Обоснование структуры и параметров системы компенсации реактивной мощности при наличии высших гармоник в напряжении и токе

На правах рукописи

СКАМЬИН Александр Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ПРИ НАЛИЧИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В НАПРЯЖЕНИИ И ТОКЕ

Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2011

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент

Шклярский Ярослав Элиевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Зеленохат Николай Иосифович

кандидат технических наук

Тарасов Дмитрий Михайлович

Ведущее предприятие: ОАО «Научно-исследовательский институт по передаче электроэнергии постоянным током высокого напряжения»

Защита диссертации состоится 20 июня 2011 г. в 16 ч 30 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.07 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106, г. Санкт-Петербург, В.О., 21 линия, д. 2, ауд. № 7212.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 19 мая 2011 г.

УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

д.т.н., профессор В.В. ГАБОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Нерациональное управление потоками реактивной мощности приводит к увеличению затрат на техническое обслуживание и ремонт электрооборудования, ухудшению качества электроэнергии, как в системе, так и в сетях предприятий, а также росту оплаты за электроэнергию.

Дополнительной проблемой, тесно связанной с уровнем реактивной мощности, является наличие высших гармоник (ВГ), как следствие применения частотно-регулируемых приводов, нагрузок, управляемых тиристорами, и других нелинейных электроприемников. Работа конденсаторных батарей (КБ) в условиях появления ВГ, возникающих как со стороны внешнего источника относительно ввода предприятия, так и со стороны самого предприятия, ухудшается, что приводит к неэффективной компенсации реактивной мощности. Возрастает количество отключений конденсаторных установок вследствие перегрузки их токами ВГ, сокращается срок их службы, увеличиваются потери мощности и напряжения. Следовательно, снижается эффективность функционирования электротехнического комплекса предприятия в целом.

Оценкой работы электрических сетей при наличии искажений в напряжении и токе занимался ряд известных ученых, среди которых Абрамович Б.Н., Арриллага Дж., Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Ильяшов В.П., Шидловский А.К., Шклярский Я.Э. и др.

Однако до сих пор не разработан алгоритм компенсации реактивной мощности (КРМ) с исключением перегрузок КБ токами высших гармоник.

В этой связи очевидна необходимость разработки структуры и выбора параметров системы КРМ при наличии гармонических искажений в напряжении и токе.

Цель работы. Повышение эффективности функционирования системы компенсации реактивной мощности путем снижения перегрузок конденсаторных батарей токами ВГ при различных условиях возникновения гармонических искажений в напряжении и токе.

Основные задачи исследования:

1. Разработка алгоритма формирования схемы замещения сети для определения режимов работы и параметров конденсаторных установок при различных условиях возникновения ВГ.
2. Выявление зависимостей перегрузки КБ от мощности компенсирующих устройств, мощности линейной и нелинейной нагрузок, спектрального состава тока и напряжения, параметров электрической сети и сопротивления дополнительных реакторов в сети предприятия.
3. Разработка способов и выбор параметров средств снижения влияния ВГ на установки КРМ при различных факторах возникновения искажений.
4. Разработка структуры системы КРМ при наличии ВГ, возникающих как со стороны внешнего источника относительно ввода предприятия, так и со стороны самого предприятия.
5. Оценка эффективности методики выбора параметров системы КРМ при наличии высших гармонических искажений напряжения и тока на основании экспериментальных исследований в условиях промышленного предприятия.

Идея работы. Для повышения коэффициента мощности в сети и безаварийности эксплуатации установок КРМ электротехнического комплекса предприятия следует уменьшать уровень ВГ на конденсаторах с учетом природы возникновения гармонических искажений напряжения и тока.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы методы теории электрических цепей, решения вариационных задач, статистического анализа данных, математического моделирования электрических сетей с использованием пакета MatLab, интерполяции и аппроксимации данных, экспериментальные исследования режимов работы электрической сети.

