Коефіцієнти якості споживання електроенергії

У зв’язку зі зростанням електричних навантажень та утворенням дефіциту в енергосистемі по активній потужності виникла необхідність керування режимом споживання електричної енергії на промислових підприємствах та виробничих об’єднаннях. Для збільшення пропускної спроможності мереж необхідне забезпечення високої якості енергії. Якість електроенергії оцінюється системою показників. Невідповідність показників якості електроенергії нормативним значенням викликає додаткові втрати електроенергії.

Визначення енергетичних характеристик електромагнітних процесів в електричних пристроях складається з двох процедур: розрахунок повної потужності та всіх її характерних для даного пристрою складових; знаходження визначених відносних значень відповідних потужностей, які розглядаються як показники (коефіцієнти) якості електричної енергії. В колах з синусоїдними формами напруг та струмів обидві вказані енергетичні множини – множина потужностей та множина показників – чітко детерміновані. Множина потужностей містить активну, реактивну, повну потужності та складова реактивної потужності викликана несиметрією в трифазному колі. Множина показників ще вужча: коефіцієнт зсуву (фактично – cos j) та коефіцієнти несиметрії по зворотній та нульовій послідовностям напруги у випадку трифазної мережі.

Значно складніше справа полягає у випадку несинусоїдної форми напруги і струму в електричній ланці. Некоректність визначень енергетичних показників призводить до неадекватності методів їх вимірювань фактичному стану енергопроцесів. Причиною цьому є складність опису енергопроцесів у випадку спотворених форм напруг та струмів, їх багатоаспектність, недостатня увага до проблеми з боку електротехніків. І тільки з розповсюдженням перетворювальної техніки, ростом потужностей перетворювачів та підвищенням в цілому частки нелінійного навантаження проблема переважно сфери перетворювальної техніки перетворюється в проблему електроенергетики. Вироблення електроенергії на оптимальних частотах (у тому числі нульових), які відрізняються від стандартної частоти, з наступним перетворенням її вентильними перетворювачами в стандартну, передача електроенергії постійним струмом, перетворення енергії в форми, які відрізняються від стандартної, для таких ємних енергоспоживачів, як металургія, електротранспорт, електротехнологія, гостро ставить проблему електромагнітної сумісності джерела та навантаження у випадку сумірних їх потужностей.

У теорії потужності [19,12] в ланках з неспівпадаючими формами напруги та струму виділяються два напрямки: спектральний (ряди Фур’є) і інтегральний. В рамках першого напрямку всі потужності обчислюються через знайдені представлення струму і напруги у вигляді рядів Фур’є, які дають “тонку” картину потужності у вигляді спектру, що являється збитковим для тих випадків, коли практика цього не потребує. Обчислення легко алгоритмуються, та являються трудомісткими за часовими затратами при широкосмугових спектрах і асимптотично наближаються за результатами у зв’язку з кінцевістю відрізка ряду Фур’є. Другий напрямок зводить знаходження потужностей до обчислення визначених інтегралів від відповідних композицій миттєвих напруг та струмів. Метод являється аналітичним, точним, але потребує аналітичного опису для миттєвих значень струму, що саме по собі є складною задачею в колах розглянутого типу.

Для оцінки ефективності енергозберігаючих заходів з урахуванням якості електроенергії та концентрації її в енергопотоці виникають задачі підрахунку балансів енергій. Необхідність економного використання енергії та зниження невиробничих витрат обумовлює в якості одного з найважливіших напрямків наукових досліджень розвиток методів використання складових генерованої, споживаної та циркулюючої в ланці енергій, зв’язок між якими встановлюють відповідними балансами. Зокрема, важливою є поведінка балансу енергій, яка витрачається на виробництво продукції, і енергії, яка зберігається при її використанні. Тому при оптимізації електроспоживання необхідний аналіз балансів енергій як окремих видів електрообладнання, так і систем їх електроживлення.

Отже, баланс енергій доцільно розглядати не тільки як вирази кількісної відповідності та врівноваження, але й враховувати більш широке визначення поняття балансу – побудова систем показників, які характеризують співвідношення чи рівновагу в якому-небудь зміненому явищі.

Наявність складових повної потужності створює умови для вибору критеріїв ефективності енергетичних процесів у складних структурах. Коефіцієнт потужності буде визначатися, як:

(5.5)

де – активна потужність;

– потужність основної (першої) гармоніки, яка визначається активною та реактивною складовими;

– потужність спотворення;

– потужність несиметрії (пульсацій);

– прихована потужність;

– коефіцієнт зсуву;

– коефіцієнт спотворення;

– коефіцієнт несиметрії;