автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Анализ несинусоидальных режимов в электрических распределительных сетях

. Ш \ г з. г:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОЛ1ИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И БЫСШЕИ ШКОЛЫ

НОВОСИБИРСКИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи ТРОФИМОВ Герман Геннадьевич

УДК 621. 316. 13. 004. 12

АНАЛИЗ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ

Специальность 05. 14. 02 — Электрические станции (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими.

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск—1991

Работа выполнена в Алма-Атинском энергетическом институте на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий».

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

— доктор технических наук, профессор А. А. Глазунов

— доктор технических наук., профессор Э. Г. Куренный

— доктор технических наук, профессор В. 3. Манусов

— Всесоюзный научно-исследо. вательский институт электроэнергетики, г. Москва.

Защита состоится «£¿7 » декабря 1991 г. в /О час, в зале Ученого Совета на заседании специализированного совета Д 063. 34. 01 при Новосибирском электротехническом институте: 630092, г. Новосибирск, пр-И К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан « /5 » аояорр 1991 г.

Ученый секретарь Специализированного совета

кандидат технических наук, доцент В. Я. Ольховский

ОНЧЛЯ ХАРАКТ2РШТИСА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В реализации стратегических задач развития 'злектро&нергетшш и электрификации народного хозяйства стремы особую значимость приобретает проблема качества электрической энергии ;КЭ). Экономический о^фект в народном хозяйстве на -шей страны только or ухудшения КЭ оценивается научно-технической комиссией ПШТ СССР более 2 ылр.руб. а год, За счет широкого внедрения в промышленности специфические нелинейных электроприёмников и разнообразия режимов их работа особою значимость среди всех проблем КЗ занимаю? вопроси несннусоидальности напряжения. Поэтому научный комитет ¿6) международной конференции но большим зиергетическим системам /СПГРЭ/, оценивая сравнительную важность работ в области показателей качества электроэнергии (ПКЭ), отметил, что приоритетным направлением среди всех проблем этой облас-. ти пвляатсл проблему, евлзшпшз с высшими гармониками 1ВП. Ьтот факт нашёл отраташо в работах отечественных и зарубежных авторов.

В нашей стране вопроса несннусоидзльности напряжении, наряду с другими Шй, впервые били поставлены в работах Константинова В.Л., Либкинда (¿.С., Мельникова H.A.

В дальнейшем отдельные аспекты этой проблем» были отражены в работах таких советски ученых-энергетикон как Багиев ГЛ.. Вагин Г.Я., Глчнтернмс С.Р., Кеде ленко И.В,, Мелеэно b.c., Ъо-рин Б.В., Крайчик &.С., Нузнеиоз В.Г., Куренный Ü.F., Нучумоь .'i.A., Липский A.Ü., ¡.¡амошш P.P., ¡.¡анусов В.З., Сальников В.Г., Солодухо ЯЛ., Тимофеев Д.В., ¿едоров Б.К., Черепанов В.Ь., Lia-лкмоа М.Г., Шидлонский А.К. и др.

Многочисленные исследования несинусоидальности напряжения, проведенные у нас в стране как в распределительных, так и в питающих сетях энергосистем, показали,.что уровень ВГ не соответс-

твует требованиям стандарта на КЭ, причем анализ этих исследований позволяет заключить, что положение дол ежегодно ухудыаетсл. Это приводит к тому, что негативное действие ВГ на работу электрооборудования уме оцу^ается и в питавдих сетях энергосистем. Однако в пзрзую очередь все негативные последствия действия ВГ проявляются и распределительных электрических сетях. Поэтому сейчас, становится актуальной задача анализа влияния несинусоп-далыюсти на работу электрооборудования. Для чего необходимо дальнейшее развитие колнчестьенных методов расчета влияния нези-нуеоидальностл на работу „;грооборудоваиин. При реаении этой проблемы возникает комплекс теоретических и практических задач, которые не могут б^ть реиоьь; без совериенствозания методов анализа и коррекции несипусондальни'х режимов. Так, принципиально не может быть реыси голоса об оценке влияния нйскнусондалыюсти на работу э«ектрооборудосашш без расчета дополнительных потерь активной мощности и нем, Д.тл ответа ьа этот вопрос необходимо определить частотную характеристику активного сопротивления дли какдого элемента распределительной сети, рассчитать рехш а сети знать число учиткгаеш« гьрмоник при расчете потерь, определять частоту , на которой возмогло возникновение резонанса при всех режимах эксплуатация электрооборудования. Кроме того, учитывая, что несинусоидальныи ре;;;им и сети вызывает перегрез электрооборудования, то очевидно, что устройства релейной защити долгот учитывать реальную перегрузку электрооборудования от наличия несинусоидальности в сети.

Необходимость решения вышеуказанных эадач подтверждается рядом целевых программ, в числе исполнителей которых являлась ка федра "Электроснабжение промышленных предприятий" Алма-Атинского энергетического института, где разрабатывались отдельные разделы

;тих программ, а рамках которых выполнялась и данная работа.

В данной работе отражена вопроси,поставленные в коьг текс-юй целевой программе 0.Ц.003 "Дальнейшее развитие единой энер-хтическо:! системы СССР с целью повеления её эффективности, наивности работы л снижения потерь электроэнергии в ¡электросетях" .подпрограмма 0.01,13.1; "Довиь'рние качества электроэнергии по спряжению V! снижение потерь в электрических сетях ЕЭЗС СССР"), /творжденней постановлением ШНТ при Совете М:шистров СССР и Гос-1лана СССР Л- 437/249 ст 12.12.1082; координационном плене каучно-кследовательсклх работ вузов на 1981-1986 г.г, по проблеме "По-гери,олектроснергии и их компенсация", утвержденном приказом :1инвуэа СССР £ 443 от ¿3.04.1930 г.; межвузовской целевой комплексной программе на 1986-1990 г.г. "Разработка методов и средств экономии электроэнергии в ¡электрических системах", утвержденной 1рикаэом Минвуза СССР 101 от 09.02.67 г.; межпузобской научно-технической програшо на 1963-1990 г.г. "Автоматизация научных исследований", утвержденной приказом Минвуза СССР к 1:83 от ОЬ.Ой. 1986 г.; республиканской научно-технической программе на 19ВЗ-1990 г.г, "Интенсификация - 90", утвержденной приказом Совета .'инистров Казахской ССР К> 14-2/28-150 от 15.06.1987 г.; плане научно-исследовательских работ на 1990 г. по теме "Совершенствование принципов электромагнитной совместимости с целью повышения надёжности электрооборудования и энергоснабжения", утвержденном приказом Кнннаробразования Каэ.ССР 21 от II.01.90 г.

Цзлью диссертационной работы является развитие теоретических основ и практических методов прогнозирования и оценки влияния несинусоидальннх режимов на силовое электрооборудование распределительных сетей и создание основных предпосылок для коронного решения проблемы БГ в системах электроснабжения (СЬС).

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Обоснование целесообразного диапазона учета ВГ при расчетах несинусоидальных реггимов ¡1 оценки их влияния в зависимости от целей задачи.

2. Разработка методов расчета частотных характеристик активного сопротивления элементов электрической сети и учета пассивной нагрузки.

3. Анализ и совершенствование методов расчета ВГ в электрических сетях и разработка метода расчета несинусоидального режима в условиях неопределенности исходных данных,

4. Анализ резонансных явлений в системах электроснабжения при симметричном реждае работы и замьпсании на землю, и выявление влияния параметров сети на резонансные частота и характер их смещения.

5. Разработка количественных методов оценки влияния ВГ на работу электрооборудования при установившемся нормальном режиме и однофазных замыканиях н C5G с нелннейнши нагрузками и условий выбора электрооборудования при наличии несинусоидэлыюстк в сети.

6. Разработка принципа построения защиты электрооборудования, подверженного воздействии ВГ, от перегрузки и создание устройств защиты от перегрузки для разных видов электрооборудования.

Методы исследования. Для решении поставленных в работе задач применялись методы теории электромагнитного поля с использованием фундаментальных законов теоретических основ электротехники, методы математического моделирования на ЭВМ , методы теории многомерных матриц, теории вероятностей, математической статистики и планирования эксперимента, теории нечетких множеств,

численные методы анализа, метода теория подобия и моделирования.

Достоверность научных положения, теоретических вывс^оз и рекомендаций диссертации подтаер:кдена их проверкой как на действующих промышленных предприятиях , так к на специально созданной физической модели СЭС с нелинейными нагрузками, а также сг.стсм акеллуатацш: батарей конденсаторов силовых резонансных фильтров чБК СР4) и устройств защити от перегрузки, спроектированных с использованием методов, разработанных б данной диссертации.