Научная новизна работы:

1. Выявлены зависимости коэффициента перегрузки КБ от мощности компенсирующих устройств, мощности линейной и нелинейной нагрузок, спектрального состава тока и напряжения, параметров электрической сети и сопротивления дополнительных реакторов при различных условиях возникновения ВГ, обеспечивающие работу конденсаторных установок без перегрузок.
2. Обоснована структура системы КРМ при наличии высших гармоник, возникающих как со стороны внешнего источника, так и в сети самого предприятия, позволяющая обеспечить безаварийную эксплуатацию конденсаторных установок и повышение коэффициента мощности в сети предприятия.

Защищаемые научные положения:

1. Обоснование параметров и режима работы конденсаторных установок компенсации реактивной мощности следует проводить на основании выявленных зависимостей коэффициента перегрузки КБ от мощности компенсирующих устройств, мощности линейной и нелинейной нагрузок, спектрального состава тока и напряжения, параметров электрической сети и сопротивления дополнительных реакторов, что обеспечит снижение уровня гармонических искажений на конденсаторах до нормативных значений.
2. Выбор структуры и параметров системы КРМ при наличии искажений в напряжении и токе следует проводить на основании сравнения показателей качества электроэнергии в зависимости от условий возникновения высших гармоник и способа их подавления для обеспечения соответствия величины коэффициента перегрузки КБ нормативному значению и повышения коэффициента мощности в сети при условии соблюдения электромагнитной совместимости (ЭМС) работы электротехнического комплекса.

Достоверность выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, основывается на сходимости результатов математического моделирования и экспериментальных исследований параметров и режимов работы установок КРМ при наличии гармонических искажений. Погрешность составила не более 15 %.

Практическая ценность диссертации:

1. Разработана методика выбора параметров системы КРМ в условиях наличия высших гармонических искажений напряжения и тока, обеспечивающая соответствие величины коэффициента перегрузки КБ нормативному значению и повышение коэффициента мощности в сети.
2. Обоснованы структура размещения дополнительных реакторов, уменьшающих перегрузку КБ токами ВГ, и методика выбора их параметров в сети при различных факторах возникновения гармонических искажений.

Реализация выводов и рекомендаций работы. Рекомендации по выбору способа снижения уровня ВГ и определению параметров дополнительных реакторов для ограничения перегрузок на КБ переданы в ООО «Талосто-3000». Обосновано изобретение «Способ снижения уровня высших гармоник» (патент РФ № 2416853).

Личный вклад автора. Выявлены закономерности протекания электромагнитных процессов в системе электроснабжения при наличии гармонических искажений, возникающих как со стороны внешнего источника относительно ввода предприятия, так и в сети самого предприятия. Разработана структура размещения и обоснован выбор параметров дополнительных реакторов для снижения перегрузок КБ токами высших гармоник. Разработана структура системы компенсации реактивной мощности при наличии ВГ, обеспечивающая безаварийную работу и снижение перегрузок КБ, эффективность которой подтверждена экспериментальными исследованиями на промышленном предприятии.

Апробация. Основные положения и результаты работы докладывались и получили положительную оценку на: Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «XXXVII Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2008 г.), международной конференции молодых ученых «Challenges and solutions in mineral industry» во Фрайбергской горной академии (Германия, Фрайберг, 2009 г.), международной молодежной научной конференции «Севергеоэкотех» (Ухта, УГТУ, 2009 г.), 6-ой международной научной конференции «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (Тула, ТГУ, 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 в научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации, 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, содержит 81 рисунок, 3 таблицы, список литературы из 85 наименований и 5 приложений. Общий объем диссертации 125 страниц.

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи исследования.

В главе 1 приведена характеристика научно-технической задачи разработки методов снижения уровня ВГ, рассматриваются особенности возникновения искажений, основные негативные влияния ВГ на работу электрооборудования.

