Введение

         В стандарте [1] дано общее определение электромагнитной совместимости (ЭМС) технических средств: способность технического средства функционировать с заданным качеством в заданной электромагнитной обстановке и не создавать недопустимых помех другим техническим средствам.Применительно к задачам электроснабжения электромагнитной средой является система электроснабжения, а техническим средством - электроприемник, который принимает полезный сигнал: питающее напряжение, симметричное и неискаженное.Существует понятие помехи - электромагнитного явления (процесса), которое снижает или может снизить качество функционирования технического средства.Самыми распространенными являются помехи, возникающие от генераторов, которые не могут создавать абсолютно симметричную систему напряжений.Источниками помех могут быть и собственные потребители на предприятии, имеющие несимметричную нагрузку (дуговые сталеплавильные печи (ДСП), однофазные печи, тяговые подстанции и др.)

         Качество электроэнергии - часть проблемы ЭМС.Вследствие воздействия помехи показатели качества электроэнергии (ПКЭ) отклоняются от допустимых [2], [9], [10].Изменение ПКЭ в свою очередь сопровождается изменением параметров режима (тока, температуры, мощности и т. д.), что приводит к последствиям, отображенным на рисунке1.

Рисунок1. - Последствия воздействия помехи.

         Таким образом, обеспечение качества электроэнергии и ЭМС технических средств являются основными требованиями к системам электроснабжения [11].Это классическая проблема, которая должна решаться на стадии проектирования и в эксплуатации.Она требует создания методов расчета и измерения ПКЭ.

         Целью данной магистерской работы является разработка методов оценки влияния качества напряжения в элекрических системах общего назначения на светотехнические характеристики современных осветительных установок на основе вероятностных методов расчета ПКЭ.

         Ожидается, что работа будет использоваться в дальнейших разработках.Она является вспомогательным материалом для исследований, которые проводятся на кафедре ЭПГ Донецкого национального технического университета, а также в Институте электродинамики НАН Украины.

         Обзор существующих исследований и разработок.Основное влияние на осветительные установки (ОУ) оказывают отклонения, колебания, выбросы и провалы питающего напряжения.Повышение напряжения на ОУ вызывает увеличение потребляемой мощности и преждевременный их выход из строя.Снижение напряжения приводит к уменьшению освещенности на рабочих местах и требует дополнительных мероприятий для обеспечения нормированной освещенности.Колебания напряжения, выбросы и провалы вызывают модуляцию светового потока, освещенности рабочего места и, как следствие, появление ощущения дискомфорта и, через определенное время, усталости персонала.Существуют способы объективной оценки допустимости колебаний напряжения [3], [2 ], однако обоснованная количественная оценка влияния на производительность, качество продукции и другие стороны производственной деятельности в настоящее время пока отсутствует (хотя последствия дискомфорта и усталости вполне очевидны).То же можно сказать и в отношении отклонений напряжения.Имеются разрозненные данные (иногда противоречивые) по оценке влияния уровня освещенности на производительность труда, однако они носят весьма приблизительный характер [4].

         В работе предлагается новый метод расчета светотехнических характеристик, основанный на вероятностных методах расчета показателей качества напряжения в системах электроснабжения с ОУ.

Основная часть

         В основе метода - модель ЭМС в элекрических сетях.Согласно этой модели оценка качества электроэнергии производится по характеристикам реакции y(t) объекта на помеху (рис.2).Модель состоит из взвешивающего фильтра ВФ (названного по аналогии с [5]), который моделирует реакцию, квадратора 1, который учитывает зависимость помехи от мощности реакции, инерционного звена 2, моделирующего инерционность объекта, и блока ПЭ для вычисления показателя ЭМС.

Рисунок2. - Модель воздействия помехи.

         Исходными для расчетов показателей ЭМС являются реализации (графики) помех или их характеристики.В действующих электроустановках записанные графики учитывают все особенности конкретной сети, состав электрооборудования, наличие внешних помех.В проектировании используются графики нагрузки источников помех - либо расчетные, либо полученные опытным путем для аналогичных источников помех.

