Адаптированный энергоаудит системы электроснабжения и электропотребления предприятий хранения зерна
На правах рукописи
Емелин Антон Валерьевич
Адаптированный энергоаудит системы электроснабжения
и электропотребления предприятий хранения зерна
Специальность 05.20.02 – Электротехнологии и электрооборудование
в сельском хозяйстве
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар, 2010 Диссертационная работа выполнена в Федеральном государственном обра зовательном учреждении высшего профессионального образования «Кубанский государственный аграрный университет» (ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ»)
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Савенко Алексей Валентинович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, доцент Богдан Александр Владимирович кандидат технических наук, доцент Коваленко Павел Васильевич
Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»
(г. Зерноград)
Защита состоится «20» мая 2010 г. в 1000 час. на заседании диссертацион ного совета Д220.038.08 при ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграр ный университет» по адресу: 350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13, корпус факультета энергетики и электрификации, аудитория 4.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Кубан ский государственный аграрный университет».
Автореферат размещен на сайте www.kubsau.ru «19» апреля 2010 г.
Автореферат разослан «19» апреля 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, В.С. Курасов доктор технических наук, доцент
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В ноябре 2009 года принят Федеральный закон Российской Федерации № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энер гетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодатель ные акты Российской Федерации», целью которого является создание право вых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбереже ния и повышения энергетической эффективности. Предприятия хранения зерна являются крупными потребителями электрической энергии. Их разрешенная активная мощность достигает 3 МВт и более. В настоящее время в РФ имеется около 1147 элеваторных комплексов общей вместимостью зернохранилищ по рядка 102 млн. тонн. Доля электрической энергии в общей себестоимости хра нения зерна на предприятиях (элеваторах) достигает 34%.
С целью снижения себестоимости хранения зерна необходимо принять меры по экономии электроэнергии. Для этого требуется знать, как она расхо дуется и по времени и по каждому фидеру, какие участки предприятия, сколько потребляют, какие реальные графики нагрузки и т.д. Поэтому, при разработке мероприятий по повышению эффективности использования и экономии элек троэнергии следует проводить энергетическое обследование предприятия или энергоаудит системы электроснабжения и электропотребления. Службе глав ного энергетика предприятия сложно непосредственно заниматься этими во просами, ввиду отсутствия необходимого приборного обеспечения персонала соответствующего уровня и, главное – времени. Поэтому, актуальными явля ются вопросы, связанные с разработкой простого и наглядного методического и аппаратного обеспечения проведения внутреннего энергоаудита системы элек троснабжения и электропотребления 0,4 кВ предприятия хранения зерна, что позволит оценить потери электрической энергии по известным показателям ка чества, и выработать экономически обоснованные рекомендации по экономии электрической энергии и по приведению показателей ее качества к требованиям стандарта. Исследования по теме диссертации выполнялись в рамках научно исследовательских работ в соответствии с госбюджетной темой ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ» на 2006-2010г.г.(№ГР01.2.00606851 раздел 1.3 «Снижение энергопотенциальных потерь в сельских электрических сетях»).
Рабочая гипотеза – проведение энергоаудита системы электроснабжения и электропотребления 0,4кВ требует иметь в наличии адаптированную методи ку для предприятий хранения зерна, что позволит разработать экономические обоснованные мероприятия по снижению потребления электрической энергии и приведению ее показателей качества к нормируемым значениям.
Цель работы - снижение себестоимости хранения зерна на элеваторах путем адаптации методического и аппаратного обеспечения энергоаудита сис темы электроснабжения и электропотребления.
Задачи исследования. 1. Разработать математическую модель электриче ской сети 0,4кВ учитывающую основные особенности сельских электрических сетей с позиции потерь энергии и напряжения и наиболее полно учитывающую показатели качества электроэнергии и ее потери на каждом участке сети при различных режимах работы.
2. Исследовать взаимосвязь между показателями качества электрической энергии и показателями режимов работы электрической сети, на основании ко торой проводится синтез анализатора качества напряжения.
