автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Автоматизированный контроль и регулирование качества электроэнергии и электропотребления в системах электроснабжения промышленных предприятий

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Гриб Олег Герасимович

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ И ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРОШШЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

05.09.03 - электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1992

Работа выполнена на кафедре электрических станций и электроснабжения Харьковского инженерно-педагогического института им. И.З. Соколова

Официальные оппоненты - Заслуженный деятель науки и техники

РСФСР, доктор технических наук, профессор Шевченко В.В.

- доктор технических наук, профессор Щуцкий В.И.

- доктор технических наук, профессор Гордеев В.И.

Ведущая организация - НПО "Харьковский электромеханический

завод", г.Харьков

Защита состоится " 17 " апреля 1992 года в 14 час. 00 мин. в ауд. М-214 на заседании специализированного совета Д.053.16.04 при Московском ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетическом институте.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института.

Отзывы по данной работе в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва, Е-250, ул.Красноказарменная, 14, Совет МЭИ.

Автореферат разослан "_"_1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета, канд. техн. наук, доцент .-уу; Ниреева Э.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТН

Актуальность проблемы. На современных промышленных предприятиях количество и качество выпускаемой продукции зависит от надешости электроснабжения и качества электроэнергии. Ухудшение качества электроэнергии обусловлено широким применением преобразовательной техники и новыми электротехнологиями на промышленных предприятиях, которые приводят к появлению высших гармоник и несимметричным режимам в трехфазных сетях. Низкое качество электроэнергии отрицательно сказывается на работе релейной защиты, автоматики, аппаратуры связи, приводит к уменьшению срока службы изоляции кабелей, электрических машин и трансформаторов. Особое внимание следует обратить на го, что низкое качест-LO электроэнергии приводит к сбоям в работе вычислительной техники, которая занимает ведущее место на гибких автоматизированных производствах, где вычислительные машины и микропроцессоры используются в технологическом цикле. На таких предприятиях народно-хозяйственный ущерб от низкого качества электроэнергии будет значительно выше, чем на обычных предприятиях. Это объясняется тем, что вычислительная техника чрезвычайно чувствительна л нестабильности питающего напряжения, и информация, хранящаяся в ÜBM, может быть потеряна. Это влечот-за собой нарушение технологического процесса на предприятии и приводит к браку выпускаемой продукции. Следует также отметить, что вопросы качества электроэнергии и элпктропотреблсния взаимосвязаны. Это объясняется тем, что при низком качестве электроэнергии появляются значительные погрешности, э в отдельных случаях невозможен правильный учет электроэнергии.

Из вышесказанного следует, что проблема повышения качества электрической энергии в системах электроснабжения весьма актуальна .

В теорию и практику контроля и регулирования качества электрической энергии и электропотробления в системах электроснабжения промышленных предприятий значительный вклад внесли ученые Д.А. Арзамасцев, Г.Я. Вагин, В.И. Гордеев, И.В. Нежеленко, В.И. Идельчик, B.C. Кахэнович, Б.И. Кудрин, В.Г. Кузнецов, Э.Г. Курониий, A.B. Праховник, В.И. Старостин, В.В. Шевченко, А,К. Шидловский, В.И. йуцкий, а также производственные и научные коллективы ИЭД АН УССР, МЭИ, КПИ, МаМИ, Тякпромэлектропроект, НЭТИ, НПЙ, ВНШЭ, РПИ, МнПИ, УПИ и другие.

Анализ разработок контроля и регулирования качества элек-

троэнергии и электропотребления позволяет сделать следующие выводы:

- исследования и разработки по созданию устройств и систем оценки показателей качества электроэнергии и учета электропогребле-ния ведутся изолированно. Однако учитывая, что эти задачи необходимо решать для одних и тех же объектов, используя одинаковые источники информации, их следует решать комплексно ;

- техническая реализация результатов исследований осуществляется по двум направлениям: разработка прецизионных приборов для учета электропотребления и контроля показателей качества электроэнергии и создание многоцелевых устройств или систем;

- использование для учета электроэнергии индукционных счетчиков вносит в систему большую погрешность, определяемую, с одной стороны, влиянием отклонения параметров КЭ от нормируемых, а с другой - следствием низкого класса точности счетчиков. Следовательно, для эффективного решения этой задачи следует испольэоьать цифровую обработку информации ;