В главе 2 проведен анализ существующих схем замещения для сетей, содержащих ВГ, разработана схема замещения сети для расчета коэффициента перегрузки КБ токами высших гармоник.

В главе 3 проведены теоретические исследования по выбору мощности КБ в зависимости от параметров сети, нагрузки и компенсирующих устройств, при которых не возникает перегрузка конденсаторов токами ВГ.

В главе 4 приведены результаты размещения в сети предприятия дополнительных реакторов для снижения перегрузок КБ и разработана структура их размещения в зависимости от факторов возникновения высших гармоник.

В главе 5 разработана структура системы компенсации реактивной мощности, основанная на сравнении показателей качества электроэнергии при различных способах подавления высших гармоник в зависимости от условий возникновения искажений. Приведены результаты экспериментальных исследований на промышленном предприятии.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решаемыми задачами.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ научные ПОЛОЖЕНИЯ

1. Обоснование параметров и режима работы конденсаторных установок компенсации реактивной мощности следует проводить на основании выявленных зависимостей коэффициента перегрузки конденсаторных батарей от мощности компенсирующих устройств, мощности линейной и нелинейной нагрузок, спектрального состава тока и напряжения, параметров электрической сети и сопротивления дополнительных реакторов, что обеспечит снижение уровня гармонических искажений на конденсаторах до нормативных значений.

Для оценки режимов работы КБ в условиях наличия высших гармоник в сети предприятия составлена обобщенная однолинейная схема электротехнического комплекса предприятия и соответствующая ей схема замещения, представленная на рис. 1, где U0 - фазное напряжение источника рассматриваемой сети; RЛ, RТ, RН – активное сопротивление линии, трансформатора и нагрузки соответственно; ·XS, ·XЛ, ·XТ, ·XН, XС / – реактивные сопротивления на -ой гармонике системы, линии, трансформатора, линейной нагрузки и конденсаторной батареи соответственно; XР1, XР2, XР3 – индуктивное сопротивление дополнительных реакторов, применение которых рассмотрено ниже; I - составляющая тока -ой гармоники.

Рис. 1. Однофазная схема замещения сети

Установлено, что в условиях различного состава нагрузки учет всех элементов электрической сети значительно усложняет определение параметров элементов сети, а также приводит к громоздким вычислениям. Для снижения размерности анализируемого признакового пространства и отбора наиболее информативных показателей был выполнен регрессионный анализ с последующим отбрасыванием наименее значимых факторов. В матричной форме регрессионная модель имеет вид:

Y = X +,

где Y – вектор наблюдаемых значений результативного признака; X – матрица наблюдаемых значений аргументов; – вектор неизвестных, подлежащих оценке параметров (коэффициентов регрессии) модели; – случайный вектор ошибок наблюдений (остатков).

Выявлено, что при расчете коэффициента перегрузки КБ можно не учитывать сопротивления линий и трансформаторов за исключением индуктивного сопротивления понижающего трансформатора.

На основе предварительного анализа режимов работы электрической сети при наличии искажений был сделан вывод о необходимости выявления природы возникновения высших гармонических составляющих в напряжении и токе. Определено, что необходимо разделять источники ВГ на внешний относительно ввода предприятия и источник, обусловленный работой нелинейной нагрузки самого предприятия.

Таким образом, установлено, что коэффициент перегрузки (Кпер) КБ является многофакторной функцией и может быть представлен в следующем виде:

,

где ПСХ – параметры схемы электроснабжения предприятия, SНН/SЛН – соотношение линейной и нелинейной нагрузки, QКБ – мощность КБ, ИВГ – параметры источника высших гармоник.