3. Разработать методику получения исходных данных для проведения энергоаудита системы электроснабжения и электропотребления 0,4 кВ на предприятии хранения зерна на базе разработанных аппаратных средств.
4. Разработать рекомендации по повышению качества электроэнергии и минимизации ее потерь по результатам проведения энергоаудита системы элек троснабжения и электропотребления по технико-экономическому критерию.
5. Оценить технико-экономическую эффективность применения разрабо танной методики энергоаудита для предприятий хранения зерна.
Объектом исследования являются параметры системы электроснабже ния и электропотребление 0,4 кВ предприятия хранения зерна и показатели ре жимов ее работы.
Предметом исследования являются закономерности, связывающие функционально потери мощности и электрической энергии с показателями ре жимов работы электрической сети 0,4 кВ и качества электрической энергии на предприятиях хранения зерна.
Методы исследований. Использовались методы расчетов электрических цепей, операционное исчисление, методы математической статистики и мате матического анализа.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- получена имитационная математическая модель электрической сети 0,4кВ на основании задаваемых величин ортогональных составляющих токов нагрузок, как наиболее удобными исходными данными, получаемыми из экспе риментов, которая позволяет провести анализ относительных потерь мощности и показателей качества электрической энергии на каждом участке рассматри ваемой сети при различных режимах ее работы;
- определена функциональная зависимость коэффициентов несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности от значений фазных и линейных напряжений, позволяющая определять показатели качества электро энергии косвенным методом;
- установлена функциональная зависимость коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности от значения второй гармоники выходного сигнала напряжения трехфазного мостового выпрямителя, которая реализована в виде схемотехнического решения;
- разработан итерационный метод расчета и последующего выбора места установки и мощности устройства компенсации реактивной мощности в элек трической сети по экономическому критерию.
Практическая значимость и ценность работы. На основе полученных теоретических положений разработан и изготовлен анализатор качества напря жения, который позволяет вести непрерывный мониторинг таких показателей качества электрической энергии как относительное отклонение напряжения, коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности, ко эффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности.
Предложена адаптированная методика получения исходных данных для энергоаудита система электроснабжения и электропотребления на предприятии хранения зерна на базе разработанных аппаратных средств, на основе которой могут быть выработаны мероприятия по снижению потребления электрической энергии и приведению показателей ее качества к нормируемым значениям. Эта методика также дает возможность предприятию хранение зерна провести энер гоаудит силами службы главного энергетика, причем затраты при проведении энергоаудита системы электроснабжения и электропотребления предприятия хранения зерна по предлагаемой методике и с предлагаемым аппаратным обес печением снижены в 3,8 раз.
Разработанное методическое и аппаратное обеспечение использовалось при проведении энергоаудита ОАО «Величковский элеватор», учхоза «Кубань».
Материалы результатов научно-исследовательской работы используются в учебном процессе ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный уни верситет» при изучении дисциплин: «Электротехника и электроника», «Элек троснабжение».
На защиту выносятся:
- математическая модель электрической сети 0,4кВ, распределенные на грузки которой представлены источниками ортогональных токов (свидетельст во об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007614667);
- функциональные зависимости коэффициентов несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательности от значений фазных и линейных напряжений;
- функциональная зависимость коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности от значения второй гармоники выходного сигнала напряжения трехфазного мостового выпрямителя, которая получила аппаратную реализацию (патент РФ №2353943);
- итерационный метод выбора места установки и мощности устройства компенсации реактивной мощности в электрической сети на основе экономиче ского критерия;
- методика получения исходных данных проведения энергоаудита систе мы электроснабжения и электропотребления на предприятии хранения зерна, в частности на ОАО «Величковский элеватор».
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты исследований диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях КубГАУ в 2007, 2008 годах;
на II всероссийской научно практической конференции молодых ученых (Краснодар, КубГАУ) 2008 года;
на 6-й Международной конференции (13-14 мая 2008 года, г.Москва, ВИЭСХ) «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве».