- существующие методы позволяют производить симметрирование и компенсацию реактивной мощности при стабильной либо при переменной нагрузке, когда сигналами управления являются пульсирующая мощность, ток однофазной нагрузки, реактивная мощность. Однако все эти варианты решают одну из частных задач и не могут обеспечить решение общей задачи симметрирования и уравновешивания токов и напряжений и компенсации реактивной мощности. Поэтому необходима единая теория синтеза параметров симметрирующих устройств для общей модели трехфазной сети с произвольно изменяющимися во времени нагрузками, в которой имеется несимметрия токов и напряжений, при одновременной компенсации реактивной мощности;

- нагрузки в сети изменяются по случайному закону, поэтому для оценки ПКЭ и режимов электропотребления могут использоваться км методы, основанные на точечных измерениях, так и методы, основанные на анализе временных рядов. Использование обоих методов правомерно;

- информационно-измерительные и управляющие системы, предназначенные для оперативной обработки информации о качестве электроэнергии или электропотребления, можно разбить на две группы. К первой группе относятся устройства с жесткой логикой, ко второй устройства, выполненные на базэ стандартных тачисотгельних средств.

Обз'им недостатком •■•чатв» пэрвсЛ группы .ттлх' гс, тгс пр: за-уэненая паршотрон система электро<я:;:б-">ч..>! * •>• '¡..'.л'.т.гуо ч._чо:.:>

перепрограммировать эти системы. В диалоговом режиме о ЭВМ эти систем» не работают, и перевод в этот режим требует сложной конструктивной доработки. В этом случав система вырождается в ЭВМ. Ко второй группе относятся системы, использующие в своей структуре стандартную вычислительную технику. Использование стандартных вычислительных средств более перспективно, чем специализированных. Это объясняется их универсальностью: единые входные устройства ; унификация процедур обработки информации ; возможность работы как в последовательном, так и в параллельном режиме измерения и контроля параметров ; единые выходные устройства и устройства отображения информации. Стандартные вычислительные сродства удобней в обслуживании, позволяют использовать стандартные программы для межмашинного обмена информацией, а также возможно их включение в архитектуру АСУ предприятия, на котором система используется.

На основании проведенного анализа можно сделать вывод, что создание методов и средств контроля и регулирования качества электроэнергии и электропотребления, обладающих высокой помехозащищенностью, единой теории синтеза параметров симметрирующих устройств для общей модели трехфазной сети при стохастических параметрах нагрузки с одновременной компенсацией реактивной мощности позволит эффективно решить проблему повышения качества электроэнергии и минимизации электропотребления.

Решение данной проблемы проводилось в рамках исследований по всесоюзной целевой программе "Экономия энергии" (направление 2, задание 02.74).

Цель работы заключается в разработке методов и средств контроля показателей качества электроэнергии и электропотребления и построение на их базе управляющих устройств, позволяющих при наличии в сети высших гармоник осуществить симметрирование и регулирование реактивной мощности в реальном масштабе времени и тем самим обеспечить условия для внедрения новых технологий, критичных к качеству электрической эноргии.

Вышеуказанная цель работы определила необходимость решения следующих задач.

I. Задача по разработке методов контроля и регулирования качества электроэнергии, обладающих высокой помехозащищенностью, появолитпцей обеспечить необходимую точность и оперативность и, как следствие, достоверность и надежность управления показателями качества зд«?ктг>оэног»Гйи.

2. Задача создания общей теории синтеза параметров симметрирующих устройств для общей модели трехфазной сети с произвольно изменяющейся во времени нагрузкой, в которой имеются несимметрия токов и напряжений, при одновременной компенсации реактив-, ной мощности.

Следует отметить, что вопроси качества электроэнергии и электропотребления взаимосвязаны. Это обусловлено тем, что при низком качестве электроэнергии появляются значительные погрешности, которые снижают достоверность учета электроэнергии.

3. Задача создания системы, позволяющей одновременно контролировать и управлять показателями качества электрической энергии и электропотребления. Разработка такой системы потребует решения следующих вопросов:

- разработка методов измерений в условиях стохастического характера нагрузки сети;

- разработка методов оперативной обработки информации в информационно-измерительных системах с использованием стандартных вычислительных средств.

Научная новизна заключается в следующем.

1. Разработаны цифровые методы и средства контроля несиммо-трии"токов и напряжений в трехфазных сетях при наличии в них высших гармоник на основе корреляционной обработки сигналов на базе дискретного преобразования Фурье в реальном масштабе времени.

2. Разработаны цифровые методы и средства контроля коэффициента несинусоидальности кривой напряжения и коэффициента П -й гармонической составляющей тока и напряжения, основанных на корреляционной обработке сигналов на базе дис1фетного преобразования Фурье в реальном масштабе времени.

3. Разработан цифровой метод измерения малых уровней коэффициента амплитудной модуляции.