Научная новизна. Предложен системный подход к режкгз проблемы оценки воздействия ВР на основные виды силового электрооборудования распределительных сетей.

Обобщены, уточнены и разработаны теоретические положения методов расчата активного сопротивления на БГ для основных элементов распределительных сетей.

Разработаны методы расчета ЗГ в слоних электвдчес-сих сетях на основе теории многомерных матриц, что позволяет ислользоьать современные ЭЕМ параллельного счета. Получено выражение оптимального коэффициента ускорения для расчета ЕГ в СЭС промг.иленц-лх предприятий по методу Зейделп, Использование его обеспечивает сокращение времени расчета ВГ.

Разработана методика расчета ВГ в электрических сетях с нечеткими данными исходных параметров ре;;:и.:а и системы на основе решения системы нечетких линейных уравнений установившегося релина

Разработана методика оценки резонансных частот и расчета БГ тока однофазього замыкания на зеиио (033) при резонансе. Определены условия возникновения резонэ^сов на ВГ а СЭС как в нормальных симметричных режимах, так и при 033.

Выявлено влияние параметров элементов СЬС ни область резонансных частот и характер юс смещения при изменении парамнтр^з сети.

- в -

Впервые разработаны метода количественной оценки перегрузки олектрсоборудования в СЭС с нелинейными нагрузками. Установлены допустимые значения коэ^ициентоз перегрузка ¡электрооборудования в зависимости'от несшусоидальности в сети.

Обобщены и систематизироааины методы оценки перегрузки силовых конденсаторов, входящих в состав фильтро-ког.шексирув'^их устройств (й'КУ). Проведен сравнительный анализ этих истодов. Установлено, что сценка перегрузки конденсаторов по току, налрякени», коэф-фп-'кенту несинусоидальности, реактивной мощности не позволяет адекватно оценить их работу в СЭС с нелинейными нагрузками. Доказано, что оценка перегрузки силовых конденсаторов, подверженных воздействии ВГ, долгана проводиться по величине потерь активной мощности в н«к.

Установлено влияние резонансных режимов при 033 на работу олектрооборудования СЗС. Доказано, что резонансные режимы при 033 могут приводить к недопустимой перегрузке конденсаторов.

Разработана общая методика выполнения устройств РЗ от перегрузки электрооборудования СЗС, подверженного влиянию несинусоидальности.

Практическая ценность. На основе теоретических положений разработаны инженерные методы расчета частотных характеристик активного сопротивления олекентов СОС, которые могут быть использованы на стадии проектирования для решения целого ряда задач, связанных с проблемой ЕГ.

Разработаны метода моделирования пассивней нагрузки на ВГ, определена допустимая длина участка схемы замещения линии электропередачи в функции пограмости расчета параметров схемы моделирования ЛЗП на ВГ. Эти результаты необходимы при расчете ВГ не физических моделях.

Разработан метод и уточнены условия выбора силового электрооборудования, работающего э СоО с Нелинейными нагрузками. Определены условия, исключающие отрицательное влияние несинусоидальнос-тн на эксплуатации электрооборудования как при симметричном режиме работы,так и при резонансных явлениях, связанных с 033. Получены выражения предельно допустимых значений уровней гармоник тска I! напряжения, которые могут в значительной степени облегчить выбор ЫС СРО при проектировании^ также могут быть использозаны при оценке работы ЕК СР<5 в условиях эксплуатации.

Разработаны и частично внедрены устройства защиты электро -сбйр^/дэвания при наличии несинусоидальности в сати.

1'азработанз система измерения н анализа ВГ на базе измери-телъио-вьгчислительного комплекса, включающего "ыагнитограф-ЙВ.'н".

Реализация результатов работы. Исследования диссертационной работы были связаны с выполнением хоздоговорных работ дня наиболее крупных пром^аденных предприятий Казахстана, а так же госбюджетных работ по различным планам.

Разработанная в диссертационной работе методика сценки перегрузки силовых конденсаторов внедрена Главгоеснергснадзором Мин-эиерго СССР в виде отраслевой для региональных управлений Гос-энергонадзора. Составленные по данной методике алгоритм и программа расчета на ПЭВМ переданы для использования в лабораториях Госоиергоивдзора СССР.

Приведенный в диссертационной работе среднестатистические уровни гармоник тска, генерируемых различными типами отечественных -электробытовых приборов, позволили определить нормы на величину помех в сети. На основ? этих корм Всесоюзный научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований в электротехнике разработал первуп редакцию стандарта "Помехи,

создаваемые электробытовыми приборами".

Результаты исследований, проведенных в диссертационной работе,использовались для выбора параметров батарей и ФКУ, повышения надёжности работы силовых конденсаторов на преобразовательной подстанции, расчета режиме, ¿Г и сценки их олнкнил на работу электрооборудования. Они внедрены на Усть-Каменогорском тптано-магнневом комбинате, Д-камбулсксм производственной объединении "Химг.ром", Чапаевском заводе химических удобрений,

Подтвержденный экономический эффект от внедрения разработок, полученной на промышленных предприятиях, составляет более 300 тысяч рублей.

Материалы диссертационной работы изложены в книге "Качество электроэнергии и его влияние на работу промышленных предприятий", в советско-польской монографии "Нормирование показателей качества электрической энергии и их оптимизация", используются в учебном . 'процессе при чтении лекций и выполнении курсовых и дипломных работ по специальности 1004 "Электроснабжение промышленных предприятий" в вузах СССР.

Апробации работы. Основное содержание работы было доложено но ы ¡.'.ехдународной конференции по силовой электротехнике (Чехословакия, г.Острг.на, 193о г.);, международной научной конференции по качеству электрической энергии (Польше, г.Спала, 1991); Всесоюзной научной конференции "Снижение потерь в электроэнергетических системах" (г.Ьаку, 1981 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Объективность и качество электроснабжения промышленных предприятий" (г.Дпанов, ¡903 г.); IX Всесоюзной научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (.г.Рига, 1987 г.); Всесоюзной конференции "Повышение эффективности и качества электро-енцожений" (г.Мариуполь, ¡990 г.); IУ Всесоюзном совещании по ка-

честву электрической энергии 1г,Винница, 1978 г.); втором и третьем Всесоюзных научно-технических совещаниях "Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей" (г.Таллин, 19ей, 19К6 г,г.); Всесоюзных научно-технических совещаниях: "Снижение потерь и повышение качества электроэнергии в электрических сетях энергосистем" (г.Алма-Ата, 1984 г.); (г.Бишкек, 1991 г.); "Экшшалентирозание электроэнергетических систем для управления их режимами" (г,Баку, 1987 г.); "Технический прогресс и резвитио систем злектроснабязния" (р.Кишинёв, 19в? г.); Ш, УП, XI сессиях Всесоюзного семинара "Кибернетика электрических систем" по тематике "Электроснабжение промшленных предприятий" кг.Новочеркасск, 19и1, 1у1'о г.г.; г.Абакан, 1909 г.); республиканском научно-техническом совещании "Повышение надёжности и йиононичности работц энергетического оборудования" IгАлма-Ата, 1984 г.); координационных совещаниях по мсквузовсксй целевой программе "Экономия электроэнергии" 1г. Ленин град, 1УЬЗ; г.^анон, 1984 г.); пяти научно-технических конференциях и семинарах по различным вопросам систем электроснабжения и качества электрической энергии, проводившихся Ьюсковекш Домом научно-технической пропаганда (г.Москва, 1974, 1962, 1983, 1984, 1987 г.г.1; конференциях и семинарах, проводивиихоч республиканским домом экономической и научно-технической пропаганды общества "Знание" Украинской ССР совместно с различными институтами и организациями, (1982, 19ьЗ, 1906, 19о7 г.г.); 11-ХШ научно-технических конференциях Алма-Атинского энергетического институтя(г.Алма-Ата, 1976-1986 г.г.) и на ряде других научно-технические конференций и совещаний.

Публикации. Материалы диссертационной работы отряжены б 92 публикациях, в числе которых две монографии, 10 ангорских свидетельств, 67 статей, к из них 17 работ в центральных научно-техни-

чоских журналах СССР и 3 за рубежом),в 10 отчетах по госбюджетным научно-исследовательским работам по теме диссертации, зарегистрированным во БНГЛЦентр, г,Москва, 3 программах, зарегистрированных в ГосФАП г. Ыосква.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на ЗВЗ страницах машинописного текста, работа иллюстрирована 7о рисунками на 66 страницах, содержит 25 таблиц и список литературы на ¿4 страницах, включающих 523 наименования. Имеются также 5 приложений на 44 страницах машинописного текста и материалы внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТы

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулирована её цель, определены методы исследования, показана научная новизна работы и её практическая ценность, приведены сведения о внедрении работы, охарактеризована её структура, дана краткая характеристика всех глав работы, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассмотрены основные аспекты проблемы ВГ и ¡электрических распределительных сетях, и показана необходимость применения системного подхода к её решению.