По результатам исследований получен один патент на изобретение, два свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ и опублико вано 9 печатных работ, в том числе 4 в изданиях из перечня ВАК.
Структура и объем диссертации.
Работа состоит из введения, 4 глав, об щих выводов, библиографического списка (121 наименование) и приложения.
Диссертация изложена на 140 страницах, содержит 25 таблиц и 41 рисунок.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и за дачи исследования, представлены основные положения, выносимые на защиту, данные о практической ценности и научной новизне.
В первой главе «Проблемы проведения энергоаудита систем элек троснабжения и электропотребления 0,4 кВ предприятий хранения зерна»
рассмотрено использование электрической энергии в технологических процес сах на предприятиях хранения зерна. Показаны особенности электроснабжения этих предприятий и обоснована необходимость проведения на них энергоаудита системы электроснабжения и электропотребления 0,4кВ - как метода определе ния дополнительных потерь электрической энергии и показателей ее качества с возможностью идентификации причин и способов их устранения. Вопросами качества электрической энергии и определения е потерь занимались многие ученые: Железко Ю.С., Воротницкий В.Э., Лещинская Т.Б., Левин М.С., Мура дян А.Е., Тропин В.В., Богдан А.В., Поспелов Г.Е., Троицкий А.И., Кужеков С.Л., Коваленко П.В., Косоухов Ф.Д. и др.
На сегодняшний день отсутствует методика проведения энергоаудита системы электроснабжения и электропотребления для предприятий хранения зерна и сельского хозяйства в целом, то есть отсутствует методика сбора исход ных данных, и методика обработки результатов энергоаудита. Отсутствуют доступные по цене для предприятий хранения аппаратные средства энергоауди та – анализаторы качества электроэнергии. Приглашение аудиторской фирмы или покупка дорогостоящего анализатора в настоящих экономических условиях не представляется возможным. Разработка научно обоснованного методическо го и доступного аппаратного обеспечения энергоаудита системы электроснаб жения и электропотребления для предприятий хранения зерна позволит провес ти экономически обоснованные технические мероприятия по экономии элек троэнергии и в итоге снизить себестоимость хранения зерна.
Во второй главе «Исследование закономерностей возникновения ос новных и дополнительных потерь мощности и электроэнергии в системе электроснабжения и электропотребления 0,4 кВ сельскохозяйственного предприятия» рассмотрены процессы передачи электроэнергии в сельских электрических сетях. Закономерности взаимосвязи потерь мощности и показа телей качества в сельских электрических сетях установлены с помощью после довательно усложняющихся моделей, в которых по теореме компенсации, со противление нагрузки может быть заменено идеальным источником тока, ток которого численно равен току в этом сопротивлении и имеет тоже направление, что и ток, протекающий через заменяемое сопротивление.
В модели одноконтурной сети постоянного тока относительные потери мощности по абсолютной величине совпадают с относительным значением от клонения напряжения. В модели одноконтурной сети переменного тока нагруз ка имитируется источником активного тока и источником реактивного тока.
Относительные потери мощности P определяются через относительное откло нение напряжения U (1) P U k ппр где kппр - коэффициент превышения потерь от реактивной мощности, равный 1 tg 2 (2) k ппр где tg – коэффициент реактивной мощности.
На рис. 1 показан график зависимости относительных потерь мощности отно сительного отклонения напряжения при различных значениях tg - 0;
0,4;
1,0.
Рисунок 1 – Зависимость отно 1 0, сительных потерь мощности от относительного отклонения на пряжения при различных зна чениях коэффициента реактив ной мощности.
При коэффициенте реактивной мощности равном 1 относи тельные потери мощности возрастают более чем в 2 раза.
Модель трехфазной цепи с сосредоточенными параметрами представлена на рис. 2. Нагрузка каждой фазы представляется идеальными источниками тока в виде симметричных составляющих – формирующих сумму комплексов токов прямой последовательности, обратной последовательности, нулевой последова тельности. Известно, что коэффициент превышения потерь от несимметрии на грузки kппн задается 3R N 2 (3) k ппн 1 i2 i R где i2, i0 – коэффициенты несимметрии токов по обратной и нулевой последо вательности;
R – величина сопротивления фазы, RN – сопротивление нейтрали.