4. Разработаны методы и средства коррекции качества электрической энергии путем симметрирования трехфазных трехпровсчдах и четырехпроводных сетей при изменении нагрузок по случайному закону с одновременной компенсацией реактивной мощности, когда информационными параметрами корректирующих устройств являются токи нулевой и обратной последовательностей, проводимости, активные и реактивные мощности, токи и напряжения фаз нагрузки.

5. Проведена оценка погрешности и устойчивости процесса симметрирования трехфазных сетей.

6. Проведена оценка погрешностей и помехозы^лщенности кср-

реляционных способов обработки сигнала при измерении симметрич-ннх составляющих трехфазной сети.

7. Разработаны оперативные средства контроля И регулирова-п:',:т электропотребления в система электроснабжения промышленных предприятий.

Методы исследований. Исследования проводились с использованием теории информации, теории вероятностей и случайных про-исссси, теории функции комплексного переменного, теории линей-1Т1"-: и дискретных систем, методов математического моделирования.

Обновите положения, выносимые на защиту.

1. ГТомехозащпценнне методц контроля симметричных составляющих, базирующиеся на корреляционной обработке сигналов, в основу которой положено дискретное преобразование Фурье.

2. Единая обшая теория синтеза параметров симметрирующих устройств для общей модели трехфазной сети с произвольно изменявшейся во времени нагрузкой, в которой имеется несимметрия токов к напряжений, при одновременной компенсации реактивной мощности.

3. Методика оценки погрешностей и помехозащищенности корреляционного способа обработки сигнала при контроле несимметрии напряжений трехфазной сети.

4. Методика определения погрешности симметрирования трех-(фтзных сетей и методика определения количества циклов симметрирования ; устойчивость этого процесса при получения требуемого значения погрешности.

5. Оперативные алгоритмы управления симметрокомпенсирущим устройством по следующим информационным величинам: токам нулевой и обратной последовательностей ; действительным токам нагрузки ; проподимостям и мощностям фаз нагрузки.

6. Методика цифрового измерения малого уровня нелинейных искажений напряжений на базо корреляционной обработки сигнала.

7. Методика измерения активной и реактивной мощности со статистической обработкой данных.

8. Синтез структуры информационно-управляющей системы контроля и регулирования показателей качества электроэнергии и элек-троготребления.

Достоверность научных результатов и теоретических положений и работе основаны на корректности исходных посылок. Правильность получении* аналитических выражений, позволяющих синтезировать схемы симметрирующих устройств, подтверждается решением ряда стандартных численных примеров, результаты которых совпадают с

результатами аналогичных примеров, приведенных в литературе. Работоспособность полученных в работе алгоритмов подтверждается действующей информационно-управляющей системой контроля и регулирования качества электроэнергии и электропотребления.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Практическая ценность работы состоит в разработке следующих практических методик:

- методики синтеза схем симметрирующих устройств для трехпровод-ных и четырехгсроводных сетей систем электроснабжения;

- методики управления параметрами симметрирующих и симметроком-пенсиругацих устройств, когда информационными величинами являются: токи нулевой и обратной последовательностей, действительные токи нагрузки, проводимости и мощности фаз нагрузки ;

- методики оценки погрешности и устойчивости процесса симметрирования трехфазных сетей ;

- методики контроля следующих показателей качества электроэнергии: несимметрии напряжений и токов ; нелинейных искажений напряжений ; отклонений частоты ;

- методики контроля активной и реактивной мощностей;

- методики обработки статистической информации по группированным данным ;

- методики оценки погрешностей и помехозащищенности цифровых методов контроля несимметрии напряжений.

Разработанные автором методики контроля и регулирования показателей качества электроэнергии и электропотребления использованы при разработке и изготовлении информационно-измерительных комплексов, внедренных в ПЭО Харьковэнерго. Годовой экономический эффект от внедрения систем составил 530,1 тыс. рублей.

Материалы диссертации используются в учебном процессе Харьковского инженерно-педагогического института при подготовке студентов по специальности 10.04.

Публикации и апробация работы. Основное содержание работы опубликовано в 51 печатной работе, в которые вошли 17 статей, 20 авторских свидетельств, 14 тезисов докладов на конференциях. Материалы диссертации вошли в 4 отчета по научно-исследовательским работам.

Отдельные разделы докладывались на Всесокаал республиканских конференциях.

