Automatyczna kompensacja mocy biernej z systemem monitorowania kopalnianej sieci 6 kv

Transkrypt

1 dr inż MARIAN HYLA Politechnika Śląska w Gliwicach Automatycna kompensacja mocy biernej systemem monitorowania kopalnianej sieci 6 kv W artykule predstawiono koncepcję, realiację ora efekty diałania centralnego układu automatycnej kompensacji mocy biernej kopalnianej sieci elektroenergetycnej 6 kv Jako sterowane kompensatory mocy biernej wykorystane ostały silniki synchronicne układów napędowych pracujących w akładie ora baterie kondensatorów i filtry wyżsych harmonicnych Omówiono system łącności, a także apreentowano system monitorowania stanu sieci wewnątrakładowej słowa klucowe: kompensacja mocy biernej, automatycna regulacja, monitorowanie 1 WSTĘP Celem kompensacji mocy biernej jest odciążenie sieci od prepływu prądów biernych, do cego dąży się popre eliminację presunięcia faowego pomiędy podstawowymi harmonicnymi prądu i napięcia ora eliminację wyżsych harmonicnych prądów odbiornika nieależnie od kstałtu napięcia asilającego W takich warunkach uyskuje się minimaliację prądu ora mocy poornej źródła dla określonej mocy cynnej odbiornika [4, 6, 7] W premysłowych sieciach energetycnych stosuje się kompensację cęściową polegającą na kompensacji podstawowej harmonicnej prądu i napięcia w celu utrymania wartości współcynnika mocy w dopuscalnych granicach, a co a tym idie ogranicenia strat mocy cynnej i spadków napięcia w liniach asilających Pry kompensacji cęściowej jako źródła mocy biernej wykorystuje się baterie kondensatorów, pasywne filtry wyżsych harmonicnych ora kompensatory synchronicne, arówno w postaci nieobciążonych masyn synchronicnych, jak i obciążonych silników lub generatorów synchronicnych [1, 6, 7] Niedotrymanie odpowiednich parametrów technicnych energii pobieranej pre odbiorców w punktach pryłącenia do sieci powoduje nalicanie dodatkowych opłat pre dostawców energii elektrycnej Aby ogranicyć kosty akupu energii elektrycnej, należy odpowiednio kompensować moc bierną pobieraną sieci energetycnej w każdym punktów asilania akładu Pry miennych obciążeniach mocą cynną i bierną wynikających cyklu produkcyjnego akładu rowiąaniem jest automatycny, nadążny system kompensacji mocy biernej, powalający na nieależną kompensację każdego pryłący i wykorystujący do tego celu dostępne w wewnątrakładowej sieci energetycnej źródła mocy biernej [2] 2 KONCEPCJA UKŁADU Z preprowadonych anali w kilkunastu kopalniach, arówno węgla kamiennego, jak i rud miedi, wynika, że awycaj moc ainstalowana urądeń kompensacyjnych jest wystarcająca do utrymania wartości współcynnika mocy w dopuscalnym akresie we wsystkich okresach roliceniowych, a indywidualne możliwości regulacyjne poscególnych urądeń kompensacyjnych, prede wsystkim pracujących w sposób ciągły silników synchronicnych [1], są wystarcające do dostosowania ich mocy do aktualnych potreb W raie potreby możliwe jest astosowanie dodatkowych baterii kondensatorów bądź filtrów wyżsych harmonicnych montowanych w układach asilania tyrystorowych masyn wyciągowych