Поэтому в этом случае относительные потери мощности в электрической сети (4) P U k ппр k ппн Рисунок 2 – Схема замеще RA A’ A ния трехфазной сети с уче B’ RB B том симметричных состав C’ RC C ляющих фазных токов N’ N RN Установлена функциональ IВ1 IВ2 IВ0 IС1 IС2 IС IA1 IA2 IA ная взаимосвязь коэффици ентов несимметрии напря жений и токов по нулевой последовательности при амплитудной несимметрии нагрузки UA UB UC I AR I B R IC R 0U (5) I R I A I B IC где U A,U B,U C, I A, I B, I C - действующие значения фазных напряжений и токов.
В итоге потери электрической энергии за период времени Т в линии U k ппр k ппн Pср Т I RТ (6) WЛ где Pcp – среднее значение активной мощности за рассматриваемый период, (I) – среднеквадратическое отклонение графика полного тока.
При проведении энергоаудита предлагается имитационная математиче ская модель сети 0,4 кВ. Эквивалентная трехфазная схема моделируемой сети показана на рис. 3. Источники тока имитируют действие однофазного электро приемника в каждой фазе. R1,R2, …, Rn активные сопротивления n межузловых участков проводников каждой фазы и нейтрали.
RA1 RA2 RAn A RB1 RB2 RBn B RC1 RC2 RCn C Rn1 Rn2 Rnn N IAn IBn ICn IA1 IB1 IC1 IA2 IB2 IC Рисунок 3 – Схема замещения электрической сети 0,4 кВ с распределенной нагрузкой Напряжение в k-ом узле для каждой фазы определяется (если пренебречь сопротивлением нейтрали) по выражению k nc k na k nb I Bi RBj ;
U Ck UC I Ci RCj (7) U Ak UA I Ai R Aj ;
U Bk UB j1 ij j1 ij j1 ij где k – номер рассматриваемого узла;
na, nb, nc – количество потребителей на фазах А, В, С соответственно. Токи на участках RA1, RA2, …, RAn и ток нейтрали nn nc nb na I Ci, I Nk I Ni I Ai ;
I Bk I Bi I Ck (8) I Ak ik ik ik ik На основании предложенной модели разработана программа, которая по зволяет произвести имитацию различных режимов работы электрической цепи, и дать количественную и качественную оценку потерь электрической энергии на всех участках сети. Предусмотрен расчет коэффициентов несимметрии на пряжений по нулевой и обратной последовательности на каждой нагрузке, а также коэффициентов несимметрии токов по нулевой и обратной последова тельности по известным формулам Фортескью.
Предложены выражения для определения показателей качества электро энергии (ПКЭ) по фазным и линейным напряжениям: коэффициентов несим метрии напряжений по нулевой и обратной последовательностям, результаты расчетов по которым в отличии от приближенных формул, приведенных ГОСТ 13.109-97 совпадают с результатами расчетов по формулам Фортескью.
В третьей главе «Аппаратное обеспечение проведения энергоаудита систем электроснабжения и электропотребления 0,4 кВ предприятий хра нения зерна» предлагаются схемные решения и аппаратные средства, позво ляющие службе главного энергетика предприятия хранения зерна, не приобре тая дорогие приборы, проводить энергоаудит системы электроснабжения и электропотребления своими силами.
Коэффициент несимметрии напряжения по нулевой последовательности определяется с помощью симметричной прецизионной резистивной «звезды»
(рис. 4).
VD1... Ra R a А Рисунок 4 – Принципиальная схема для А N’ Rb определения коэффициента несимметрии В R напряжения по нулевой последователь R Rc С ности.
b N Ток нейтрали пропорционален напряжению нулевой последовательности.