Структура и объег; работ.у. Дпссортацискчдя р^с; ч состоят ап вветгэнпя, гсеста разделов, ояклхгсзнея, сагась* хитсг"..;-^ u «р;-/,» —

жения с актами о внедрении. Диссертация содержит 280 страниц, из них 208 страниц основного текста, 41 иллюстрацию и список использованной литературы, включающий 250 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулированы цель и основные направления исследований, сформулированы основные научные результаты, выносимые на защиту. Приведены данные по апробации и использовали» результатов работы. Кратко изложены сведения о структуре работы и содержании разделов и приложения.

В первом разделе рассмотрены методы и средства контроля основных и дополнительных показателей качества электроэнергии (ПКЭ) согласно ГОСТ 13109-87. Эти методы позволяют осуществить измерения ПКЭ при наличии высших гармоник в СЭС. Высокую помехозащищенность имеют корреляционные методы обработки сигналов, основанные на дискретном преобразовании Фурье, и позволяющие осуществить измерение ПКЭ в реальном масштабе времени.

Наиболее сложным показателем для контроля является несимметрия напряжения (тока), так как она является трехмерной величиной. Несимметрию напряжений (токов) характеризуют коэффициенты нулевой и обратной последовательностей. Контроль этих коэффициентов сводится к измерен™ симметричных составляющих через квадратур-IIкз составляющие фаз А ,Ь,С. Квадратурная составляющая измеримой последовательности напряжения определяется выражением

где л = 1,2,0 - номер измеряемой последовательности напряжений; УА% , У"щп)х , ^сстх ~ квадратурные составляющие фаз А , д , С .

Для Щ - аналогично.

Амплитуды и базы измеряемой последовательности напряжений находятся по выражениям:

Unm^Unl ; %*0ic t9 ^/lfnK .

Рассмотрим метод измерения п!".'четричных составляющих, основанный па измпрпнии интвгральнпх зь..1-ниД кусочио-гирмоничшзких ::и.р:гожпЗ. Так, для определения вычисляется усредненные

кусочно-гермоническив Функции

\Ц sin Cují +%) 1фи 120°~ujt- С % ;

чЫ .

I 0 ¡той остальных значениях ь>С .

I

Тогда UKiU = f Ц'сЬе/coi =Цсо%С% +12о'). ио'

Для фаз А и С - аналогично. Работа цифрового измерителя симметричных составляющих основана на реализации данного метода.

Для измерения амплитуд и фаз симметричных составляющих можно использовать метод последовательных приближений, основанный на использовании дискретного преобразования Фурье.

2

Ц>л = ñi Sin С "ti+^sbiuiic i-

c=o

где Hi - начальная фаза прямой последовательности напряжения Уп ; £. = ¿ - моменты дискретизации напряжения прямой последовательности ; т - число точек дискретизации ; sin с + ) и cos Со)i¿ i- Пщ J - числовые значения нормированных гариспяк с начальной фазой .

Для - аналогично.

При равенстве начальных фаз % = ^„j квадратурных составляющих напряжения измеряемой последовательности напряжения бз'ду-т равны Zfcx = и = 0. Работа измерителя скмметричшд:

составляидих, реализующего данный метод, основывается на изм-заз-нии фазы нормированной гармоники до тех пор, пока проекция на ось абсцисс не будет равна амплитуде измеряемой последовательности напряжения. По рассмотренному методу возможен и другой B¿p:i-ант измерения симметричных составляющих трехфазной сети.

an = 3CVAm sin «¿t* ^ +Цт s¿ncu>i Vi taí) +

* Ц„ 5 in (tat

гда Un - напряжение измеряемой последовательности; X. - а зависимости от измеряемой последовательности напряжения принимает ■ззачения ± 120°, 0.

В данном варианте реализуется обработка напряжения каздоЛ фазы поисковым методом, с последующим суммированием.

Рассмотренные поисковые методы позволяют осуществить коь.-роль несимметрии напряжений при наипии а сетг гармсяа:,

однако быстродействие у рассмотренных методов язьчеокое. Болзз. высокое быстродействие имеет метод измерения сиг.-мэтрдчных составляющих, основанный на вычислении ортогональных -сст.чвлякдкх ко-тодом корреляционной обработки сигналов. В оте-.: . --'годе кетдрс-турные составляйте ссрвделзэгая вйракзййякя:

п

где Uaiti) - мгновенное значение напряжения фазы А . (Для фаз 6 и С - аналогично).

