Магистр ДонНТУ Шершун Дарья Александровна


ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ
На главную | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание

Реферат по теме магистерской работы
"Исследования вероятностных характеристик искажения напряжения в системах электроснабжения"

Актуальность работы. Применение прогрессивных технологий ведет к увеличению единичной мощности электроприемников (ЭП) и доли потребителей с несимметричными и нелинейными нагрузками. Следствием этой тенденции является ухудшение электромагнитной совместимости электрооборудования с системами электроснабжения. Под электромагнитной совместимостью (ЭМС) понимают способность электроприемников нормально функционировать в окружающей электромагнитной среде и не вносить в эту среду помех, недопустимых для других электроприемников. На обеспечение ЭМС требуются значительные затраты. Огромен и ущерб от плохого качества напряжения.

В связи с этим актуальной является задача обеспечения достоверности оценок ЭМС, поскольку занижение требований к качеству напряжения приводит к экономическому и (или) социальному ущербам, а завышение – к неоправданным затратам на сеть электроснабжения.

Вопросы качества электроэнергии в электрических сетях, и в частности несинусоидальности напряжения, широко отражены в работах таких отечественных и зарубежных ученых как Багиев Г.Л., Борисов Б.П., Жежеленко И.В., Веников В.А., Железко Ю.С., Зорин В.В., Каялов Г.М., Комлев В.П., Кузнецов В.Г., Куренный Э.Г., Кучумов Л.А., Либкинд М.С., Слепов Ю.В., Тимофеев Д.В., Трофимов Г.Г., Федоров А.А., Асано Х., Шидловский А.К., Стрэдфорд Р.П., Мамоуд А.А., Муротани К., Карлос Ф. Рибейро, Лаутон М.А., Бейз Т.А., Ортмейер Т.Х.

Практика применения ГОСТ 13109-97 на нормы качества электроэнергии выявила основное научное противоречие: Существующие показатели качества напряжения (ПКН) ориентированы на неизменные во времени ил периодически изменяющиеся нарушения (помехи) ЭМС, в то время как в действующих электрических сетях помехи имеют случайный характер. В результате возникает неопределенность в оценке ЭМС: не ясно, с какой ординатой помехи сравнивать нормируемое значение ПКН и как использовать те характеристики периодической помехи, которые теряют смысл для непериодической помехи.


Цель работы – повышение эффективности работы электрооборудования и электрических сетей посредством научного обоснования универсальных динамических показателей ЭМС и разработки методов их расчета и измерения.


Основная идея работы – моделирование воздействий помехи путем представления ЭП в виде динамических систем с учетом их инерционности.


Защищаемые научные положения и результаты, разработанные лично соискателем и их новизна:

  • принцип динамического моделирования применительно к оценке ЭМС по несинусоидальности напряжения, отличающийся тем, что используются показатели не входного процесса помехи, а процессов, непосредственно отражающих степень воздействия помехи на электрооборудование;

  • математическая модель оценки ЭМС по коэффициентам несинусоидальности, отличающаяся от существующих наличием инерционного (или кумулятивного) блока;

  • новая математическая модель оценки ЭМС электрооборудования с емкостной проводимостью, состоящая из блока воздействия в виде модели конденсатора и инерционного (или кумулятивного) блока;

  • методы расчета показателей ЭМС электрооборудования по несинусоидальности, отличающиеся от существующих представлением помехи в виде случайного процесса, а не суммы гармонических составляющих;

  • новые методы измерения динамических показателей ЭМС по несинусоидальности напряжения.


Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается применением апробированных методов теории автоматического управления и теории случайных процессов, обоснованностью принятых допущений, достаточной степенью адекватности разработанных математических моделей и приборов для оценки ЭМС, соответствием предложенных динамических показателей для частных случаев существующим показателям ЭМС.


Научное значение работы заключается в развитии статистической динамики систем электроснабжения (по терминологии научного руководителя) путем разработки новых математических моделей оценки ЭМС по несинусоидальности напряжения при любых видах помех.


Практическая ценность работы состоит в обосновании универсальных методов расчета и измерения, обеспечивающих достоверную оценку ЭМС в проектируемых и действующих системах электроснабжения при любых видах помех. Созданы новые приборы непосредственной оценки несинусоидальности напряжения, существенно упрощающие экспериментальные исследования ЭМС. Рекомендации по оценке ЭМС могут быть использованы для уточнения и дополнения ГОСТ 13109-97 на качество электроэнергии.


В подавляющем большинстве работ и существующих норм на качество напряжения предполагается, что искажения синусоиды (помеха) является периодическим процессом, который может быть представлен в виде ряда Фурье


типа ряда Фурье, (1)


где n – номер гармоники, UMn и - амплитуда и фаза гармоники, - угловая частота напряжения сети с частотой f =50 Гц, N – количество учитываемых членов ряда.

В общем случае процесс изменения мгновенных значений помехи представляет собой случайный процесс с непрерывным спектром, для которого понятие гармоники не имеет смысла.


Методы определения характеристик процессов из опыта достаточно хорошо разработаны. Рассмотрим особенности их применения к задаче оценки несинусоидальности напряжения.

Прежде всего, необходимо учитывать, что в действующих электрических сетях участки стационарного изменения помехи могут иметь небольшую продолжительность, особенно при наличии мощных ЭП с импульсным режимом работы. Поэтому в общем случае помеху следовало бы рассматривать как нестационарный случайный процесс, а обработку выполнять по ансамблю из большого количества реализаций.