Для его измерения с целью уменьшения зоны нечувствительности предложено использование диодно-резистивного выпрямительного моста. Шкала магнито электрического микроамперметра проградуирована в процентах и позволяет напрямую оценить коэффициент несимметрии напряжений по нулевой после довательности 1 1 1 1 1 UА UB UС UА UB UС Rа Rb Rс Rа Rb Rс 2 1 1 (9) 0, 0U 1 1 1 1 1 1 1 R4 R5 R3 R Rа Rb Rс Rэкв1 Rа Rb Rс Rэкв Схема позволяет определить коэффициент отклонения нулевой последо вательности от 0 до 10 % с абсолютной погрешностью соответствующей требо ваниям стандарта не более 0,3 %. Результаты подтверждены моделированием с помощью программы Electronics Workbench. Дана оценка параметрической чувствительности показаний микроамперметра. При отклонении параметров R и R4 на 5 % абсолютная погрешность в целом не превышает 0,1 %.
Относительное значение отклонения напряжения прямой последователь ности определяется с помощью разработанной прецизионной резистивной мос товой схемы, в опорном плече которой используется прецизионный стабили трон, обеспечивающий требуемую точность измерений рис.5а. Схема замеще ния представлена на рис. 5б. Опорное напряжение стабилитрона представлено источником ЭДС. Относительное отклонение напряжения определяется U d R3 R2 R1 R4 Е R1 R2 R1 R (10) U 0,2,% R1 R2 R5 R2 R3 R5 R1 R2 R3 R1 R4 R5 R3 R4 R5 R1 R3 R4 R1 R2 R4 R2 R3 R E R R VD1... a R2 R I1 I А A I R B R Ud А R2 R C Ud b I2 I R4 VD а) б) Рисунок 5 – Принципиальная электрическая схема устройства для определения относительного отклонения напряжений прямой последовательности Абсолютная погрешность измерений не превышает по абсолютному зна чению 0,5%. Параметрическая чувствительность определена согласно методу Монте-Карло при вариации параметров системы от 0 до 5% их номинальных значений по нормальному закону распределения. Абсолютная погрешность оп ределения относительного отклонения напряжения не превышает 0,14 %.
Для определения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности, предложено следующее схемотехническое решение рис. (патент РФ №2353943), которое разработано на основании установленной зави симости между действующим значением второй гармоники выходного сигнала трехфазного двухполупериодного выпрямителя и коэффициентом несимметрии напряжения по обратной последовательности.
0,4 I% U R3 R VD1... R1 C R5 R A V C2 R B C C C VD7 VD Рисунок 6 – Принципиальная электрическая схема для определения коэффициента несимметрии напряжений по обратной последовательности При симметричной системе напряжений на выходе мостового трехфазно го выпрямителя гармонический состав напряжения показан на рис.7а. В этом случае сигнал с выхода выпрямителя содержит гармоники, кратные шести.
Вторая гармоника отсутствует U2 = 0. Действующее значение второй гармони ки равно нулю. При несимметрии например величиной, 7% действующее зна чение второй гармоники U2 = 23,80. Спектральный состав выходного напряже ния в этом случае показан на рис.7б. С помощью метода наименьших квадратов получено уравнение линейной регрессии 0,287U 2 0.033 (11) 2U Методическая погрешность предложенного способа определения коэффициен та несимметрии напряжения по обратной последовательности не превышает 5%. К выходу выпрямителя подключен пассивный полосовой фильтр на основе моста Вина, который позволяет пропустить сигнал второй гармонической со ставляющей (100Гц) и подавить остальные гармоники. Результаты аналитиче ского расчета подтверждены моделированием фильтра программой Electronics Workbench.
22. 17. Uk 12. 7. 2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 k 22. 17. Uk 12. 7. 2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 k Рисунок 7 – Гармонический состав выходного напряжения выпрямителя.
На основе трех схемотехнических решений получен анализатор качества напряжения рис. 8. Основные достоинства прибора: низкая цена, прибор не требует питания (изготовлен на пассивных элементах). Уровень эксплуатации предлагаемого устройства соответствует уровню квалификации специалистов, службы главного энергетика предприятия хранения зерна.