В литературе имеются различные мнения в вопросах выбора диапазона учитываемых гармоник, представления пассивной нагрузки при расчетах несинусоидальности в сети, а также в выборе допустимой длины участка схемы замещения при физическом моделировании линии электропередачи на ВГ. Здесь ке показано, что до сих пор имеет место значительная погрешность расчета несинуссидальных режимов, особенно при наличии резонансов в сети за счет упрощенного пред-

ставления частотных характеристик активного сопротивление олемен-тов электрической сети, имеются разнообразные мнения по вопросу учета активного сопротивление на ВГ для кагуюго из элементов распределительной сети.

Проанализированы существующие методы расчета ВГ. Показано, что имеете« 'необходимость в оовериенотвовании детерминированных методов расчета о целью учета возможностей современник ЭВМ параллельного действия для сокращения времени расчета ВГ и в разработке ноеых методов расчета несинусоидальных режимов в условиях неопределенности исходной информации. Кро;,:е того показана необходимость исследования резонансных явлений в СЭС как при симметричном режиме работы, так и при 033, выявления резонансных частот и оценки влияния схемы и параметров сети на резонансные явления.

Проведен анализ влияния неоииусоидальности на работу плектро-оборудозания, а также анализ работы устройств РЗ в'отих условиях. Показено, что имеется необходимость разработки количественных методов расчета влияння несинусоидалькости на работу электрооборудования как при симметричном режиме работы, так и при 033, а также устройств РЗ, которые могли бы в этих условиях оценить реальную перегрузку электрооборудования токами ВГ.

На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследования данной диссертационной работы, приведенные выше.

Вторая глава посвящена особенностям задании исходной информации при расчете ВГ в распределительных сетях. Порьый из вопросов, решаемых при этом, относится к диапазону учитываемых гармоник.

• Как известно, при выполнении любого расчета, относящегося к оценке несинусоидальности, всегда стоит вопрос о диапазоне учитываемых гармоник. В литература неоднократно рассматривался этот вопрос. Однако, различные аспекты постановки зидччи приводили к разнш значениям учитываемого при расчете числа гармоник. Очсви-

дно, что решение вопроса о диапазоне учитываемых гармоник при расчете несинусоидальности можно получить только исходя из рассмотрения влияния ВГ на техншсо-оконсмические показатели работы СЭС. Исследуя ото влияние, несложно заключить, что с одной стороны, наличие ВГ в сети проявляется с экономических позиций, вызывая дополнительные потери модности и энергии в сети и, как следствие , приводя к преждевременному старении олектрооборудования, а с другой стороны нарушает технические условия функционирования ОУС за счет возникновения резонансных явлений, при которых нормальная эксплуатация электрооборудования, например ¿К, оказывается невозможной. Используя такой подход, был исследован целесообразный диапазон учитываемых гармоник при анализе резонансных явлений в СБС, оценке потерь в сетях, оценке преждевременного старения изоляции олектрооборудования и выходе его из строя.

Проведенные исследования показали, что с целью проверки возможности появления резонанса тока в CDC в ряде случаев необходимо учитывать гармоники более I кГц как в сети 6-10 кВ, так и в сети 0,4 кВ.

Целесобразный диапазон учитываемых гармоник при оценке потерь в сетях определялся при двух различных подходах: при оценке потерь от S -ой гармоники относительно суммарных потерь от всех ВГ; при оценке потерь от т) -ой гармоники относительно суммарных потерь в соти. Установлено, что при оценке потерь в элементах сети необходимый диапазон учитываемых гармоник (рис. I) зависит от характера изменения частотной характеристики активного сопротивления элемента сети Кц и допустимой погрешности расчета

Х-ВГ *6Г Pi J . ш

где - соответственно, суммарные потери и потери от то-

ков ВГ.

Кроме того была определена к допустимая погрешность расчета потерь от ВГ

„ ДОП ¿> ~ Д Рч-1 Л

АР;ВГ- -^--(2)

ГД2 относительные погрешности расчета потерь, соответ-

ственно, на основной частоте и суммарных} Дя £ - доля потерь от основной частоты р, в суммарных р3. Принимая во внимание, что величина ^Р^вг3 т0

любом соотношении Д ионно по рис. I найти необходимое число учитываемых гармони». Было показано, что чем неньае Д , тем о меньшей погрешностью следует производить оценку потерь от ВГ, а следовательно, и расширять диапазон учитываемых ггрмоншс, который в • отдельных случаях может бить высоким.

Далее был определен диапазон учитываемых гармоник при оценке влияния несинусоидаяьнссти на работу электрооборудования.

Показано, что высокая точность расчета потерь от ВГ, а следовательно, и пначителышй диапазон учитываемых гармоник необходим при оценке старения электрооборудования с бумажно-масляной изоляцией, у которого рабочая температура близка к номинальной. Естественно( что если рабочая температура ниже номинальной, что возможно при малой эагруаке и невысоком уровне гармони:!, то ускорения старения изоляции за счет наличия ВГ но происходит и точность расчета потерь от ВГ не долина быть высока, а следовательно, диапазон учитываемых гармоник мокмт быть,мал, для всех этих случаев были определены количественные соотношения, позволявшие выявить целесообразный диапазон учитываемых гармоник.

Следующим этапом лодлешэдш рассмотрению, явился вопрос уточнения охем моделей сети на ЕГ. С увеличением частоты всё в большей степени начинает сказываться распределенность параметров олене-

нтов схемы замещения. В атом случае лини» уже нельзя представить схемой замещения с сосредоточенными параметрами, а необходимо учитывать волновые процессы, происходящие в ней.

При расчете сетей с распределенными параметрами, каК известно, используются поправочные коэффициенты, исправляющие ошибку вызванную заменой параметров, реально распределенных по длине Линии,сосредоточенными параметрами. В работе были определены значения поправочных коэффициентов на ВГ, и их зависимость от длины линии (рис. 2). Было показано, что при определенных длиьах поправочные коэффициенты не способны исправить ошибку, вызванную представлением распределенных параметров линии сосредоточенными. Поэтому была определена допустимая длина П -образной схемы замещения линии на ВГ при допустимой погрешности расчета параметров схемы замещения

1657, 84 ./--»

■е,- —^—уйдвп , о)

Эти результаты ь!огут служить основой для представлений распределительной сети при физическом моделировании линии на ВГ цепочечной схемой замещения, Естественно, что в зависимости от величина допустимой погрешности расчета схемы замещения на ВГ изменится и число цепочечных схем.

Следующим вопросом, который всегда возникает при составлении схемы замещения СЭС на ВГ, является вопрос моделирования нагрузки. В СЭС к ней обычно относят цеховой трансформатор с присоединенными к нему приемниками электроэнергии, обладающими линейной вольт-амперной характеристикой.

Проведенный анализ представления нагрузки только постоянными значениями сопротивлений или проводимостсй насчитывает 12 различных моделей, описанных в литературе, 9 из которых осуществляют комплексный учет сопротивления нагрузки, а 3-поэлементный

учет всех потребителей одного уалэ. Сравнение втих моделей для реального узла ОЭС выявило значительное отличие их как между собой, так и с экспериментом. Исследование показало, что существующие аналитические методы расчета не позволяют с требуемой инженерной точностью рассчитать частотную характеристику пассивной нагрузки. Поэтому о цельи определения параметров пассивной нагрузки на ВГ был разработан измерительно-вычислительный кпмплеко, состоящий из магнитографа и ЭВМ (рио. 3), позволяющий по результатам оксперимен-тальных замеров мгновенных спектров тона и наг.рянения сети найти частотные характеристики нагрузки, Комплекс "магнитограф-ЭВМ" позволяет одновременно по б каналам произвести запись и обработку оигналов с выявлением фаз и амплитуд гармоник до БО-ой включительно о точностью 3 %.

'В третьей главе обоснована необходимость учета активного сопротивления элементов распределительной оети и разработана инженерная методика расчета частотной характеристики активного сопротивления для каждого из элементов силового электрооборудования. Показано, что погрешность.расчета в резонансных режимах в значительной степени обусловлена неучетом или упрощенным учетом активного сопротивления элементов схемы замещения СЭС, Отмечено, что значение величины активного сопротивления элементов сети на ВГ необходимо для оценки режима работы электрооборудования с позиции возможной ¡тепловой перегрузки.

Была проведена оценка необходимой точности расчета активного сопротивления на ВГ. Определена допустимая погрешность расчета активного сопротивления на ВГ- при оценке резонансных режимов в сети, потерь активней мощности в сетях и их влияния на работу электрооборудования.