2 Nr 2(522) W celu optymalnego wykorystania do potreb kompensacji dostępnych w sieci akładowej źródeł mocy biernej opracowano system automatycnej kompensacji mocy biernej o strukture predstawionej na rys 1 110/6 kv 110/6 kv 110/6 kv centralny Silniki synchronicne Baterie Filtry wyżsych harmonicnych kondensatorów Rys 1 Struktura systemu automatycnej kompensacji mocy biernej (opr wł na podst [2]) centralny realiuje pomiary wartości chwilowych mocy cynnej i biernej w punktach asilania akładu, identyfikuje aktualną konfigurację sieci wewnątrakładowej ora decyduje o rodiale aktualnie apotrebowanej mocy biernej do poscególnych regulowanych źródeł mocy biernej dostępnych w akładowej sieci elektroenergetycnej Dięki najomości konfiguracji połąceń w każdym punkcie odbioru (transformatory 110/6 kv) kompensacja prebiega nieależnie [2] Zadaniem sterownika lokalnego jest wypracowanie w kompensatore adanej mocy biernej uwględnieniem ograniceń eksploatacyjnych urądenia ora presłanie do sterownika centralnego informacji o aktualnym stanie pracy kompensatora Algorytm regulacji sterownika centralnego na podstawie pomiarów w punkcie asilania akładu wynaca aktualne apotrebowanie na mianę mocy biernej transformatora asilającego godnie równaniem [3] Q P tg Q, (1) gdie: Q wymagana miana mocy biernej w danym kroku regulacji, P, Q aktualna wartość chwilowa mocy cynnej i biernej w punkcie asilania, tg adany współcynnik mocy w punkcie asilania akładu W kolejnym etapie wynacana jest sumarycna moc bierna Q, jaką musi wyprodukować n dostępnych kompensatorów wg ależności [3] Q Q n i 1 Q i, (2) gdie Q i aktualna moc bierna i-tego kompensatora, a następnie realiowany jest rodiał apotrebowanej mocy biernej do poscególnych silników wg wybranego kryterium Najprostsym kryterium rodiału mocy biernej jest równomierny podiał godnie ależnością [3] Q Qi, (3) n gdie Q i moc bierna adana i-tego kompensatora Sterowanie wybranymi kompensatorami może być powiąane e stanem pracy innych urądeń, np prełącanie filtrów wyżsych harmonicnych może być uależnione od stanu pracy masyn wyciągowych [3] Po preprowadeniu rodiału mocy następuje kontrola ograniceń wiąanych dopuscalnymi wartościami mocy biernej wynikającymi ograniceń prądu wbudenia silników synchronicnych, dyskretnymi wartościami mocy i casem roładowania baterii kondensatorów, koniecnością ałącenia filtrów wyżsych harmonicnych itp

3 52 Mining Informatics, Automation and Electrical Engineering W raie koniecności moc adana takiego kompensatora ogranicana jest do wartości dopuscalnej, a kompensator wyklucany jest dalsej procedury rodiału mocy biernej Po wykluceniu kompensatora następuje korekta apotrebowanej miany mocy biernej poostałych kompensatorów i ponowny rodiał mocy biernej międy poostałe dostępne kompensatory Procedura powtarana jest do casu, aż dla żadnego dostępnych kompensatorów nie będie koniecności ogranicania adanej mocy biernej lub do chwili stwierdenia braku dostępnych kompensatorów Po wynaceniu mocy biernej każdego kompensatorów następuje presłanie danych do elementu wykonawcego i ponowna realiacja algorytmu regulacyjnego [3] Tr 1 Tr i 110/6 kv Rodielnia Główna 110/6 kv Kompensator 1 Kompensator j Ethernet Serwer + baa danych Rodielnia Oddiałowa 1 Rodielnia Oddiałowa k Wiualiacja 1 Wiualiacja l Rys 2 System łącności centralnego układu automatycnej kompensacji mocy biernej [opr wł] 3 SYSTEM ŁĄCZNOŚCI Na rys 2 predstawiono system łącności układu automatycnej kompensacji mocy biernej Sercem systemu jest oprogramowanie sterownika centralnego aimplementowane w aplikacji serwera współpracującego baą danych Pełna automatyka pracy układu kompensacji wymusa diałanie systemu nieależnie od aktualnej konfiguracji sieci wewnątrakładowej, umiejscowienia, dostępności i możliwości regulacyjnych poscególnych elementów wykonawcych W tym celu koniecne jest astosowanie systemu łącności pomiędy wsystkimi elementami wpływającymi na pracę systemu kompensacji Transmisja danych może być realiowana wykorystaniem sieci RS-485, łącności radiowej lub lokalnej sieci Ethernet Zastosowane rowiąanie powala na praktycnie dowolną konfigurację i robudowę sytemu 4 MONITOROWANIE SYSTEMU W celu umożliwienia monitorowania stanu sieci elektroenergetycnej akładu ora pracy systemu automatycnej kompensacji mocy biernej opracowano dedykowane oprogramowanie powalające na odcyt aktualnych wartości pomiarowych wybranych punktów sieci wewnątrakładowej, wiualiację konfiguracji sieci, archiwiację i analię danych po-