В четвертой главе «Методика проведения энергоаудита системы электроснабжения и электропотребления 0,4 кВ предприятия хранения зерна и ее практическое использование» предлагается последовательность действий при проведении энергоаудита системы электроснабжения и электро потребления электрической сети 0,4 кВ предприятия хранения зерна:
Рисунок 8 – Анализатор каче ства напряжения 1) анализ схемы системы элек троснабжения и выбор точек наиболее критичных к изме нению напряжения;
2) обсле дование показателей качества напряжения и обследование нагрузочных режимов работы электрической сети в этих точках;
3) по получен ным данным рекомендуют мероприятия по снижению потребления электриче ской энергии и приведению ПКЭ к нормативным значениям.
Методика сбора исходных данных энергоаудита состоит из двух частей:
обследование показателей качества напряжения и обследование нагрузочных режимов работы электрической сети. В первой части необходимо определить:
U – относительное отклонение напряжения;
2u – коэффициент несимметрии напряжений по обратной последовательности;
0u - коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности. Во второй части определяются:
P(t) – график активной мощности;
Q(t) – график реактивной мощности;
IA, IB, IC – фазные токи и коэффициенты мощности по каждой фазе. Измерения относи тельного отклонения напряжения должны производиться синхронно, как мини мум в двух точках, одной из которых должна быть шина 0,4 кВ подстанции.
Графики активной и реактивной нагрузки снимают по показаниям соответст вующих счтчиков или с помощью токовых клещей. Период анализа – неделя.
Методика анализа исходных данных энергоаудита системы электроснаб жения и электропотребления 0,4 кВ предприятия хранения зерна заключается:
1) по показателям качества напряжения определяется соответствие значений этих показателей нормативным значениям;
2) по показателям нагрузочных ре жимов работы электрической сети 0,4кВ определяется математическое ожида ние или среднее значение тока нагрузки, дисперсия тока нагрузки. На основа нии измерения коэффициента несимметрии напряжений по нулевой последова тельности, действующих значений фазных токов и напряжений определятся ко эффициент несимметрии токов по нулевой последовательности по формуле (5).
Определяется коэффициент превышения потерь мощности от несимметрии по формуле (3), коэффициент превышения потерь мощности от реактивной мощ ности по выражению (2). В итоге определяются относительные потери мощно сти в электрической сети (4) и потери электрической энергии (6). По значениям фазных токов и коэффициентов мощности каждой фазы формируются данные для математической модели, на базе которой рассчитываются потери мощности и электрической энергии по участкам, ПКЭ во всех узлах сети 0,4 кВ. На основе расчета принимаются организационно-технические мероприятия по снижению потребления электроэнергии и приведению ПКЭ к нормируемым значениям.
Одним из них является компенсации реактивной мощности.
Предлагается итерационная методика определения мощности и места ус тановки (узла) конденсаторной установки (КУ) по экономическому критерию.
При размещении КУ в k-ом узле с током компенсации (емкостным) Ik разница между потерями мощности до и после компенсации k n k n n (12) Pk x x rj Iri 2x I r i rj Iri j0 i0 j0 ij i где r1, r2, …, rn - активные сопротивления n межузловых участков токонесу щих проводников;
Iai, Iri – источники активного и реактивного тока имити рующие действие i-го электроприемника как соответствующей нагрузки сети;
Ik х – степень компенсации реактивной мощности, x.
n Iri i На основании математического анализа получен максимум функции k n I ri r j (13) j0 ij Pk max k rj j Зная величину предотвращенных потерь энергии данного фидера за опре деленное время, например - за год, можно определить экономический эффект в денежном выражении от действия КУ - Э x Pk x Tt Tp, где Tp – тариф на электроэнергию;
Tt – суммарное время (в часах) работы нагрузки в году. Опре деляя чистый дисконтированный доход, получаем экономические показатели характеризующие КУ в рассматриваемом узле. Мощность КУ определяется n (14) Qукрм 0,001 x 3 U Ф I ri i где Uф – фазное напряжение.