Разработка инженерных методов определения частотных характеристик активного сопротивления элементов распределительных сетей в области тональных частот проводилась нч основе олектромаг-

liiiriioro расчета с учетом поверхностного оффекта, эффекта близости; размагничивающего действия вихревых токов, а также формы проводника и его материала.

Как известно, до сих пор отсутствуют методы расчета активного сопротивление проводов воздушных линий е диапазоне частот до 3000 Гц. Была разработана инаенернан методика расчета активного сопротивления проводов в области тональных частот,з основу которой положены как метод Шалимова М.Г. по определения сопротивления проводов в области частот до I кГц, так и известные мзтоды расчета для частот свыше 10 кГц. Были найдена активные сопротивления для всех выпускаемых отечественной промышленностью марок многопроволочных витых биметаллических и монометаллических проводов. Сравнение результатов расчета, проведенного по данной методике, с результатами экспериментальных измерений, проведенных в ЛПИ, показало, что погрешность расчота не превышает 20 %.

Точное определение сопротивления токопровода на ВГ возможно только на основании теории электромагнитного поля, что выпол- , нено в работах Алёхина В.М,, Кузнецова И.©., Тоэонк О.В. Однако, для установок высокого напрптшя с достаточно большим расстоянием между фазами все добавочные потери в токопроводе в основном определяются поверхностным эффектам, а эффекты близости и переноса мощности Или совсем не проявляются, или проявляются слабо. Это обстоятельство легло в основу создания упрощенной методики расчета частотной характеристики активного сопротивления

токопроводов. Для этого был предложен инженерный метод расчета коэффициента увеличения активного сопротивления Кп>' » основанный на введении В формулы расчета коэффициента поверхностного эффекта для цилиндрического сплошного проводника некоторого 'параметра <L . Для наиболее распространённых стандартных се-

чений выпускаемых отечественной промышленностью токопроводов (прямоугольного сечения, корнтного профиля, профиля "двойное - Т") с учетом их геометрических размеров били получены аналитические выражения для расчета параметра Ы , на основании которцх по предлагаемой методике иокно на?ти активное сопротивление токопроводов па ВГ. Методика расчета приведена в табл. I, где 5 - сечение токопровода! - удельная проводимость материала токопровода.

Таблица I

Расчет активного сопротивления токопроводов на ВГ

Методика расчета

к ~и4г■

пу "о

£•■4 0,75

0,6850 0,57 0,75£ & I К оу» 0,974 £ +0,275 К £ б 1,5 »0,9976 1-0,277 1,3^-6 ¿10

К^-Е* 0,165

ю<. г

Ъ - <к- а V V 5г-'

Тип токо- I Значение параметра

П£ОВО£§___(____________________

и «0,67 «,35

гч-4

Ш ',¿=0,53-7,8-10 . с

ий

Проверка результата расчета Г^^ с экспериментальными данными, полученными в ЛПИ для отдельных типов токопроводов, показала, что погрешность расчета На превышает 1Ь %.

Разработана методика расчета активного сопротивления силових кабелей на ЕГ. Здесь следует отметить, что при этой учитывается как форма сечения кил кабеля, так а явление поверхностного аффекта и эффекта близости в связи с небольшим расстоянием мекду жмляыи. Сопротн-злениа силового кабеля на ЕГ иодаг быть найдено кйк ^

Величину коэффициента поверхностного эффекта Уц? можно Найти по выражениям для цилиндрического оплошного проводника| при этом для силовых наболей о секторными жилами параметр = 0(Й7. Коэффициент близости рекомендуется определять как 1,16 Уп

»„-, + 0,17

(5)

(6)

17)

где функция ö(s) в зависимости от сечения кабеля S рассчитывается следующим образом:

0(S) = 0,301 + 3,6 ' IO"3 S , при 25 й S 6 70 О (S) = 0,574 + 0,Ь78 ♦ 10~3 S » при S5 S 240 для кабелей 10 кВ

6(S) = 0,2 + 3,57 *I0"3 S , при 25^5 ^70 6 (S) = 0,381 + 1,12 • IÖ"3 S , 240

Сравнение рассчитанных величин И „у и tf6V с экспериментальной данными, полученными в ШИ кабельной промышленности, показало, что точность предлагаемых методов расчета удовлетворяет инженерным требованиям.

Основой для определения активного сопротивления токоограничи-вающих реакторов и силовых трансформаторов послужил экспериментально подтвержденный метод расчета коэффициента увеличения активного сопротивления исходя из потерь в обмотке. При атом учитывается как явление поверхностного эффекта, так Я размагничивающее действие вихревых токов. Так для реакторов по данным электромагнитного расчета определялись потери активной мощности на частота V -ой гармоники m

л VZ 2• w^iüS«j (к,г0)е♦ з2квunv, 18>

где п - число слоев катушки; m - число витков в слое; jU -магнитная проницаемость материала проводника; Н0 - напряженность магнитного поля; ?а - радиус проводника; ( - длина виткам, (к, U4- HJX.I.VT); 1г%гМ)-

- модифицированные функции Босселя первого рода нулевого и второго поряднов; К = у(¡}ру , Затеи определяется коэффициент увеличения активного сопротивления реактора на ВГ как = Д Ру^Д Р,

Дла облегчения расчетов нами на основе использования реккурентных ф«1«ул была разработана специальная программа расчета функций. Кезилика, зарегистрированная в Государственном фонда алгоритмов и программ СССР, Л о данной методике определит* значения Кя ^ для вкгускаемых отйчаомчнний промышленность» реакторов и цеховых трансформаторов. Для Некоторых из них призвдены графические зависимости V н& рис, 4 и 5,

Так™ образом, в результате проведенных исследований были получены как аналитические выражения, тай и табличные значения активного сопротивления на повышенных частотах для воех элсиантов распределительной сети. Доказано, что значения К^ на ¿Г оказываются достаточно большими в спектре тональных чаотот практически для всех элементов распределительных сетей» Было показано, что использование для определения Л у широко распространенного в отечественной практике коэффициента, равного У7 , приводит и . значительным погрешностям расчета,

Четвёртая рлава посвящена совершенствованию методов расчета > ВГ в электрических сетях и СЭС. С этой целью проведен анализ существующих методов расчота ВГ и разработана их классификация, Ра-счет реяима на каждой гармонике ввиду однотипности схем замещения повторяет заданный алгоритм вычисления, Обычно рассчитываются N гармоник, В ВВМ данный алгоритм повторяется ^ раа. Между тем для'решения такой задачи* учитывая возможности современных ЦВ!1, целесообразно применение аппарата многомерных матриц. В атом случае номера гармоник как бы являются третьим измерением пространственной матрицы проводимости узлов сети У в дополнение к двум Другим её измерениям, определяемом в соответствии с пред-

ставлением системных параметров электрической сети двухмерной матрицей собственных и взаимных проводимостей. Тогда пространственная матрица прсвсдимостой сети с помощью двухмерных сечений ) -ой ориентации, представляющих собственные и взаимные проводимости узлов для цаЗЕдой из гармоник, может быть записана как

■О)

V-

11 АЧ|

! lViirr Y 'нп Y - Y . '¿и гаи "Y '¿in ХлГХнп'"

'Xh Yw- Угт ...

-У -Y . mi 'щ2 ... —Vmrti Ymnl -Y J W/7

<Ц

■fi» 19)

Методика расчета ВГ с использованием как уравнений узловых

напряжений

М

(YU) = I ,

(10)

(II)

так и уравнений контурных токов

Т)~ Б*

на базе аппарата многомерных матриц приведена в диссертации. В работе показано применение аппарата многомерных матриц для совершенствования как прямых, так и итерационных методов расчета ВГ,

В работе был также предложен расчет ВГ в СЭС методом Зейдо-ля с ускоряющими коэффициентами или,как его называют,методой неполной релаксации. Для расчета режима в СйС промышленных предприятий методом неполной релаксации было получено эмпирическое выражение оптимального коэффициента ускорения. -

р = 0,339'10-6М5 - B,77'I0-bNi + 0,007hi + 1,138 , (12)

J опт

гдо И - порядок матрицы .

Ото выражение нонет быть ыриыенано дли автоматизации выбора коэффициента ускорчния при расчето рсяиаш COG методом неполной релаксация с использованием ЭВМ, что позволяет сэкономить машинное время.

3 диссертации был предложен метод прогнозирования ВГ в раз-вмваицихся CvC пуошдлленных предприятий с вентильными преобразо-

зателгми основанный на базе теории планирования экспоретента.