Зависимости коэффициента перегрузки от указанных факторов представлены в виде функций на рис. 2, 3, 4, 5. В ходе исследования параметры нагрузки изменялись в пределах, характерных для предприятий минерально-сырьевого комплекса: XS = [0,1; 1] Ом, XН1 = XН2 = [6; 60] Ом, RН1 = RН2 = [4,5; 45] Ом, XН3 = [3; 30] Ом, RН3 = [2,25; 22,5] Ом, XC1 = [6; 60] Ом, XC2 = [2; 20] Ом. На рис. 2, 3 для примера представлены зависимости коэффициента перегрузки КБ от исследуемых факторов при сопротивлении системы XS = 0,8 (Ом) и XS = 0,1 (Ом) в условиях наличия ВГ со стороны нелинейной нагрузки на предприятии.

Рис. 2. Зависимость Кпер КБ от мощности КБ и нагрузки при Хs = 0,8 Ом

Рис. 3. Зависимость Кпер КБ от мощности КБ и нагрузки при Хs = 0,1 Ом

Установлено, что при определенном сочетании параметров нагрузки, сети и конденсаторных батарей можно обеспечить режим без перегрузок конденсаторов, на что указывают зоны, при которых коэффициент перегрузки меньше допустимого значения 1,3. При этом к снижению перегрузки на КБ приводит уменьшение сопротивления системы и увеличение мощности линейной нагрузки.

Аналогичные исследования были проведены при возникновении ВГ со стороны питающей сети. Соответствующие зависимости представлены на рис. 4, 5.

Рис. 4. Зависимость Кпер КБ от мощности КБ и нагрузки при Хs = 0,8 Ом

Рис. 5. Зависимость Кпер КБ от мощности КБ и нагрузки при Хs = 0,1 Ом

Установлено, что в этом случае для снижения перегрузок КБ следует увеличивать сопротивление системы. Увеличение мощности нагрузки также приводит к снижению коэффициента перегрузки КБ.

В результате исследования соотношений переменных параметров функции коэффициента перегрузки определено, что не все значения мощности КБ, соответствующие условию не превышения допустимого значения перегрузки, обеспечивают эффективную КРМ в сети предприятия, что вызывает необходимость в коррекции параметров компенсирующих устройств по коэффициенту мощности.

В связи с этим была разработана программа, основанная на интерполяции полученного массива данных, позволяющая проводить выбор мощности нагрузки, сопротивления системы и мощности КБ, обеспечивающих режим работы компенсирующих устройств без перегрузок при максимально возможном коэффициенте мощности и допустимых потерях напряжения в сети.

На основании выявленных зависимостей разработан алгоритм выбора мощности КБ при наличии ВГ, представленный на рис. 6.

Таким образом, определено, что, изменяя параметры сопротивления системы, компенсирующих устройств при различном составе нагрузки, можно добиться такого соотношения указанных параметров, при которых коэффициент перегрузки КБ не будет превышать допустимых значений. Однако такой способ не всегда выполним.

Рис. 6. Алгоритм выбора мощности КБ при наличии ВГ, где ИГ - источник гармоник, ИГНН – ИГ: нелинейная нагрузка предприятия, ИГПС – ИГ: питающая сеть, ННПС – ИГ: питающая сеть и нелинейная нагрузка предприятия, Кмощн – коэффициент мощности сети

В связи с этим предложен запатентованный способ уменьшения влияния ВГ на КБ, основанный на размещении дополнительных реакторов XРi в сети предприятия. Для обобщенной схемы замещения предприятия места подключения реакторов представлены на рис. 1.

Наличие различного характера реактивных сопротивлений в схеме замещения предприятия указывает на то, что можно подобрать такие параметры дополнительных реакторов, при которых полюсы амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) сети относительно КБ смещаются, и перегрузка на конденсаторах снижается.

Для выбранных параметров нагрузки и сети получены зависимости токов через низковольтный (IС1) и высоковольтный (IС2) конденсаторы от параметров дополнительных реакторов (рис. 7, 8).

Рис. 7. Зависимость IС1 от Хр3 при неизменном Хр1 и отсутствии Хр2

Рис. 8. Зависимость IС2 от Хр2 при неизменном Хр1 и отсутствии Хр3

Из полученных зависимостей следует, что при определенном сочетании реактивных сопротивлений системы и дополнительных реакторов можно добиться уменьшения токов КБ до их допустимого значения.