Для _ аналогично. Данный метод, реализованный в

цифровом измерителе,позволяет осуществить контроль измеряемой последовательности напряжения за три периода входного сигнала. Для измерения за один период данным методом необходимо иметь три измерительных канала, однако в этом случае усложняется схемная реализация прибора. Более простую схемную реализацию и висо-кое быстродействие имеет способ измерения напряжения, основанный на предварительном преобразовании трехфазного напряжения в двухфазное,

irn - jflfA +cosi20°CLr + br)jtjiin teo'iXTt-Vl). Обозначив \/ = VA +COS *20°(Ц*Ц)\ W sin f20\ir6-V^i

можно записать Vn ( Y~J W)

Опуская промежуточные преобразования, можно записать выражение для Т-Гп в следующем виде:

Ц = jVTc^ + +

Цифровой измеритель, реализующий рассмотренный метод, поз-голяет осуществить контроль симметричных составляющих на фоне внсгпих гармоник и за один период входного сигнала.

Для тех случаев, когда в сети отсутствуют высшие гармоники, можно для измерения использовать метод опорных точек. Данный метод основан на измерении ортогональных составляющих в опорных точпах. Возможм различимо шртянты выбора опорных точек. Однако наиболее простым оказывается вариант, сводящийся к измерен™ мгновенных значений при u>t= О и <у£= ^ . В первом случае при u>i = 0 будут измерены мнимые составляющие, а во втором случае при cot - ~ - вещественные составляющие симметричных составляющих. Имеются такта различные возможности для реализации этого метода. Одна из возможностей состоит в выделении симметричных составляющих с последующим квантованием их мгновенных значений в опорных точкях. Однако такой путь требует предварительных фазовых сдвигов напряжений & и С на »120°, что мояет существенно затруднить аппаратурную реализацию и ограничить технические характеристики прибора. Цифровая обработка позволяет избегать этих недостатков, если измерить Еначале мгновенные значения <Таз-

них напряжений в опорных точках, а затем их просуммировать. Измеритель, реализующий данный метод, имеет высокое быстродействие, так как между моментами дискретизации не производится перестройка задатчиков кодов и не выполняется операция умножения.

В работе рассмотрены методы и средства контроля нелинейных искажений напряжений в системах электроснабжения. Контроль нелинейных искажений сводится к контролю коэЛ^идиентов несинусоидальности кривой ип- гармонической составляющей напряжений.

Коэффициент ¡«синусоидальности кривой напряжении определяется выражением _

<W - -Uncvt + VSc/t.

В дискретной форме это выражение имеет вид:

Достоинством цифрового измерителя, в котором реализован дан-ннй метод, является то, что все операции в нем выполняются о малыми числами, это обеспечивает повышение точности за счет уменьшения погрешности округления, что особенно важно при исследовании сигналов с малыми коэффициентами несинусоидальности кривой напряжения, уменьшением аппаратурных затрат и повышением надежности функционирования измерителя.

Измерение коэффициента п -й гармонической составляющей напряжения осуществляется на базе корреляционной обработки сигналов. В этом случае измеряются квадратурные составляющие контролируемой л -и гармонической составляющей и первой гармоники напряжений, по которым и вычисляется коэффициент п -й гармонической составляющей напряжения.

Цифровой измеритель, реализующий этот алгорисм, имеет значительное преимущество, заключающееся в том, что обработка информации во многом совпадает с методами измерения симметричных составляющих напряжений трехйазной сети, коэффициентом несинусоидальности кривой напряжения, активной и реактивной мощностями, что выгодно отличает этот метод с позиции унификации.

Измерение отклонения частоты осуществляется с помощью цифрового измерителя частоты, в алгоритме работы которого реализуется

выражение

ш = агс *1п 1/1

л/< ггт

где Уц - напряжение источника; - некоторое постоянное число, определяющее дискретность измерения; - число импульсов, пропорциональное времени ; и - измеряемая угловая частота.

Данный измеритель позволяет определить частоту исследуемого сигнала в широком диапазоне и, что особенно важно, на результат измерения не оказывает влияния изменение амплитуды исследуемого сигнала.

К дополнительным показателям КЗ относится коэффициент амплитудной модуляции. Сложность контроля этого показателя заключается в том, что коэффициент амплитудной модуляции сети может представлять малую величину. В основу работы устройства измерения коэффициента амплитудной модуляции положено измерение максимального и минимального значений АМ сигнала, путом сканирования последнего калиброванным напряжением. Рассмотренный метод обладает следующими достоинствами: за счет многократного ограничения контролируемого напряжения с последующим усилением разности сигнала удается измерить весьма малые отклонения напряжения относительно его номинального значения ; метод не имеет ограничений по частотному диапазону в области низких частот, что делает возможным его использование для контроля низкочастотных сигналов.

Во втором разделе рассмотрены проблемы повышения качества электроэнергии путем симметрирования токов и напряжений в трехфазной сети. Решая вопросы симметрирования.необходимо одновременно решать и вопросы компенсации реактивной мощности.'Известные выражения весьма сложны, так как при их выводе не били в явном виде учтены условия отсутствия нулевой составляющей токов.