По предлагаемым методикам проведен энергоаудит системы электро снабжения и электропотребления 0,4 кВ ОАО «Величковский элеватор» и учхо за «Кубань». В результате было рекомендовано установить КУ на РП1 фидера «Шинный мост ЛВ4» мощностью 90 квар. Это позволит сэкономить за год 6585кВт-ч электроэнергии, что составляет 2,75% от потребленной фидером за год. При этом КУ окупается на 3-ой год и по его окончанию приносит прибыль 4485 рублей. Если учесть что доля электроэнергии в себестоимости зерна 34%, то при сокращении потребления на 2,75% эта доля уменьшается до 33,06%.
Нормативное значение затраты электроэнергии на хранение одной тонны зерна снизятся и для рассматриваемого элеватора составят не 25,58кВт-ч, а 24,88кВт-ч.
На одну тонну зерна выигрыш составит 0,70 кВт-ч. За 2008 год на ОАО «Ве личковский элеватор» было заготовлено 96829 тонн зерна, поэтому выигрыш составит около 68 тыс. кВт-ч. С учетом годовой заготовки зерна по краю тыс. тонн, ожидаемый эффект может составить 2,6 млн. кВт-ч Рассчитаны расходы на проведение энергоаудита системы электро снабжения и электропотребления 0,4 кВ на предприятии хранения зерна при анализе десяти фидеров. В итоге энергоаудит системы электроснабжения и электропотребления с использованием анализатора качества напряжения и раз работанной имитационной модели электрической сети 0,4 кВ в 3,8 раза дешев ле, чем при использовании микропроцессорного анализатора качества электри ческой энергии. Стоимость анализатора качества напряжения 9700 рублей. При серийном производстве эта стоимость может быть значительно уменьшена.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 1. Для анализа показателей качества электрической энергии и е потерь на каждом участке рассматриваемой электрической сети 0,4 кВ при различных режимах ее работы, разработана математическая модель, учитывающая основ ные особенности электрических сетей предприятий хранения зерна. Исходны ми данными являются ортогональные составляющие токов нагрузок, опреде ляемые прямыми измерениями в узлах рассматриваемой сети 0,4кВ (свидетель ство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007614667).
2. Установлены функциональные зависимости коэффициентов несиммет рии напряжений по обратной и нулевой последовательности от фазных и ли нейных напряжений, результаты которых совпадают с результатами, получен ными по формулам Фортескью, что позволяет их рекомендовать к практиче скому использованию.
3. На основании теоретических исследований разработаны и реализованы аппаратно схемотехнические решения, позволяющие определять относительное отклонение напряжения, коэффициенты несимметрии напряжений по нулевой и обратной последовательности, которые интегрированы в виде анализатора ка чества напряжения. Установлена функциональная зависимость между коэффи циентом несимметрии напряжений по обратной последовательности и дейст вующим значением второй гармоники выходного сигнала трехфазного мосто вого выпрямителя, которая реализована аппаратно (патент РФ №2353943) в анализаторе качества напряжения.
4. Разработана адаптированная методика проведения энергоаудита систе мы электроснабжения и электропотребления 0,4 кВ предприятий хранения зер на, которая позволяет сократить затраты на проведение энергоаудита в 3,8 раза.
Затраты составят 27000 рублей при обследовании электрической сети 0,4 кВ десяти отходящих фидеров.
5. Разработан итерационный метод выбора места установки и расчетной мощности устройства компенсации реактивной мощности в электрической сети 0,4 кВ по экономическому критерию на основе имитационного моделирования с использованием ортогональных составляющих тока нагрузки сети. Это позво лит снизить потребление электроэнергии предприятием хранения зерна на 2,75%. Себестоимости зерна уменьшится, так как нормативное значение затрат электроэнергии на хранение одной тонны зерна снизится на 0,70 кВтч. С уче том годовой заготовки зерна на ОАО «Величковский элеватор» 96829 тонн и по краю 3787 тысяч тонн за 2008 г., ожидаемый эффект составит на элеваторе око ло 68 тыс. кВт-ч и в Краснодарском крае около 2,6 млн. кВт-ч.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
Емелин А.В. Определение коэффициента несимметрии напряжений 1.