Были проведены исследования по выбору дополнительных реакторов с учетом различных факторов возникновения ВГ в электрической сети предприятия. При этом как на низкой стороне, так и на высокой стороне напряжения производилось увеличение мощности источника ВГ и соответственное уменьшение мощности линейной нагрузки и определялось соотношение линейной и нелинейной нагрузок, при которых возникает перегрузка КБ.

Установлено, что при наличии ВГ со стороны питающей сети необходимо увеличивать сопротивление системы, при возникновении ВГ со стороны нелинейной нагрузки на предприятии необходимо уменьшать сопротивление системы, а при совместном влиянии ВГ необходимо решать вариационную задачу по изменению сопротивления системы с учетом степени влияния источников гармоник на КБ. Выбор параметров дополнительно размещенных в сети реакторов, позволяющих снизить уровень ВГ на конденсаторах, следует производить при минимально возможной мощности конденсаторных установок в электрической сети предприятия и соответствующей ей мощности нагрузки, так как при таких условиях возникает наибольшая перегрузка КБ токами ВГ.

Выбор параметров реактора определяется исходя из следующих условий:

1. Потери напряжения в сети предприятия не должны превышать 5 % номинального напряжения сети при максимальной нагрузке через реактор;

2. Коэффициент перегрузки КБ по току не должен превышать допустимого КперI 1.3.

В случае недостаточного снижения перегрузки на КБ следует применять дополнительные реакторы, параметры которых определяются из условий:

1. Коэффициент перегрузки КБ по напряжению не должен превышать допустимого КперU 1.1;

2. Сопротивление КБ на -ой гармонике не должно превышать сопротивление индуктивности на той же гармонике для исключения резонансных режимов на гармониках выше 50 Гц: XC XР;

3. Коэффициент перегрузки КБ по току не должен превышать допустимого КперI 1.3.

На основании результатов исследований АЧХ сети относительно КБ определено, что варьирование параметров реакторов и изменение мощности КБ может привести к резонансным явлениям на какой-либо из генерируемых гармоник, поэтому при наличии в сети таких явлений и значительного вклада в коэффициент перегрузки тока высшей гармоники, близкой к резонансной частоте, необходимо в первую очередь установить антигармонический реактор в сети для обеспечения индуктивного режима на наименьшей из генерируемых ВГ.

Исходя из полученных закономерностей, разработана структура размещения дополнительных устройств, позволяющих снизить уровень ВГ на конденсаторах (рис. 9).

Таким образом, предложенные алгоритм выбора мощности КБ в условиях наличия ВГ и структура размещения дополнительных реакторов в сети обеспечивают снижение уровня гармонических искажений на конденсаторах до нормативных значений.

2. Выбор структуры и параметров системы компенсации реактивной мощности при наличии искажений в напряжении и токе следует проводить на основании сравнения показателей качества электроэнергии в зависимости от условий возникновения высших гармоник и способа их подавления для обеспечения соответствия величины коэффициента перегрузки конденсаторных батарей нормативному значению и повышения коэффициента мощности в сети при условии соблюдения электромагнитной совместимости работы электротехнического комплекса.

На основе представленных результатов исследований разработана структура системы КРМ при наличии гармонических искажений (рис. 10).

Рис. 10. Структура системы КРМ при наличии высших гармоник

Разработанная структура направлена на достижение в широком диапазоне изменения параметров элементов электротехнического комплекса, включая нелинейную нагрузку, нормативных показателей режимов работы КБ при условии обеспечения максимально возможного коэффициента мощности сети и ЭМС всех элементов комплекса.

Структура содержит:

1. Исследование схемы электрической сети с определением диапазона возможного варьирования нагрузки предприятия.
2. Исследование условий возникновения высших гармоник в напряжении и токе и их спектральный анализ.
3. Последовательность выбора средств компенсации ВГ с усложнением конфигурации системы компенсации реактивной мощности до тех пор, пока не будет достигнута вышепоставленная цель.