Рассмотрим симметрирование четирехпроводной сети. Проводимости Фаз симметрирующего устройства приняты чисто реактивными. Симметричные составляющие сопряженных комплексных гтроводимостей сдал-тгрируивдего устройства, компенсирующего ток нулевой последовательности, имеют вид:

X'4(V-г; - у;;---У/;

у; = | Л; =-уг';

Симметричные составляющие проводимостей симметрирующего устройства определяются из выражений

'1Г •

У'X '2 I г ■*»

и у ив »

V1 = У ' р 'о •

Решая эту систему уравнений, находим параметры СУ

В работе рассмотрены примеры расчета элементов симметрирующего устройства по приведенным формулам при различных видах но-симыетрии. Для трехпроводной трехфазной системы напряжений система уравнений, определяющих проводимости симметричных составляющих СУ имеет вид 1

Х<= $ у (-^г У=-£— с! + т V

'2 5 У г ■'в-'»

Уо" • •

Решая эту систему уравнений, находим проводимости СУ. 21

зге Зт

зге

V"

Эти выражения позволяют определить параметры СУ по токам 1а и 1г, а в зависимости от выбора ^ можно осуществить симметрирование с заданным коэффициентом мощности. В этом случае ^о должно быть выбрано из условия компенсации реактивной мощности нагрузки. Параметры симметрокоыпенсирувдого устройства определяются тягри-жений:

К*

•у . .

При отсутствии нулевого провода - 0 симметрировать токи нулевой последовательности на нужно, т.е. можно считать, что Уд' -= V - Ус' = У0 = 0. Тогда выражения для определения параметров СУ для компенсации I, значительно упрощаются:

Уг'1 = Л (2а>1Г1,); ■

Проводимости Фаз СУ, выраженные чороз линейные токи нагрузки, имеют вид:

-- ~ ^ с а% га!с)-{с У> + 0;

Хс -{у ^со1с У' - У/з ; •

СУЛ' * VI).

Частные случаи, иллюстрирующие применение предложенной методики, подтвердили ее достоверность. 1) тех случаях, когда в качества информационного параметра выбрана мощность, параметры СУ определяются из выражений:

г; -- ~:,иС1А >Н0А -Ос)+МТсРй-И) * у;; у6' * ^рс^-Ос^са.-Лд) + у; ; ■

Ус -- ¿~ссас-ал)гсос-ав) тГгсрА-ра) + у;.

Эти внражени- позволяют определить параметры СУ по активным и реактивным мощностям фаз нагрузки, а также дают возможность определить реактивную мощность фаз СУ

-а;- ~сссРй-РС >]-а'0 ;

-ялу СРс-ра)1 ; >

-с?; --у иас -»Уз с рл-ра )1-а'0-

1'Да а'л = ~'Тг5л, С?,' = V, - г^ - реактивные мощности фаз СУ; 0'в * ) - реактивная мощность исходной части СУ

с номинчлннми параметрами, относительно которых происходит их иерострайкч в процессе симметрирования. Уравнения, вире тешите чв-

рез мощности фаз нагрузки, определяют параметры СУ, компенсирующего ток 1г ,

где Q" - реактивная мощность исходной части СУ с номинальными параметрами, относительно которых происходит их перестройка в процессе симметрирования.

В тех случаях, когда извести« параметры нагрузки » V • X.4' • ^вс> параметры СУ удобно выразить через них.

Лс*-лС - j -^ +

гделс^ и Л Ь3с - несимметричные части реактивных проводимос-тей нагрузки:

Остальные параметры получаются циклической перестановкой индексов А , Ь , С . Для трехпроводной сети

и тогда н

Реактивная мощность, вносимая найденными выше параметрами СУ

¿<2 =1Г\лЗА -<-й§а + дбс йём +д8лв)=о.

Поэтому СУ с вычисленными выше параметрами не изменяет коэффициент сети. Реактивная мощность Q.0, вносимая сшлотричной частью, равна:

а0= з 1/(4'f > •

Обозначая через с as V исходник, а через cos В требуемый коэффициент мощности, получим р

'-'о * if г ^ <-{? и -у rJ •

Это соотношений позволяет получить любые фазовие сдвиги ~~<в<jp , в том числе и в = О, для которого ££ + Зё* = --Q /51Г2 , где Q - реактивная мощность нагрузки. Это соотношение определяет выбор симметричной части СУ .для обеспечения cos У = I- Следует отметить, что SJ и 8о однозначно не определяются, а оставляют свободным один из параметров. Этой степенью свободы мо.тао распорядиться так, чтобы удовлетворить какому-либо добавочному условию. Так, в качестве целевой функции может быть взята суммарная (по абсолютная величине) мощность в реактивных элементах симметрирующего элемента, или максимальное значение проводимости элементов СУ, или время переходного процесса. Таким образом, рассмотренные методы позволяют по проводимостям нагрузки определить параметры симметрокомпенсируицих устройств, осуществляющих компенсацию токов нулевой и обратной последовательностей с одновременной компенсацией реактивной мощности.