по нулевой последовательности косвенным методом / А.В. Савенко, А.В. Еме лин // Энергосберегающие технологии, оборудование и источники электропи тания для АПК [посвящается 180 летию Тесла] Труды Кубанского ГАУ. -Вып.
421(151). - Краснодар, 2006. – С. 261-263.
Емелин А.В. Определение функциональной зависимости тока ней 2.
трали в сети 0,4кВ от коэффициента несимметрии напряжения по нулевой по следовательности / А.В. Савенко, А.В. Емелин // Научное обеспечение агро промышленного комплекса: Материалы 8-й региональной научно-практической конференции молодых ученых. – Краснодар: КубГАУ, 2006. – С. 300-301.
Емелин А.В. Расчет потерь электрической энергии и показателей ее 3.
качества в электрической сети 0,4 кВ (имитационное моделирование режимов работы электрической сети 0,4 кВ) / А.В. Савенко, А.В. Емелин // Свидетельст во об официальной регистрации программы для ЭВМ №2007614667. Зарегист рир. 09.11.2007.
Емелин А.В. Определение рекомендуемой длины линии 0,4кВ элек 4.
трической сети на имитационной математической модели / А.В. Савенко, А.В.
Емелин, В.А. Перепечин // Механизация и электрификация сельского хозяйст ва. - 2007. № 8. – С. 9-10.
Емелин А.В. Методика определения потерь энергии в четырехпро 5.
водной электрической сети по показаниям измерителя ампер-квадрат-часов / В.В. Тропин, А.В. Савенко, А.В. Емелин // Известия вузов. Электромеханика. 2007. Специальный выпуск. - С. 61.
Емелин А.В. Методика определения потерь энергии в четырехпро 6.
водной электрической сети по показаниям счетчиков электроэнергии / В.В.
Тропин, А.В. Савенко, А.В. Емелин // Известия вузов. Электромеханика. 2007. Специальный выпуск. - С.62.
Емелин А.В. Программа управления базой данных схемы электро 7.
снабжения электрооборудования и системы планово-предупредительного ре монта на предприятии АПК/ А.В. Савенко, А.В. Емелин // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2008610564. Зарегистрир. в 31.01.2008.
Емелин А.В. Методическое обеспечение анализа исходных данных 8.
экспресс-энергоаудита системы электроснабжения и электропотребления пред приятий АПК / А.В. Савенко, А.В. Емелин // Труды Кубанского ГАУ. Серия Агроинженер. - №1. 2008. – С. 81-82.
Емелин А.В. Аппаратное обеспечение энергоаудита системы элек 9.
троснабжения и электропотребления электрической сети 0,4 кВ сельскохозяй ственного предприятия / А.В. Савенко, А.В. Емелин, А.С. Белах // Известия ву зов. Электромеханика. - 2008. Специальный выпуск. – С. 123-124.
Емелин А.В. Математическое моделирование системы электро 10.
снабжения и электропотребления предприятия АПК при проведении на нем экспресс-энергоаудита / А.В. Савенко, А.В. Емелин // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 6-й Международной конферен ции (13-14 мая 2008 года, г. Москва, ГНУ ВИЭСХ). В 5-ти частях. Ч. 1. Про блемы энергообеспечения и энергосбережения. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008. – С.196-199.
Емелин А.В. Определение коэффициента обратной последователь 11.
ности напряжений в электрических сетях 0,4 кВ / А.В. Емелин // Научное обес печение агропромышленного комплекса: Материалы II всероссийской научно практической конференции молодых ученых. – Краснодар: КубГАУ, 2008. – С. 325-326.
Пат. РФ №2353943, МПК G01R 29/16 Фильтр напряжения обратной 12.
последовательности / В.В. Тропин, А.В. Савенко, А.В. Емелин;
Патентооблада тель КГАУ. - №2008110252. - заявл.17.03.2008;
опубл. 27.04.2009. Бюл. №12. – 4 с.