Установлено, что простейшей конфигурацией является подбор мощности КБ. Последовательность усложнения определена как: выбор мощности КБ; варьирование XS; совместное изменение мощности КБ и XS; размещение дополнительных реакторов; установка дополнительных реакторов с варьированием мощности КБ и XS; применение ФКУ и АФ.

Согласно разработанной структуре методика выбора средств компенсации ВГ формируется исходя из представленных выше результатов исследований.

Исследования режимов работы электрической сети ряда предприятий, таких как ОАО «Татнефть», ООО «ПО «Киришинефтеоргсинтез», ОАО «ВАЗ-СУАЛ» и др., показали, что в сети этих предприятий возникают ВГ как со стороны питающего напряжения, так и со стороны самих предприятий.

Эффективность применения методики выбора параметров системы КРМ при наличии ВГ подтверждается экспериментальными исследованиями на промышленном предприятии ООО «Талосто». В сети предприятия установлены регулируемые КБ мощностью 600 квар, на работу которых значительное влияние оказывают гармонические искажения, возникающие со стороны внешнего источника относительно ввода предприятия.

Анализ данных о коэффициенте искажения синусоидальности кривой напряжения при использовании прибора контроля показателей качества электроэнергии показал, что наибольшего значения коэффициент достигает при наименьшей мощности нагрузки и КБ.

С помощью анализатора качества электроэнергии Fluke 43B получены осциллограммы тока и напряжения на КБ, представленные на рис. 11, 12.

Рис. 11. Осциллограмма напряжения на секции шин

Рис. 12. Осциллограмма тока на конденсаторной батарее

Перегрузка КБ токами высших гармоник достигает 70 %, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения составляет 13 %, коэффициент мощности сети – 0,94.

Согласно разработанной структуре системы КРМ при наличии гармонических искажений был осуществлен последовательный выбор средств компенсации ВГ. Однако варьирование мощности КБ не приводит к требуемому результату.

Далее, согласно методике, было проведено исследование режимов работы КБ при изменении параметров реактора на входе сети предприятия, что по расчетным данным снижает перегрузку на КБ до допустимых пределов (рис. 13).

Выбор параметров реактора определялся исходя из условий:

1. Потери напряжения в сети предприятия не превышают 5 % номинального напряжения сети;

2. Коэффициент перегрузки КБ по току не превышает допустимого КперI 1.3.

Сопротивление реактора равно 0,015 Ом.

Рис. 13. Зависимость Кпер КБ от мощности КБ при изменении Xp

На предприятии был изготовлен и установлен реактор на входе электрической сети. При измерении параметров нагрузки и коэффициента искажения синусоидальности кривой напряжения на стороне 10 кВ до и после установки реактора получены осциллограммы тока и напряжения на конденсаторах, представленные на рис. 14, 15.

Рис. 14. Осциллограмма напряжения на секции шин

Рис. 15. Осциллограмма тока на конденсаторной батарее

В результате применения дополнительного реактора перегрузка КБ снизилась до 20 %, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения - 5 %, коэффициент мощности сети – 0,97.