Однако в инженерной практике используется модель нестационарного процесса в виде участков стационарности, что позволяет в пределах этих участков определять оценки корреляционной функции или спектральной плотности .

Ограниченность длительности Тз реализации не позволяет находить оценку спектральной плотности путем применения непосредственного преобразования Фурье как ко всей реализации, так и к нескольким участкам, на которые разбивается эта реализация. Такой подход, как известно, приводит к большим погрешностям.

В связи с этим целесообразно находить оценку корреляционной функции, а по ней переходить к спектральной плотности. При этом следует различать два типа задачи: когда априори известен вид корреляционной функции и когда теоретическое выражение для корреляционной функции не известно.

В задаче первого типа вначале находится оценка корреляционной функции


оценка корреляционной функции, (2)


а затем по ней определяются параметры теоретической корреляционной функции. Поскольку оценка имеет достаточную точность лишь для малых значений аргумента , для аппроксимации используется лишь начальная часть статистической корреляционной функции.

Следует отметить, что график корреляционной функции наглядно иллюстрирует случайность помехи. Если помеха была бы периодической, то корреляционная функция так же была бы периодической. При необходимости спектральная плотность вычисляется по формуле прямого преобразования Фурье


спектральная плотность. (3)


На рисунке 1 показана спектральная плотность, рассчитанная по статистической корреляционной функции в пределах от 0 до согласно (3).


Анимированное изображение : спектральная плотность помехи, рассчитанная по статистической корреляционной функции


Рисунок 1 – Анимированное изображение : спектральная плотность помехи, рассчитанная по статистической корреляционной функции


Вид спектральной плотности зависит от принятого значения . Методов выбора оптимального окна не существует, поэтому в каждом конкретном случае целесообразно проверять результаты статистической обработки по тестовым задачам, решение которых можно получить непосредственно по графику помехи.

Трудности статистической обработки и неоднозначность результатов еще раз подтверждают необходимость применения динамических показателей качества напряжения и соответствующих приборов для их измерения.


Таким образом,

в работе поставлена и решена научная задача разработки математических моделей универсальных динамических показателей ЭМС электрооборудования по несинусоидальности напряжения для систем электроснабжения промышленных предприятий, городов, шахт, сельского хозяйства.

При оценке ЭМС электрооборудования и систем электроснабжения по любым видам помех следует исходить из принципа динамического моделирования ЭМС, который заключается в моделировании реакций электрооборудования на помехи. Это обеспечивает достоверность оценок ЭМС и исключает необоснованные затраты на сети электроснабжения.

Обобщенные модели ЭМС по несинусоидальности рекомендуется принимать в виде блока выделения помех, блока воздействия (линейного фильтра), моделирующего реакции электрооборудования, квадратора и блока энергетической или инерционной оценки. Учет инерционности электроприемников позволяет исключить завышение требований к ЭМС.

Принятый в ГОСТ 13109-97 коэффициент несинусоидальности дает однозначные оценки ЭМС лишь для строго периодических искажений синусоиды. Для обобщения требований к ЭМС целесообразно использовать динамические инерционные или кумулятивные коэффициенты составляющих несинусоидальности (модель: блок выделения помехи - блок воздействия в виде активного сопротивления - инерционный блок).

Оценку ЭМС по несинусоидальности напряжения для электроприемников с емкостной проводимостью (емкостные преобразователи напряжения, конденсаторные установки) целесообразно производить по динамическому емкостному коэффициенту несинусоидальности напряжения (модель: блок выделения помехи - блок воздействия в виде емкости - инерционный блок), в общем случае моделируя емкость полной схемой замещения конденсатора. При оценке ЭМС электроприемников с постоянной инерции, значительно превышающей длительность цикла первой гармоники, в состав динамической модели входит блок выделения действующих значений тока конденсатора.

При ограниченном частотном диапазоне помехи в качестве блока воздействия можно использовать упрощенные модели конденсатора в виде дифференциального или форсирующего звеньев.

При использовании анализаторов гармоник для устранения неопределенности результатов экспериментальных исследований необходимо устанавливать характер помехи. При периодических помехах показания анализаторов гармоник дают уровни напряжения гармонических составляющих помехи, а при случайных помехах - показания пропорциональные ординатам графика ее спектральной плотности.

Разработанные приборы для непосредственной оценки ЭМС по несинусоидальности напряжения в действующих электрических сетях позволяют без трудоемкой записи и обработки графиков изменения напряжения получить достоверные данные для проектирования и реконструкции сетей электроснабжения, а также обосновать необходимость и эффективность мероприятий по обеспечению ЭМС.

В ГОСТ 13109-97 целесообразно принять единый принцип нормирования показателей несинусоидальности напряжения с использованием разработанных в работе динамических моделей, с указанием передаточной функции, АЧХ, постоянной инерции, а также методов измерения и вычисления показателей для общего случая случайных помех. Существующие способы вычисления показателей могут быть использованы для частных случаев периодических искажений синусоиды напряжения.

В целом в магистерской работе дано теоретическое обоснование инерционных (кумулятивных) методов оценки ЭМС электрооборудования и сетей электроснабжения по несинусоидальности напряжения, развивающее теорию статистической динамики систем электроснабжения, экспериментальный анализ и расчет показателей ЭМС в действующих, проектируемых и реконструируемых электрических сетях.


ДонНТУ> Портал магистров ДонНТУ
На главную | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание