Объектом исследования является величина отклонения напряжения в городских и сельских электрических сетях Донецкого региона.
В статье решаются проблемы связанные с построением доверительного интервала математического ожидания для определения совместимости опытных данных, сглаживание экспериментальных данных и вопросы по улучшению качества напряжения.
Экспериментальным путем в течении одного дня февраля 2009 года были произведены следующие измерения напряжения:
1. Измерения напряжения с интервалом в один час (на протяжении суток).
2. В течении каждого интервала времени производилось 10 замеров величины напряжения (около 10 мин.).
Отклонение напряжения является случайной величиной. Из практики известно, что закономерности, наблюдаемые в массовых случайных явлениях, проявляются тем точнее и отчетливее, чем больше объем статистического материала. Но даже при бесконечном количестве N опытов нельзя точно найти вероятностные характеристики. Однако при достаточно большом N вероятность расхождения между экспериментальными и теоретическими значениями мала, поэтому результаты измерений можно принимать в качестве исходных [1].
Для точного нахождения доверительных интервалов необходимо знать заранее вид закона распределения. Идея точных методов построения доверительных интервалов сводится к следующему – любой доверительный интервал находится из условия, выражающего вероятность выполнения некоторых неравенств, в которые входит интересующая нас оценка. Закон распределения оценки в общем случае зависит от самих неизвестных параметров.
В нашем случае было произведено N независимых опытов над случайной величиной – напряжением, в городских и сельских электрических сетях. Раннее было установлено [2], что эта величина распределена по нормальному закону. При экспериментальных исследованиях ограничились только нахождением оценки для математического ожидания [3].
На протяжении эксперимента было произведено 240 измерений. Были построены доверительные интервалы с доверительной вероятностью β=0,95. Затем, проверяя каждое измерение, были выявлены значения, которые не входили в доверительный интервал. Это говорит об их не совместимы с опытными данными. Для сельских электрических сетей таких значений оказалось 16, для городских – 22.
Считая процесс отклонения напряжения стационарным [3], определены математическое ожидание mu, дисперсия Du и нормированная корреляционная функция ρu(t) (рис.1).
Графики функций ρu(t), представленный на рис. 1, не является вполне гладким. Это можно объяснить недостаточным объёмом экспериментальных данных, что не позволяет неровностям полностью сгладиться.
Для того, чтобы сгладить колебания экспериментально найденной функции ρu(t), заменим её приближённо функцией вида:
ρ u*(t)=е-α|t|,
где параметр α подобран по методом наименьших квадратов.
Вычислив значения функции ρ u*(t), построим графики сглаживающих кривых. На рис. 1,а и 1,б они проведены сплошной линией.
Рисунок 1 – графики нормированной корреляционной функции (1) и сглаживающей кривой (2): а – для городских электрических сетей, б – для сельских электрических сетей
Проанализировав измеренные данные можно отметить, что нормы стандарта [4] на одноминутные отклонения напряжения выполняются только для городских сетей, поскольку все значения не превышают допустимый предел в 5%. Для сетей же сельского района ни одно из значений не удовлетворяет нормам ГОСТ.
Низкое качество электрической энергии в электрических сетях вызывает значительное ухудшение технико-экономических показателей основного электросилового оборудования и электроприемников.
В настоящее время известны два основных способа обеспечения высокого качества напряжения:
– снижение потерь напряжения;
– регулирование напряжения.
Снижение потерь напряжения достигается:
а) выбором сечения проводников линий электропередач по условиям потерь напряжения;
б) применением продольной емкостной компенсации реактивного сопротивления линии;
в) компенсацией реактивной мощности для снижения ее передачи по электросетям, с помощью конденсаторных установок и синхронных электродвигателей, работающих в режиме перевозбуждения.
Регулирование напряжения можно следующими способами:
а) с помощью трансформаторов, установленных на энергоснабжающем предприятии, оснащённых устройством автоматического регулирования коэффициента трансформации в зависимости от величины нагрузки;
б) с помощью промежуточных трансформаторов, оснащённых устройством переключения отпаек на обмотках (РПН, ПБВ) с различными коэффициентами трансформации.
Ответственность за поддержание напряжения в пределах, установленных ГОСТ 13109-97, возлагается на энергоснабжающую организацию. Существуют проблемы не достаточного уделения внимания контролю состояния переключений системы РПН на ТП, в зависимости от сезонов года. Кроме того, величина напряжения меняется и в течении суток. Поэтому, желательно применять автоматическое регулирование, что позволит решить обе проблемы, рассмотренные выше.
На основе полученных в результате обработки данных, можно сделать следующие выводы:
1. Определено, что результаты измерений напряжения в сельских и городских электрических сетях являются совместными.
2. Построены графики нормированных корреляционных функций и сглаживающих кривых.
3. Установлено, что случайные функции, описывающие процесс отклонения напряжения в сельских и городских электрических сетях, обладают эргодическими свойствами.
4. Рассмотрены способы повышения качества напряжения и приближения его к номинальному значению.
1. Шидловский А.К., Куренный Э.Г. Введение в статистическую динамику систем электроснабжения. – Киев: Наукова думка, 1984. – 271 с.
2. Ссылка на статью о нормальном законе распределения. Вісник кафедри ”Електротехніка” за підсумками наукової діяльності студентів. Тематичний випуск. ДонНТУ. Д – 2009р.
3. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. – 576 с.
4. 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.