Погрешность и устойчивость процесса симметрирования трохфа-з"иг сетей. В рассмотренных методах определения параметров СУ" «сходили из допуп'ояял, что система напряжений симметрична, несмотря на то, что реально опстрмя несимметрична. Такое допущение ¡'скот пряпооти г. потопшюстш в определении параметров СУ и, следовательно, к остчточяой несипмотрии в системе токов. При доста-'¡«'ми больаях негрлкноотях остаточная несг.мметр'тя мотет при цпк-"гкчкоЗ глюготактопой работе СУ привести к неустойчивости ггро-сг,:,*1"Огрнрованип. Огтаточиая неснмметрия тока и напряжения определяется выражениями:

V' • v'

= ^---7 £ ; М = -vT^lv- и '

Y:i +3Yv I a:, FJ>Yv

гщ. Y„ - nporэдимостъ нейтрального провода; Yc'/( - нулевая пос-леггогп гельчоегь проводимости нагрузки.

Эти соотношения позволяют определить относительную погреш-

ность

\ Л _ Л TJ7 - _^

ri -

гч Yw-^Yv

Если проводимость нейтрального провода велика по сравнению ■ чрог'жмоспа иагрузкх, т.е. X/ » YM , то погрешность симмот-; !«>•• 1чч булп? маяа:/<£/~ УйЫ /ЗУЫ<< 1 - В этом случае можно ci Г-7У.ЛЧ 1П.СЛ QS.avx циклом симметрирования. Погрешность еимметри-/лп;: моавэ У'-'оным'.ть п -кратным применением сишетрироваиия

V/IC/1) -Ас-'.' / 7V -Г (л-<У

: со- ч /• cii":- т, -и / Of , где u0v - значение тога

• j ••> : гог-зтельностя, полученного на (п - 1)-м ваггв. После

п циклов симметрирования остаточная несиммотрия будет равна:

- Л? - 1Л1л/> - . У,'« .

с ~ 2, ' ХГс ' + ЗУ„

Из этого выражения видно, что для устойчивости процесса симметрирования (т.е. для уменьшения погрешности симметрирования в ходе процесса) необходил о выполнение условия

v-

Y ■ он

< 1

К

Чем меньше величина , тем быстрее идет процесс симметрирования. Число циклов/V , за которое достигается требуемое значение погрешности, определяется выражением / cQ / :

N~~ Слш/^-f '

После устранения тока нулевой последовательности и смещения нейтрали устранение тока обратной последовательности производится традиционными методами.

Решенная в данном разделе задача позволяет определить симметрирование трехфазных сетей. Полученные аналитические выражения дают возможность определить количество циклов симметрирования и устойчивость этого процесса при получении требуемого значения погрешности.

В третьем разделе на базе разработанных автором методик получены алгоритмы управления СУ, по которым синтезированы структурные схемы СУ. Наиболее перспективными являются автоматические СУ, позволяющие поддерживать уровень несимметрии токов или напряжений в заданном пределе при изменении нагрузки. Автоматическое СУ должно иметь высокую точность симметрирования при заданном ко-а.;Фициенте мощности. Из этого требования следует, что система управления автоматическим СУ должна вычислять параметры и синтезировать схему устройства в общем случае при произвольной несимметричной нагрузке как для трехпроводяои, та к и четырехпроводной трехфазной сети при наличии высших гармоник. При решении общей задачи симметрирования необходимо учитывать свойства внутренней несимметрии, присущей трехфазной системе токов: трехфазная система напряжений имеет ось третьего порядка, перпендикулярную комплексной плоскости, т.е. тройной поворот вокруг оси перегодит систему в исходное состояние; vi и комплексно;,: cor;;,:-: 'ткт: прямая 'л обратная последовательности мзаяются годстамя. ''«v"? ".шоьоть* этих