Однако необходимо отметить, что при расчето ВГ я анализе нэ-синусоидальных рекимов приходится сталкиваться с различными видами неопределенности! неоднозначность исходной информации, например, при задании пассивной нчгрузкн, неполнота исходной информации, сопутствующая любому проектирований, неточность исходной информации, имеющая место, например, при асех измерениях параметров режкиа иа ВГ. Причем наличие неопределенности значительно боль-кэ сопутствует суадзстаопашт ре.кима на ВГ, чем на основной частоте. Учет этого обстоятельства ставит под сомнении правомерность пршзненйя традиционных детерминированных и вероятностных методов для расчета ре&'кма ВГ. ибо эти методы принципиально не способны учитывать наличие неопределенности. В этих условиях оказывается целесообразным применение аппарата нечетких множеств, который уке начал использоваться в задачах электроэнергетики.

В общем случае задача моделирования рел.ша ВГ с учетом фактора неопределенности сводится к решрнию системы нечетких уравнений установившегося режима, которую метаю записать как

уД= I. аз)

Полагая, что параметры системы и режима в этом уравнении представлены Нечеткими числами типа, , Ьц , ^г/) , ;

«Ч» Л V J О А"

.[.=(4 , Ч--^ ; О Ф зирр , тогда найденное в резу-

льтате решения системы уравнений С13^ напряжение сети также будет представлено в виде нечеткого числа при условии О зирр , с. лО) ■ . В диссертации показано, что для симметричных нечетких чисел решения уравнения (13) можно свести к задаче нелинейного программирования

■>' ' ' / (14)

с/. <. = /... « ; j =/••• Г1

О юрр С,

Таким образом на основе аппарата нечетких множеств был раз« работай метод расчета режима ВГ в уаловиях неопределенности исходных данных,

В пятой главе проведено исследование резонансных явлений в распределительной сети с нелинейными нагрузками при симметричном режиме работы и при однофазном замыкании на землю. Как известно, резонансную частоту необходимо знать для оценки влияния резонансных явлений на работу электрооборудования, Исследование проводилось на основе типичной СЭС при изменении схемы сети (I -отсутствие СРФ и токоограничиваюцего реактора на отходящих фидерах; 2 - отсутствие только СРФ; 3 отсутотвие только тока-ограничивающих реакторов) и параметров сети, Были получены частотные характеристики эквивалентного реактивного сопротивления СЭС как при симметричном режиме работы, так и при 033, По ним были определены условия возникновения резонансов для каидой схемы СЭС и найдены частоты резонанса тока ^ и резонанса напряжения ^ в схеме, Проведенные исследования позволили выявить влияние параметров сети на резонансные частоты, а также проанализирова смещение резонансных частот при изменении схемы сети и её параметров, что приведено на рис. 6, Была определена взаимосвязи квиду частотами резонанса тока и напряжения для кавдой из охеы и установлено влияние на неё параметров сети.1

Анализ показал, что резонанс тока как при симметричном ренине работу, тан и при 033 всегда проявляется при меньшей частоте, Чем резонанс напряжения. Увеличение мощности конденсаторной батареи приводит к снижению частот возможных резонансов в СЭС.. Это необходимо учитывать при выборе частоты работы устройств циркуляционного телеуправления. При >• 1000 квар резонансные частоты как при симметричном режиме работы» так и при 033

всецело определяются только мощность» короткого замыкания и мощностью батареи конденсаторов. А в режиме 033 при мощности БК порядка 6000 квар последовательный резонанс практически одновременно будет сопровождаться и параллельным. При симметричном релмме работи СХ чаотота резонанса тока оказывается выше, чем при 033. Поэтому установка СР® для шунтирования 'гармоники резонанса тока в симметричном режиме монет привести к увеличению ре- ■ вонирующей гармоники в случае появления 033.

Было показано. также, что наличие активных сопротивлений в схеме сети приводит к смещении частот резонанса токов. Это существенно в сети низкого напряжения, где влияние активного сопротивления значительно больше, чем в ости 6-Ю кВ.

Проведенные исследования позволили найти выражение для рас- ■ ' чета коэффициента кратности тока замыкания на землю по отношению к задающему тону источника. Было покапано, что наибольшее значение тока замыкания на землю 1е следует оаидать не в режиме резонанса напряжения , а в режиме резонанса тока на частоте

Ы >? ^тт^ а5)

где у!/,г}у«/(у/ - квадраты частот попарного резонанса индуктивных и емкостных слементов, комплексной схемы замещения для 033.

Л Х„ "I Х„ ' хл

Экспериментальные исследования на созданной физической подели СЗС с нелинейными нагрузками подтвердили расчетные выражения для нахождения резонансных частот и установленное влияние на них параметров системы.

Описанные выше исследования позволяют теперь непосредственно перейти к решению вопроса опенки влияния ВГ на работу электро-

оборудования.

В шестой главе изложены результаты исследований влияния ВГ на работу электрооборудования распределительных сетей как при симметричном режиме работы, так и при 033. liait известно, за счет ВГ в электрооборудовании возникают добавочные потери как в токоведу-щих частях, так и в изоляции. Они вызывают дополнительный нагрев изоляции и, как следствие, сокращают срок службы электрооборудования. Была проанализирована зависимость сокращения срока службы электрооборудования от величины потерь активной мощности в нем, вызванных наличием ВГ в сети,и показано, что дополнительный перегрев изоляции электрооборудования за счет токов ВГ может привести к значительному сокращению срока службы электрооборудования. Поэтому для достоверной оценки влияния ЬГ на срок с л у.т. бы электрооборудования необходимо повышение точности расчета как реки ВГ, так и частотных характеристик активного сопротивления элементов СЭС,

Самостоятельный интерес представляет вопрос работы электрооборудования при наличии несинусоидальности в сети. Остановился на нём.

Как известно, конденсаторы наиболее чувствительны к ВГ, что приводите выходу исиз- строя при наличии нег.инусоидальност^ в сети. Исследования показали, что даже при значениях перегрузки Ш по току, меньше 1,3, а по напряжению меньше чем 1,1, т.е. при выполнении условий работы БК, оговоренных в ГОСТ 1232-79 на конденсаторы и в ПУЗ, срок службы ЕК в условиях несинусоидальности оказывается значительно меньше расчетного срока службы. Так например, на шинах УК IkK при 1,11 и 1,04 срок службы Ш составил Б-д месяцев, Преждевременные повреждения Lit возможны и в случаях, если значения коэффициента несинусоидальности

кривей напряжения К)((г) на шинах БК удовлетворяют нормам ГОСТ 13109-87.

В работе было проанализировано влияние различных коэффициентов, используемых ,тля опенки перегрузки Щ СРФ на с!рок их, слузх-. бы. На основе анализа было выявлено, что условия работы БК при наличии несинусоидальности не могут быть адекзатно отражены при оценке перегрузки ЕК по току, напряжению, коэффициенту несинусо-идаль.чости и коэффициенту реактизной мощности.

Предложено оценивать работу БК в условиях несинусоидального напряжения по дополнительному коэффициенту перегрузки ЕК по потерям активной мощности Кйр , приставляющему из себя отношение суммарных потерь в ЬН с учетом ВГ и номинальным потерям. Было доказано, что коэффициент в отличие от , Ки , К^ц

позволяет учесть практическую перегрузку Ш и поэтому способен однозначно определить срок службы БК при конкретном гармоническом спектре приложенного напряжения. В работе определены предельно допустимые значения критериев оценки перегрузки БК СРФ из условия обеспечения номинального срока их службы. Для удобства проектирования были получены предельные значения уровней гармоник тока и напряжения в ЕК СРО, при которых срок эксплуатации их не снижется. Эти зависимости приведены на рис. 7.

Рассматривая работу силовых кабелей при нескнусоидальном на-прякении, было показано, что протекание нескнусоидального тока по кабелю приводит к увеличению дополнительных потерь мощности в нем, что оказывает значительное влияние на температурный режим кабеля. Причем, последний зависит от спектрального состава гармоник, протекающих по кабелю (рис. 6), Были зафиксированы случаи повышения температуры кабеля на 8 °С и более при определенных условиях работы силовых кабельных линий на промышленных предприятиях только

за счет ВГ,

Подтверждением сказанного является зафиксированный факт снижения надёжности кабельных линий в СЭС керамического комбината при большом уровне несинусоидальности в сети.

Поэтому условие, использующееся для выбора рабочего тока кабелей, питающих нелинейную нагрузку, по иагреву о учетом условий его прокладки должно быть записано как

~ 1«ом 'КАС (16)

В этом выражении, наряду с поправочным коэффициентом на фактическую температуру окружающей среды Кт и поправочным коэффициентом на число кабелей,лежащих рядом в земле К^ , учитывается влияние несинусоидального тока, протекающего по кабелю,с помощью дополнительного поправочного коэффициента, значение которого зависит от спектрального состава тока и частотной характеристики активного сопротивления для данного типа кабеля

где р - отношение потерь в Оболочке к потерям » токаведущих жилах.

