических комплексов, математическое, имитационное моделирование, алгоритмизация процессов, экспериментальные исследования в лабораторных и промышленных условиях.В результате исследования была разработана структура системы учета и регулирования потоков мощности в электрических сетях с нелинейной электрической нагрузкой, обеспечивающей повышение эффективности учета потоков мощности, снижение потребления электрической энергии и энергозатрат, повышение качества электрической энергии и работу компенсирующих устройств без перегрузок. Структура системы состоит из следующих составляющих: подсистема учета электроэнергии при наличии искажений; подсистема снижения уровня высших гармоник и мощности искажения; подсистема регулирования электропотребления при наличии искажений; подсистема перераспределения потоков мощности на основе применения потребителей-регуляторов в виде накопителей электрической энергии. Представленная структура позволяет комплексно решать задачу повышения эффективности учета и регулирования потоков мощности в электрических сетях с нелинейными электрическими нагрузками, т.к. каждая из разработанных подсистем направлена на решение взаимосвязанных задач. Была подтверждена эффективность применения разработанной системы учета и регулирования потоков мощности при наличии искажений на основе реальных измерений параметров электропотребления и показателей качества электроэнергии на вводе предприятия, подключенного в точке общего присоединения с электротяговой нагрузкой электрифицированных железных дорог. По каждой из подсистем были проведены расчеты и приведены рекомендации по повышению эффективности учета потоков мощности, снижению потребления электрической энергии и энергозатрат, повышению качества электрической энергии и обеспечению работы компенсирующих устройств без перегрузок.Применение результатов проекта приводит к повышению уровня энергоэффективности и энергосбережения на предприятии, снижению энергетической составляющей затрат, снижению потерь активной мощности, минимизации мощности искажения и уменьшению влияния гармонических искажений на устройства компенсации реактивной мощности, повышению фактического срока службы электрооборудования. Кроме этого, применение результатов приводит к повышению качества электрической энергии, что является одной из базовых составляющих для создания цифровой экономики в России. Запланированные результаты проекта соответствуют мировому уровню исследований и могут быть использованы на любом промышленном предприятии с устройствами компенсации реактивной мощности и нелинейной нагрузкой, эксплуатация которой приводит к ухудшению качества электрической энергии. Полученные научные результаты могут быть использованы при проведении мероприятий по энергосбережению и снижению потребления электрической энергии, повышению качества электрической энергии, проектировании и эксплуатации электрических сетей и электротехнических комплексов промышленных предприятий. Внедрение системы позволит сократить технические, технологические и финансовые затраты, повысить качество и снизить себестоимость выпускаемой продукции, что в свою очередь повысит конкурентоспособность отечественной продукции на мировых рынках.