4 Nr 2(522) miarowych, mian konfiguracji sieci i stanu elementów wykonawcych systemu kompensacji ora konfigurację parametrów systemu kompensacji Oprogramowanie współpracuje centralnym serwerem systemu ora baą danych Oprogramowanie wiualiacyjne może być ainstalowane na dowolnym komputere PC lub panelu dotykowym wbudowanym np w safę sterownicą aktywnym połąceniem do serwera Na rys 3 predstawiono prykładowe informacje dostępne w trybie panelu dotykowego 5 EFEKTY DZIAŁANIA Na rys 4 i 5 predstawiono wyniki pomiarów preprowadonych w jednym punktów asilania pewnej kopalni węgla kamiennego pred wdrożeniem systemu automatycnej kompensacji mocy biernej w dniu robocym ora w dniu wolnym od pracy Można auważyć arówno prekrocenie dopuscalnego współcynnika mocy tg, godnie awartą dostawcą energii umową miescącego się w prediale 0,2-0,4, jak i okresy oddawania mocy biernej do sieci Niedokompensowanie, ale też prekompensowanie systemu wiąże się koniecnością ponosenia dodatkowych opłat a moc bierną, egekwowanych pre akład energetycny c) d) Rys 3 Monitorowanie systemu kompensacji mocy biernej: pomiary w punktach asilania akładu, konfiguracja sieci wewnątrakładowej, c) pomiary chwilowe, d) prebiegi casowe wartości pomiarowych [opr wł] W celu poprawy gospodarki mocą bierną wdrożono system automatycnej kompensacji godny koncepcją predstawioną na rys 1 Diałanie systemu weryfikowano, wykonując ponowne pomiary w punktach asilania akładu Na rys 6 i 7 predstawiono wyniki pomiarów po wdrożeniu systemu automatycnej kompensacji Jako kompensatory wykorystane ostały silniki synchronicne napędu wentylatorów prewietrania dołu kopalni ora silniki pretwornic Leonarda masyn wyciągowych wyposażone w lokalne regulatory mocy biernej współpracujące centralnym sterownikiem systemu

5 54 Mining Informatics, Automation and Electrical Engineering Rys 4 Średnie 15-minutowe be układu kompensacji w dniu robocym: moc cynna i bierna, współcynnik mocy tg [opr wł] -050 Rys 5 Średnie 15-minutowe be układu kompensacji w dniu wolnym od pracy: moc cynna i bierna, współcynnik mocy tg [opr wł] Rys 6 Średnie 15-minutowe układem automatycnej kompensacji w dniu robocym: moc cynna i bierna, współcynnik mocy tg [opr wł] Rys 7 Średnie 15-minutowe układem automatycnej kompensacji w dniu wolnym od pracy: moc cynna i bierna, współcynnik mocy tg [opr wł]

6 Nr 2(522) PODSUMOWANIE Specyfiką akładów górnicych jest praca wielu napędów silnikami synchronicnymi w sposób ciągły, nieależnie od cyklu produkcyjnego kopalni Do grupy tej należą prede wsystkim wentylatory prewietrania dołu kopalni i napędy pretwornic układów Leonarda masyn wyciągowych generujące nacne ilości mocy biernej Próby kompensacji mocy biernej realiowane pre obsługę urądeń cęsto są niewystarcające do apewnienia pożądanego współcynnika mocy w punkcie asilania akładu Rowiąaniem jest automatycny układ kompensacji mocy biernej reagujący nadążnie na miany obciążenia mocą cynną i bierną prepływającą pre transformatory asilające 110/6 kv, prełącenia wewnątr akładowej sieci elektroenergetycnej ora na miany dostępności i akresu regulacji urądeń kompensacyjnych wynikających cyklu produkcyjnego akładu Opracowany pre firmę JJA Progress udiałem naukowców Politechniki Śląskiej centralny system automatycnej kompensacji mocy biernej umożliwia pełne wykorystanie możliwości regulacyjnych urądeń kompensacyjnych, dięki cemu możliwe jest wyeliminowanie lub nacne obniżenie dodatkowych opłat a ponadnormatywny pobór energii biernej Kilkanaście wdrożeń w kopalniach węgla kamiennego i rud miedi powala na sformułowanie stwierdenia o efektywności aproponowanego rowiąania i krótkim okresie wrotu nakładów poniesionych na realiację inwestycji Literatura 1 Glinka T: Generatory synchronicne jako kompensatory mocy biernej i filtry wyżsych harmonicnych Zesyty Problemowe Masyny Elektrycne, 2013, nr 1, BOBRME KOMEL Katowice 2 Hyla M, Latko A, Gierlotka K, Wolski A: Koncepcja układu automatycnej regulacji mocy biernej w dużym akładie premysłowym W: Materiały Konferencji Sterowanie w Energoelektronice i Napędie Elektrycnym SENE 97, Łódź Hyla M: Algorytmy regulacji dla sterownika nadrędnego w wielopoiomowym systemie automatycnej kompensacji mocy biernej W: Materiały IV Konferencji Sterowanie w Energoelektronice i Napędie Elektrycnym SENE 99, Łódź Nowak J, Kosobudki B: Moc obiektów elektroenergetycnych Prace naukowe Instytutu Masyn, Napędów i Pomiarów Elektrycnych Politechniki Wrocławskiej, 2010, nr 30 5 Plamiter A: Masyny elektrycne, WNT, Warsawa Gospodarka mocą bierną w akładach premysłowych, Wrocław- Lubin Strelecki R, Supronowic H: Współcynnik mocy w systemach asilania prądu premiennego i metody jego poprawy, Oficyna Wydawnica Politechniki Warsawskiej, Warsawa 2000 Artykuł ostał recenowany pre dwóch nieależnych recenentów