Рассматривая работу силовых трансформаторов при наличии иесинусоидальности , была найдена величина относительной перегрузки трансформатора за счет токов ВГ, Величина допустимой нагрузки всецело определяется частотной характеристикой активного сопротивления, которая индивидуальна для каждого трансформатора, и спектром ВГ тока, протекающих через него, и может быть определена как

к^™, д/А VII и, ш>

Тш^длр трансформаторов ЗМ-ЮОО и 15.1-1600 предельное значение коэффициента допустимой нагрузки при работе на вентильную нагрузку должно быть соответственно не более 0,82 и 0,76, что показа-

зано на рис. 9. Указанные значения величины допустимой нагрузки совпадают с экспериментальными данными, полученными при исследовании работы трансформатора в СЭС о высоким уровнем ВГ.

Было проанализировано влияние резонансных явлений в СЭС при 033 на работу электрооборудования и установлено, что резонансные пэления при 033 могут приводить к перегрузке электрооборудования и его перегреву за счет токов ВГ.

Седьмая глава посвящена совершенствовчнию принципов выполнения РЗ элементов систем электроснабжения и автоматического управления ФКУ при наличии несинусоидальности в сети.

Все виды существующих токовы" защит от перегрузки разработаны для использования в сетях с синусоидальным током. Они основаны на оценке величины фактического действующего значения тока, протекающего в элементе сети, и сравнений его с номинальным (допустимым) током для данного вида электрооборудования. Таким образом, по величине фактического тока в сети, который определяется по действующему значению тока, принимается решение о наличии или отсутствии перегрузки электрооборудования.

При наличии в сети источников гармоник действующее значение тока уже но может однозначно характеризовать тепловой режим, так как одному и тому же действующему значению тока может соответствовать разный уровень гармоник одного и того же спектрального состава и разьый спектральный состав тока. Кроме того, активное, сопротивление элементов сети на ВГ, как было показано выше, не остается постоянным, о растет с увеличением номера гармоник, что также влияет на тепловой режим электрооборудования.

• Наличие несинусоидальности в сети требует принципиально нового подхода к оценке и контролю перегрузки электрооборудования. Суть предложенного в работе подхода заключается в том, что из-

меритсльцое устройство, реагирующее на перегрузку, должно оценивать не величину тока, протекающего по элементу сети, а величину потерь мощности в нем. Этот принцип реализован б комплексе различных устройств для зашиты от перегрузки кабельных линий, силовых трансформаторов, батарей конденсаторов, нерегулируемых фильтров и ФКУ, регулируемых фильтров, по которым получено 10 авторских свидетельств. В качестве примера на рис, 10 приведена структурная схема защиты фильтров. Таким образем, проведенные исследования позволяют усовершенствовать методы анализа и коррекции несинусоидальных режимов распрсделительних сетей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные теоретические и экспериментальные исследования позволили получить основные результаты:

I. Проведенные углубленные теоретические, а такде экспериментальные исследования послужили основой для создания математических моделей количественной опенки влияния гармоник напряжения и тока на основные элементы СЗС. Таким образом, созданы необ-' хо;1кмые предпосылки для коренного решения проблемы несинусоидальности напряжения,

2., Скорректированы методы выбора основного электрооборудования при наличии в сети ВГ. Это позволяет обеспечить его нормальную эксплуатацию без снижения срока службы,

3. Обоснована, несостоятельность использования в качестве критериев перегрузки конденсаторов, работою"',»« в сетях.с ВГ,'коэффициентов Kj, Ku , .ÎVu установленных ГОСТ 1282-79, ГОСТ 13109-87 и ПУЗ. Доказано, что в сетях с ВГ критерием оценки надёжной работы конденсаторов'должен являться коэффициент перегрузки пс потерям активной мощности, что позволяет исключить их преждевременный выход иэ строя. Разработанный принцип внедрен в виде отрас-

левой '/отпдикп Главгосэноргонадзора Минэнерго СССР.

4. Доказано, чтэ запита от перегрузки силового электрооборудования при наличии БГ должна основываться на измерении потерь активной мощности в нем (с учетом ВГ), что повшает надёжность эксплуатации электрооборудования. В соответствии с этим принципом разработаны устройства защиты элементов сети от перегрузки. Устройства защищены авторскими свидетельствами СССР.

6. Разработан принцип регулирования 4КУ с учетом потерь активной моиности в них, что исключает их перегрузку при изменении режима сети. На основе данного принципа разработан ряд устройств автоматического регулирования £КУ. Устройства защищены авторскими свидетельствами СССР.

6. Определен необходимый диапазон учитываемых гармоник на основе оценки резонансных режимов в СЭС, потерь в сетях и влияния ВГ на работу электрооборудования. Показано, что предельное число учитываем:« гармоник зависит от частотной характеристики активного сопротивления. Ото необходимо при оценке потерь в сети от ВГ и оценке их влияния на срок службы электрооборудования.

7. Показано, что при составлении схем замещения распределительных сетей на ВГ необходимо учитывать волновые процессы в линиях электропередачи. Определена допустимая длина участка П-образной схемы замещения линии на ВГ в зависимости от допустимой погрешности расчета при её представлении цепочечной схемой замещения, что необходимо при физическом моделирования линии на ВГ. Определены поправочные коэффициенты линии на БГ, учитывающие распределенность параметров вдоль линии в функции её длины, и область их применения.

8. Проведен анализ существующих схем моделирования пассив-

ной нагрузки на ВГ и выполнено сравнение их с экспериментом. Показано, что существующие аналитические методы расчета не позволяют с требуемой инженерной точностью рассчитать частотную характеристику пассивной нагрузки. Разработан измерительно-вычислительный комплекс для экспериментального определения частотной характеристики пассивной нагрузки,

9. Разработаны методы расчета активного сопротивления элементов распределительных сетей на ВГ. Получены уточненные выражения частотных характеристик активного сопротивления элементов распределительных сетей, что позволяет заметно снизить погрешность расчета резонансных режимов, а так ке создать научную основу для опенни влияния несинусоидальности на работу оле-ктрооборудования.

10. Проанализированы методы расчета несинусоидальных режимов. Разработан универсальный метод' расчета режима, основанный на использовании многомерных матриц, который в равней мере применим к расчетам как в детерминированной, так и в вероятностной постановке. Получено выражение для определения оптимального коэффициента усксрения при расчете режима методом неполной релрксации в CSC промышленных предприятий," что обеспечивает сокращение времени расчета ВГ. Предложен метод прогнозирования уровней гармоник в развивающихся СЗС промышленных предприятий с вентильными преобразователями на базе методов теории планирования эксперимента. Разработан метод расчета ВГ в электрических распределительных сетях с нечеткими 'данными о параметрах режима и системы на основе решения системы нечетких уравнений установившегося режима.

11. Разработана методика оценки резонансных режимов в СЬС

«

с нелинейными нагрузками при симметричном режиме работы

и однофазном замыкании на землю. Определены условия, способствующие возникновению резонансных режимов .на ВГ, установлена взаимосвязь резонансных частот, Выявлено влияние СЭС на область резонансных частот и характер их смещения при изменении параметров сети. Все это позволяет исключить влияние ВГ на работу устройств циркуляционного телеуправления.

12. Результаты теоретических исследований и практические рекомендации внедрены в производство и проектную практику с утвержденным экономическим эффектом свыше 300 тысяч рублей.

Основные положения диссертации освещены в следующих

печатных работах!

1. Трофимов Г.Г., Решетов U.E. Определение и опенка погреа-ности приборов для измерения высших гармоник в электрических сетях //Известия ВУЗов СССР. Энергетика. - 1980. - № Ь.

- С. 68-92.

2. Трофимов Г,Г., Разгонов Е.Л. Метод расчета и прогнозирования уровней высших гармоник в электрических сетях с Еен-тильными преобразователями // Уменьшение искажений в цепях с силовыми полупроводниковыми преобразователями. Таллин: АН ЭССР, ин-т термофизикн и электрофизики, - 1981. - С. 38-40.

3. Трофимов Г.Г., Сысаев В.В., Винер И.Ьи К вопросу о выборе резонансных фильтров в системах электроснабжения промыи-ленных предприятий // Повышение качества электрической энергии

в промылленных электрических сетях. - М.: t/ДНШ, 1982. -С. 140-143,

4. Трофимов Г.Г., Сысоев Б.В., Винер U.U., Экштут В.Я. Некоторые особенности работы конденпаторнчх батарей в силовых фильтрах // Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей." Тез. докл. Второго

межведомственного научн.-техн. совещания, - 'Галпин: АН &ССР, 1582. - С. 249-Й50.