         В общем случае сеть, электроприемники и средства улучшения ЭМС представляются схемами замещения с сосредоточенными параметрами: комбинацией активных сопротивлений, индуктивностей и емкостей.Внешние и внутренние помехи учитываются раздельно.Для внешних помех используется расчетная схема, в которй источники помех рассматриваются как источники ЭДС:как бы ни менялись параметры режима электроприемников и источников внутренних помех, график внешней помехи остается без изменения.

         При нахождении графика внутренней помехи источники помех считаются источниками тока, нагрузка которых инвариантна по отношению к любым изменениям в сети (принцип инвариантности индивидуальных нагрузок [6]).В связи с этим схема замещения (рис.3) представляет собой параллельно соединенные источники тока i_п(t), электроприемники и сеть.Помехой является напряжение между точками а и в.

Рисунок3. - Расчетная схема для определения внутренней помехи.

         Для маломощных систем электроснабжения (например, автономных) источники помех нельзя считать источниками тока, а следует исходить из принципа инвариантности индивидуальных проводимостей, которые не зависят от изменений параметров режима сети.В этом случае нагрузки источников помех будут зависимыми, что усложняет расчеты.

         При наличии нескольких источников помех расчеты выполняются по графикам суммы активных и суммы реактивных составляющих их токов.

         Непериодические помехи обычно задаются в виде решетчатой функции: дискретной последовательности ординат с малым шагом дискретизации по оси времени.Периодические помехи могут представляться в виде ряда Фурье.

         В моделях ЭМС (рис.1) ВФ обычно являются линейными системами.Процессы в фильтрах описываются линейными дифференциальными уравнениями, порядок n которых может быть большим.Нахождение аналитического решения таких уравнений затруднено как при детерминированных, так и при случайных помехах.

         В таких случаях даже при n=2 целесообразно использовать метод парциальных реакций [7], суть которого заключается в том, что фильтр заменяется эквивалентной системой, которая состоит из n параллельно включенных инерционных звеньев первого порядка [8].Парциальная реакция каждого звена определяется очень просто, а искомое решение сводится к суммированию парциальных реакций.

         Различают два типа задач оценивания ЭМС.В задачах первого типа устанавливаются нормы на показатели ЭМС, которые используются во взаимоотношениях между энергоснабжающей компанией и потребителем в точке коммерческого контроля качества электрической энергии.В задачах второго типа получают данные для технико-экономического обоснования и оценки эффективности применения средств уменьшения несимметрии, что требует определения ЭМС конкретного электрооборудования.

         В задаче первого типа целью является определение нормируемых в [2] трехсекундных коэффициентов несимметрии, а в задаче второго типа - показателей ЭМС по тепловым эффектам и потерям активной мощности.

         В действующих электрических сетях для решения задачи первого типа может быть использован специализированный прибор, блок-схема которого совпадает с моделью ЭМС кумулятивного стандартного электроприемника (рис.3).

Рисунок4. - Модель ЭМС кумулятивного стандартного электроприемника.

         При отсутствии прибора функции измерения и вычислений разделяются: вначале записываются помехи, а затем выполняется их обработка на универсальных компьютерах.При этом учитывается несимметрия напряжения, создаваемая нагрузками всех источников помех.Для решения задач второго типа такой подход является единственно возможным, так как оценки ЭМС, полученные специализированными приборами, не могут быть распространены на другие электроприемники.Только в частном случае, когда постоянные времени нагрева велики, трехсекундные графики коэффициентов несимметрии можно рассматривать как исходные для оценивания ЭМС.Здесь трехсекундное осреднение осуществляет предварительное сжатие информации, сокращая ее исходный объем.

         Если оборудование оснащено первичными преобразователями температуры, то показатели ЭМС по тепловым эффектам определяются непосредственно по записанным графикам температуры, а потери мощности расчитываются по средней температуре с учетом масштабного коэффициента, который связывает размерности квадрата тока и температуры.

         В проектировании исходными для расчетов являются индивидуальные графики токов фаз источников несимметрии или их вероятностные характеристики.В схеме замещения (рис.2) сеть представляется активным и реактивным сопротивлениями токам обратной последовательности.Параллельно источникам тока и сети подключаются АД, поскольку они оказывают фильтрующее действие, уменьшая напряжение обратной последовательности.Если АД не учитывать, то в схеме замещения остается лишь полное сопротивление z₂ фазы сети, а полный ток I₂ получается геометрическим суммированием индивидуальных токов.В этом случае линейное напряжение обратной последовательности

U₂=1.73I₂Z₂

         Эта же формула используется для оценки вклада источника помехи в общий график несимметрии напряжений - для этого необходимо записать графики токов фаз именно этого источника.