Таким образом, разработанная структура системы КРМ при наличии ВГ в сети предприятия обеспечивает соответствие величины коэффициента перегрузки КБ нормативному значению и повышение коэффициента мощности в сети при условии соблюдения электромагнитной совместимости работы электротехнического комплекса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной научно-технической задачи повышения коэффициента мощности в сети и обеспечения работы компенсирующих устройств без перегрузок путем снижения уровня ВГ на конденсаторах в зависимости от условий возникновения гармонических искажений напряжения и тока.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработан алгоритм формирования схемы замещения сети для определения режимов работы и параметров конденсаторных установок при различных условиях возникновения высших гармоник.
2. Установлены зависимости перегрузки конденсаторных батарей от мощности компенсирующих устройств, мощности линейной и нелинейной нагрузок, спектрального состава тока и напряжения, параметров электрической сети, сопротивления дополнительных реакторов с учетом природы возникновения высших гармоник в электрической сети предприятия при варьировании мощности нагрузки в пределах от 4 до 40 МВА и сопротивления системы от 0,2 до 1 Ом. Показано, что при изменении параметров указанных факторов, максимум коэффициента перегрузки может смещаться в зависимости от спектра искажений в сторону больших или меньших частот.
3. Разработаны способы снижения влияния высших гармоник на установки КРМ, основанные на размещении в сети предприятия дополнительных реакторов (патент РФ № 2416853), а также изменении мощности КБ в зависимости от параметров нагрузки, сети и спектрального состава тока и напряжения на конденсаторах.
4. Разработана структура системы КРМ при наличии высших гармоник, возникающих как со стороны внешнего источника относительно ввода предприятия, так и со стороны самого предприятия. Структура содержит: исследование схемы электрической сети с определением диапазона возможного варьирования нагрузки предприятия; исследование условий возникновения искажений в напряжении и токе и их спектральный анализ; последовательность выбора средств компенсации высших гармоник с усложнением конфигурации системы компенсации реактивной мощности.
5. Разработана методика выбора параметров системы КРМ при наличии высших гармоник в напряжении и токе, эффективность применения которой подтверждена экспериментальными исследованиями на промышленном предприятии, содержащем нелинейную нагрузку и конденсаторные установки КРМ. Согласно методике был выбран дополнительный реактор с сопротивлением 0,015 Ом, подключенный на входе предприятия. При этом коэффициент перегрузки КБ снизился с 70 % до допустимого значения, равного 20 %.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Скамьин А.Н. Повышение эффективности функционирования конденсаторных батарей в электрической сети горного предприятия // Записки Горного института. РИЦ СПГГИ (ТУ). СПб, 2011. Том 189. С. 107-110.
2. Скамьин А.Н. Способы уменьшения влияния высших гармоник на работу электрооборудования / Я.Э. Шклярский, А.Н. Скамьин // Записки Горного института. РИЦ СПГГИ (ТУ). СПб, 2011. Том 189. С. 121-124.
3. Скамьин А.Н. Уменьшение влияния высших гармоник на работу электротехнического комплекса горного предприятия / Я.Э. Шклярский, Д.А. Ситников, А.Н. Скамьин // Записки Горного института. РИЦ СПГГИ (ТУ). СПб, 2008. Т. 178. С. 162-165.
4. Skamyin A.N. Automatic neutralization of high harmonics in electric circuits of metallurgical enterprises / Y.E. Shklyarsky, A.N. Skamyin, V.N. Lebedik, A.I. Mikheyev // «CIS Iron and Steel Review». Издательский дом «Руда и металлы». – 2008. – С.38-40.
5. Скамьин А.Н. К вопросу о снижении перегрузок конденсаторных батарей токами высших гармоник / Я.Э. Шклярский, А.Н. Скамьин, А.В. Круглов // Освоение минеральных ресурсов Севера: проблемы и решения. Труды 8-ой международной научно-практической конференции. Том 2, Воркута 2010 г. – С.400-403.
6. Скамьин А.Н. Обеспечение работы электрооборудования без перегрузок за счет минимизации высших гармоник / А.Н. Скамьин, Я.Э. Шклярский, М.С. Черемушкина // 6-ая международная научная конференция «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики»: материалы конференции (18-20 марта 2010 г., Тула): Том 1. - Тула: ТулГУ, 2010. – С.434-439.

Рис. 9. Структура дополнительных устройств системы компенсации реактивной мощности, где УПК – устройство продольной компенсации, ФКУ – фильтрокомпенсирующее устройство, АФ - активный фильтр, step – фиксированный шаг изменения параметров