Ь. Трофимов Г.Г., Сысоев В.В. Потерн активной мощности в реакторах при несмнусоидальном напряжении // Снижение потерь в электроэнергетических системах. Тез. докл. Всесзюзм. науч. конференции Баку: АаШЕФТЕХШ, 19с31. - С. 83.

6. Трофимов Г.Г., Сысоев Б.В., Фкшер И.Я., Винер И.Ы, Влияние частотной характеристики входного сопротивления энергосистемы на работу силовых фильтров // Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей. Те?, докл. Второго кеШ'едомственного научн.-техн. совещания. -Таллин: АН 5ССР, 1902. - С. 214-215.

7. Трофимов Г.Г., Сысоев В.В. Частотные характеристики активного сопротивления распределительных элементов электрических сетей // Известия ВУЗов СССР. Энерготика. 19(32. -

№ У. - С. 1103-1106.

6. Трофимов Г.Г., Сысоев В.В., Ключт Е.Э. Расчет функций Кельвина 0-10 порядков // Алгоритмы и программы: Информ, бкл. 1582. - П 3 (47). - С. 7.

9. Трофимов Г.Г., Сысоев В.В., Винер 11.М. Автоматизация проектных расчетов компенсации реактивной мощности в сятпх с нелинейными нагрузками '// Новая техника в электроснабжении промышленных предприятий. - Ы.: Ь.ДНТП, 1983. - 0. 164166.

10. Трофимов Г.Г., Сысоев В.В. Расчет активного сопротивления вит;« многолроволочных проводов // Алгоритмы и программы: Информ. бюл. 1363. - 6 (¿7). - С. 71.

11. Трофимов Г,Г., Сысоев Ь.В., «¡аэовар Б.Ь,, Винер Л.Ы. Некоторые. особенности решении вопросов компенсации реакти-ьной мощности в сетях с мойшми электротехнологическими . устанСЕ :ами // Электротсхнологпя. кеквуз. сб. научн. трудов.

- Алма-Ата: KaoliTH. - I9Ö4. - С, 120-124.

12. Трофимов Г.Г., Ыазовер В.В.. Оценка требуемой точности определения уровней высших гармоник // Известия ВУЗов СССР. Энергетика. 19.34. - Г? II. - С. 49-51.

13. Трсфкуоэ Г.Г., Сысоев В.В., Гвценко H.A. Эксплуатации кабельнчх линий при высоком уровне внсилх гармоник // Промышленная энергетика. 1964. - !f 3. - С. 16-17.

14. A.c. 1108561 СССР. ЯКИ H 02 ^ 1/02. Устройство аля автоматического регулирования A. Q -фильтра // A.B. Золотев, Г.Г. Трофимов, В.В. Сысоев, В.Я. Экптут ;ССПР). -

3 с. ил. Опубл. Бюл. 1984, П 30.

Iö. A.n. 1196998 СССР. ШИ H 02 H 7/16. Устройство для защити от повреждений батарей конденсаторов // Г,Г. Трофимов. В.В. Сысоез (СССР). - 3 с. пл. Опубл. Бюл. 1935, ,'< 45.

IG. A.c. II9ÖS4I СССР. МКИ H 02 H 7/16. Устройство 1."я защити от перегрузка батареи конденсаторов силового ре-¡онансного фильтра // Г.Г. Трофимов, В.В. Сксоев (СССР). -I с. ил. Опубл. Еюл. 1985. " 46.

17. Трофимов Г.Г., Разгонов E.JI. Прогнозирование уров-!ей высиих гармоник в электрических сетях с вентильны-14 • преобразователями // Тр. ин-та / МЭИ. - 1985. - Бнп. >9. - С. 83-95.

18. Трофимов Г.Г., Мазовер В.В. Применение метода не-юлной релаксации для расчета уровней высиюс гармоник

'/ Известия ВУЗов СССР. Энергетика. 1905. - 7. - С. 67*

>0.

19. Трофимов Г.Г. Влияние нескнусоидальиости напряжения ia работу электрооборудования // 3 МЕШ AROJHi 1 VEHEСКА КОН -ERtNCt, UYS0KA S'KOAA SANSRA V OSTRAVE , 1985. - С. I13-II7.

- 36 -

20. Трофимов Г.Г., Сысоев В.В. Выбор сечения кабелей при несинусоидальных токах // Известия ВУЗов СССР. Энергетика. 1985. - JÎ 6. - С. 42-45.

21. Трофимов Г.Г., Винер И.М., Абсадыкова P.A. Влияние качества электрической энергии на генерацию реактивной мощности силовыми фильтрами в сетях с преобразовательными установками // Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей. Тез. докл. Третьего всесоюз. научн-.техн. совещания. - Таллин: АН ЭССЕ, 1986. - ч. 3. - С. 164-165.

22. Трофимов Г.Г., Винер И. 11., Мазовер В.В. Вопросы повышения эффективности работы конденсаторных батарей на промышленных предприятиях с ' преобразователями // Проблемы электромагнитной совместимости силовых полупроводниковых преобразователей. Тез. докл, Третьего всесоюз. научн.-техн, совещания. - Таллин: АН ЬССР, 1986. - ч. 3, - С. 166-167,,

23. Трофимов Г.Г., Винер ИЛ.!. Расчет оптимального напряжения конденсаторов силовых фильтров // Известия ВУЗов СССР. Электромеханика, 1986, - 12, - С, 57-59.

24. Трофимов Г.Г. Качество электрической энергии и его влияние ня работу промышленных предприятий // Алма-Ата: Каз 1ШШ1, 1966. - 76 с.

25.•Трофимов Г.Г. Совершенствование расчета высших- гармоник за счет применения аппарата многомерных матриц // Качество и потери электроэнергии в электрических сетях. Нежвуз. сб, научн. трудов. - Аль-а-Ата: КазПТй, 1986. -С. 99-103.

26. Ройзман О.М., Трофимов Г.Г. ¡«'.оделирование режима высших гармоник в электрических' сетях в условиях неопределенности исходной информации /./ Моделирование электро- .

энергетических систем. Тел. докл. IX Всессюэ. научч. конф. - Рига: «И, 1987. - С. 193.

'¿7. Мазовер В.В., Ройзман Ü.M., Трофимов Г.Г. Особенности эквивалентирования нагрузки при моделировании режима высших гармоник в условиях неопределенности исходной инфоркпшга // Эквнза-лентировзниэ электроэнергетических систем для управления их ре-киками. Тез. докл. к Всесоюз. науч.-техн. совещания. - !,1.: Ин-формэнерго. 1987. - С. 58-59.

29. Ройзман Ü.M., Трофимов Г.Г. Прш.'ененпе теории нечетких множеств для оценки отклонения напряжения // Электрические сети и системы. - Киев: Выща окола, 19«3. - Вып. 24. - С. 99-103.

29. Нормирование показателей качества электрической энергии и их оптимизация. Гемм А.З., Мекеленко И.В. и др. - Гливицэ - Иркутск, I960. - 249 с.

30. Трофимов Г.Г., Мазовер В.В. Применение теории многомерных матриц для расчета высших гармоник // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт, 1987. -.If I. - С. 76-81.

31. Трофимов Г.Г., Кац A.M. Резонансные явления в кабельных сетях // Технический прогресс и развитие систем электроснабжения городов. Тез. докл. к Всесоюз. науч.-техн. совещанию. - Л.: ВНИИГ» 1987. - С. 161-164.

32. Трофимов Г.Г., Каи A.M. Резонансные явления в контуре нулевой последовательности при замыкании на землю в сети 6-10 кВ с нелинейными нагрузками // Электричество, I9dü. - .V 7. - С. 2328.

33. A.c. 1464237 СССР. Î..KHH 02Н 3/08, 7/22, 7/16. Устройство для защиты электрических сетей от перегрузок //Г.Г.Трофимов, А.Д.Болтянская, С.В.Громова (СССР). - 6 с. ил. Опубл. Гил. 1989, № 9.

34. Трофимов Г.Г., Кап A.M. Учет частотных характеристик кабельных линий при расчете резонансных реннмоч з контурч нулевой

последовательности // Известия ВУЗов СССР. Энергетика. 1959. -№ 9. - С. 19-23.

35. A.c. 1483543 СССР. ШИ 3 Н 02 Н 7/04. Устройство для защиты от перегрузки силового трансформатора // Г.Г.Трофимов, С.В. Громова, А.Д. Болтянская (СССР). - 6 с. ил. Опубл. Бюл. 1989,

№ 20.

36. A.c. 1576975 СССР. ШИ Н 02 J1/02. Устройство для автоматического регулирования // Г.Г.ТрофкмоЕ, И.Ы. Винер (СССР). - 8 с. ил. Опубл. Бюл. 1990, .V 25.