         В тех случаях, когда график помехи не известен, исходными для оценивания ЭМС являются вероятностные характеристики помехи, которые находятся опытным путем, методами имитации, на основе технологических расчетов.

         При обработке экспериментальных данных возникает дилемма: аппроксимировать ли теоретическим выражением вначале корреляционную функцию или спектральную плотность, а затем к этим выражениям применять преобразования.Первый способ предпочтителен в тех случаях, когда из общих соображений вид корреляционной функции известен, а длительность записи Т_з процесса достаточно велика, чтобы достоверно определить параметры аппроксимирующего выражения.Второй способ применяется тогда, когда именно по спектральной плотности выясняются свойства самого процесса (наличие резонансных экстремумов), которые могут быть упущены при аппроксимации корреляционной функции.

         Статические модели ЭМС используются либо при неизменной несимметрии, либо для безинерционных объектов.В первом случае расчет показателей ЭМС не вызывает трудностей.Во втором случае затруднения также не возникают, если помеха задана графиком изменения коэффициентов несимметрии: этот график возводится в квадрат и умножается на соответствующие коэффициенты.Затем по полученному графику температуры вычисляются средняя температура и расчетное максимальное значение (с граничной вероятностью 0.05), а по графику потерь мощности - их среднее значение.

         Если исходная информация задана в виде теоретического вероятностного распределения коэффициентов несимметрии, то может быть получено вероятностное распределение квадратов коэффициентов несимметрии, а также распределение температур и потерь мощности.Если задана статистическая функция распределения, то функция распределения квадратов коэффициентов несимметрии получается нелинейным преобразованием оси абсцисс, исходя из условия

F(K_2U)=F(K_2U²)

Заключение

         Необходимо отметить важность метода, рассматриваемого в данной магистерской работе.В большинстве публикаций оценивание помех производится для статических процессов.Но в действующих сетях помехи представляют собой случайные процессы, когда график помехи не известен.Оценить такое воздействие можно только, опираясь на вероятностные методы.

Литература

1.ГОСТ 30372-95.Межгосударственный стандарт.Совместимость технических средств электромагнитная.Термины и определения. - Введ.01.01.1997.

2.ГОСТ 13109-97.Межгосударственный стандарт.Электрическая энергия.Совместимость технических средств электромагнитная.Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. - Введ.в Украине с 01.01.2000.

3.Шидловский А.К., Куренный Э.Г.Введение в статистическую динамику систем электроснабжения. - Киев: Наукова думка, 1984. - 273с.

4.Борисов Б.П., Вагин Г.Я., Крахмалин И.Г., Солнцев Е.Б.Экономические модели электроприемников и узлов нагрузки. - Киев, 1989. - 37с. - (Препринт/АН УССР.Институт электродинамики; №629).

5.CEI/IEC 61000-2-12, Electromagnetic Compatibility - Part4, Section 15: Flickermeter - Functional and design specification.1997.

6.Дмитриева Е.Н., Пушная И.В.Расчет показателей качества напряжения с учетом электрической связи между приемниками. - Изв.АН СССР.Энергетика и транспорт, 1982, №2. - С.85 - 93.

7.Черникова Л.В.Линейная фильтрация случайных электроэнергетических процессов.Метод "парциальных реакций" // Сборник научных трудов ДонГТУ.Серия: Электротехника и энергетика. выпуск 4. - Донецк: ДонГТУ, 1999. - С.217 - 220.

8.Eduard G. Kourennyi, Victor A. Petrosov, Lidiya V. Chernikova.Linear Filtration of random processes in EMC models: the "partial reactions" method // Electromagnetic Compatibility 2000, part II, Fifteenth International Wrocaw Symposium on Electromagnrtic Compatibility/ - 2000.

9.http://e-audit.ru/quality/list.shtml

10.http://e-audit.ru/quality/other.shtml

11.http://kaf.nm.ru/raspred.htm

Электронная библиотека

Ссылки

Индивидуальное задание

Таблица поиска в Internet

Главная страница