37. Трофимов Г.Г., Винер И.Ы., Абклов Р.Д. Опенка влияния параметров фильтро-кэмпенсируюцих устройств на точность их настройки // Тез. докл. XI сессии Всесоюэ. науч. семинара "Кибернетика электрических систем". Абакан, 1989. - С. 99-101,

38. Трофимов Г.Г., Кац A.lü. Параметры нулевой последовательности силовых кабелей 6-10 кВ на повышенных частотах // Электричество, 1989, - t 9. - С, 74-77.

39. Трофимов Г.Г. К вопросу выбора диапазона учитываемых гармоник при расчетах несинусокдальности // Исследование качества электроэнергии в сложных электрических системах. - Братск: ЬРИИ, 1990. - С. 67-75.

'40. Трофимов Г.Г., Вянер И.Ы., Исаева JI.B. Комплекс устройств для автоматического регулирования фильтроь высших гармоник // Тез. докл. Ясссоюз. конф. "Повышение эффективности и качества электроснабжения". Мариуполь, 1990. - С. II.

41. A.c. 1598038 СССР. МКИ Н 02 J 1/02. Устройство для автоматического регулирования ¿Р-фильтра // И.М. Винер, Г.Г,Трофимов (СССР). - 4 с. ил. Опубл. Бюл. 1990, 37.

42. Трофимов Г,Р., Кац А.Iii. Работа батарей конденсаторов при однофазном замыкании нь землю в системах электроснабжения с нелинейными нагрузками // Исследование электромагнитной севмес-' тйуости в системах электроснабжения. Цежвуз, тематич. сб, науч.

трудов. Омск: Ovlul, 1990. - С. 4-9.

43. Трофимов Р.Г., Ройзман О.М. .'.юделироранне рсжа/а высшх гармоник в нечетно определенных ус лови."/ // Анализ и управление peüuwava систсм электроснабжения в условиях неопределенности. Медвуз. сб. науч. трудов. Новосибирск: ПЗТИ, 1990. - С. 29-36.

44. A.c. 1601690 СССР, ККИ Н 02 J 1/02. Устройство для автоматического регулирования - фильтра // ü.M. Винер, Г.Г. Трофимов (СССР) - 3 с. пл. Опубл. Бол. 1990, ,V 39.

45. Курбаикпй В.Г., Трофимов Г.Г. Контроль несииусоида-льнссти напряжения в электрических сетях // Электричество. - 1991. - .\> 6. - С. 17-22.

46. Трогам с в Г.Г., Винер U.U., Абилов Р.Д. Выбор филь-тро-номпенсируюких устройств // Снижзнке потерь и повнае-

»

нпе качества электроэнергии в электрических сетях энергосистем. Тез. докл. к Есесоюз. науч.-техн. совещанию. Ленинград: БНйГ, 1991. - С. 62-G4.

47. Трофимов Г.Г., Ройзман О.М. Оценка качества электроэнергии с использованием теории нечетких множеств // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. - 1991. - )}■ I. -С. 69-77.

Личный вглад автора. Основные научные результаты , включенные в диссертацию, опубликованы в работах [19, 24 2о, 29, 39] , написаных лично автором. В работах, напасенных в соавторство, автору принадлежат: обпг-я постановка научной проблемы или задачи, пути и методы ::х рмення [р-12, 26-28, 40-47] , анализ и обоб^снае полученных результатов [20-23, 37, 38 ] , идол метода или устройства к их алгоритм [3, 14-16, 30-36 ] , постановка экспериментальных исследований и их обобщение [l, 3, 4, 13 ]

К.С.«'

В»100 км

е-. 50км

е = 50км

+ег

Рис.1. Оценка необходимого числа одтмзлзмых гагмсьик б фин" кции аопустлмой погрешности расчета потерь.

1 * \ х

Рис.2. Завлсимасть поправочных каэж^йгьтог

ОТ НОМЕРА ГАРМОНИКИ

Рис, 3. Структурная схема измерительно - вычислительного

комплекса анализа р Г.

К £ РБ А- 10-400-(2,35 (,1

30

2В

10 -

-I-1-г 1 I —

П 21 51 41 51 V Рис.4. Активное сопрошасние

то.оограничивающегв реактора на ег.

11 25 37 Рис. 5. Активное свпрэтизление.

цеховых трансформаторов на в г.

СИММЕТРИЧНЫЙ РЕЖИМ РАБОТ Ы С Э С

CXE.HA CSTU ШШЛ РЕЗЗНЛНС;1ЫХ ЧАСТОТ ЯРИМ EHÄII и Е

1и2 .1 , л/ 3 к, '

I УВЕЛИЧЕНИЕ УГЛЛИЧЕНИБ I ЦЕКСРФ Û а К С р Ù ^(3)ПР = Л Г.РЦ Rsf- О 1] >1 "!>■< f? = П

РЕЖИМ ОДНОФАЗНОГО 2д"ЫШйЯ ИЛ ЗЕ.'ЛЛП

1 ; ! УЗЕ л ячейке Q Б to / S к* !

»udf VI,53UhIc+Q£ ; ч 0) ,/ I(if ->21 UttïC+ Vм И ípii Q , 0

, , ..... ' ' -Т1"' ! ' 'НО 1 ! ! i

<1 i ! У 3 Е Л 11 Ч Е Ü И Е X ? :¡p ; ¡i)' м11 (0" Ь(7) ¡Ví-? Чъ» Vy(ï) --.—i—-f^-V л(Ч! JO1 i ' ,,!0!l 0(1)'' 10 ¡ ;JS)n? 'кг) i : I ! •J";', при = v. a и 11!!» V¡0„ ° ,, , S «»<="=> 11 Xp. = 0 V = nP;Î = V,2)E? ^ SK3=°-' ч1М при или ;iWr,p= 'uonp s^^ и :<p=o v"' „ =d ПРП Q5=<=~ ИЛИ S к

ъ УЗЕЛ И Ч ü H И Е G. ь 1 / vio' vl))" v«V | —1 г ! ... 1 LJ»r',M 1(5) J JÍÜÍ1P У1{А)ЛР 'НО УВЕЛИЧЕНИЕ УВЕЛИЧЕНИЕ О.БКСРФ 5 ЬН СРчЭ г Д ПРИ Q ~р = 0 ■иМпр л = ПРИ 0 и (з) г.р и (i) <>ПР=А a=F=0 Üp^Í!) П?П 9»=0

Рис. 6. СМЕЦЕНИЕ РЕЗОН AHCK'.ÍX «.\5TOT ПРИ ИЗМЕНЕНИИ

СХЕМЫ СЕТИ rt ЕЕ ПА?пМЕТ FOB

— 88 ек са-- 0,951

— НЗ БК -

а

Предельные;

А ). ГАРМОНИКИ Б )• ГАРМОНИКИ

м,'

ЗНАЧЕНИЯ УРОВНЕЙ

б).

гармонии

СРФ

пап ря кения токл

2,0-

ьР«

1600

- Ь = т РЕЖИМ ^ • V РАЬОУМ

■ Т = ~ Г с &Г А« ч2]

СИНУСОИДАЛЬНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ

ГЛ ■<«1 %

1 I з I 5 |7 Э ]11 15

1 - 7,2

2 вз;:7,5|у ¡2,1 од!- 3,1 23,6

3 !и;5Гг';г,о|5.5 5,1 !г,7 3,1 тэ.г

РИС.&.

Т-?-г . . ,

10 40 60 80 100 ь, мин

Влияние 8Г НА температурный

РЕЖИМ КАЕЕАЯ

~Г

0,8

1,0

т

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 К3 Рис. 9. Перегрузка силовых транс-

<рс?мшро& яри наличии .

вг.

íil

С Ü Г !! A А

UU | €

ÜK , р*' I

Vi r

II, U,

, г

tí

lííií

/

ЛдД

5Ф01!

10. Огpvíítvгялл «е.-л a защиты ugFEryAtsmmix

ФМШ>ГР01 !¡ к V.

í:ü¡, - (5¡'ftbTP ooiiDjt'.aíi r?,?f.'.;;;¡H'.':í ¡'.дп'г'Я"д?.пп,->

!"'Tj - омьтр о.чюзпой гармйммки tuü.s

КЗ.i - кед уЛТИ mO:¡t:lE :m>m¡

;; - зупмлгср чин - ОК aOFf;l!p:j'-,M!i|;1 3?8Р«РГ0 |»ЛПМНШ1Д

пи - ::с1;олтиельпмм о?гап

Подписано к печати I?.II.91 г. п.л.2,0 Ззкзз .'Í't6;t, Тирах ICO экз. формат I/I6

Ротапринт Ллна-Лтинского энергетического института, г.Алма-Ата, ул.Космонавтов,126