свойств позволило получить компактные аналитические выражения, избежав вычисления детерминантов двенадцатого порядка. На основе этих выражений мочено синтезировать обобщенную структурную схему автоматического СУ, представленного на рис. I. Автоматическое СУ состоит из блока измерительных трансформаторов (БИТ), измерителя информационной величины (№Ш), вычислителя параметров СУ (ВИСУ), исполнительного органа (ИО). Общий подход к процессу симметрирования, а также использования микропроцессорной техники позволяет создать унифицированную систему управления параметрами СУ для любого способа симметрирования: индивидуального, группового, центрального и комбинированного. В автоматических СУ трехфазных сетей в качестве информационной величины могут быть .использованы токи нулевой и обратной последовательностей. Параметры несимметричной части СУ, выраженные через токи нулевой и обратной последовательностей, имеют вид:

¿Л-

& Х-

24 Ы 24

V у

Эп) ;

;

Зт а*-10.

V = 2,1 т

Д 'вс '-Чг )>

2.¿'

^ =

ЗУ

23

зи~

Ум (с/% -сгТ0)'г

где - оператор поворота на 120 .

Подставляя в выражения комплексы токов 10 - 1Я &

-¿Ъ

I, «?*'

, параметры СУ мохно записать в следующем виде:

'о — —- ¿¿/г ( % -

л80=-

- '¿к % * МОУ;

гг

** 31Г

СГ2 s¿n V- ¿¿п

Л ёСд = 420°; -10 ¿¿л(.%~ -/20"Л

Структурная cxei'a автоматического «ииаотрирушвго уотройотзэ

Рис-1

Г'р-ттк. изменения относйгольйой погрешности

.'КТОЭОНИР НЗПрЯУЗНИЯ обрчтноз П00Л2?086ТвЛЬН0СТ1 prai-'UFiro чк;;лз гочэу дкскр■»тк-.эц'-а

График измэноют относительной погрешности газирования от число ютек дискретизации

6 4 X

О ю 20 30 4О 50 СО Л

Рас. 3

График изменения величины погрешности при наличии корреляции к в ее отсутствие

\

ч,

.X2

/ V

.п ^ .

О 0.С01 0,01 0,1 i 10 -ТОО л

Рис. 4

Эти соотношения позволяют определить параметры СУ по действующим значениям токов 10 и 1г и сдвигу фаз % и по отношении к опорному напряжению Ut . Лля трехпроводной сети алгоритм работы будет упрощен, т.к. А 8А = aóá = л6с = 0, а также' 1в = = 0. Тогда параметры СУ будут иметь вид:

йёес= ~~ s¿nYs ;

¿¿nC^z -fZO'J.

Параметры симметрирующего устройства можно вычислить через симметрируемые токи 1Я , Ig , Je и фазовые сдвиги % , fg , %

этих токов по отношению к соответствующим фазным напряжениям: = (Тв cos f¡> ~Ic cos

где cos % , cos - коэффициенты мощности кгтаой фазы. Бели-чины лёСД и йёАп определяются циклической перестановкой индексов А ,В , С. Учитывая, что-4¿,I&¡V~ = Ув" , параметры СУ могут быть определены по выражениям:

или

где gQ=Y¿cosf¿ ; g" - Y^ coi fc - активные проводимо-

сти фаз нагрузки. Остальные параметры получаются циклической перестановкой индексов А , В ,С .

Таким образом, рассмотренное СУ применимо для трехпроводшых трехфазных сетей при любой нагрузке, параметры которой могут произвольно изменяться во времени. Рассмотрим .другой вариант екммет-р1грер.ания трехоазннх трехпроводнкх сетей, когда в качество информационного параметра используется активная ксияость фаз нагрузки. Алгоситп работы такого СУ имеет -ид: 2

Оаалаамнге тергквтри поручаются 1ы;сл:ческой перестановкой индексов >. ,3 ,в. ""¡г.'гбяя, что mí-opynTEtoHHWí лярг.метред является мощно угь, иелв.-оойразго в л.'-'нсм c;;y*;rfü решать задачу* компенсации ро-а■■нвас/ .. а о: ;аа'- а:пчо о а: а а: ■ рааоаааае"!. /лгеритм poco-

ты имеет вид:

где С} = +ас . Остальные параметры получаются цикли-

ческой перестановкой индексов <4 , б , С. Работа устройства основана на реализации аналитических зависимостей между параметрами СУ и мощностями трехфазной системы.

В четвертом разделе рассматриваются погрешности измерения несимметрии напряжений ранее предложенных методов. При оценке погрешностей принято условие, вполне допустимое для трехфазных сетей, что функции, описывающие законы изменения фазных напряжений, удовлетворяют условиям Дирихле и могут быть разложены II ряд Фурье.

Одной из погрешностей, вносящих существенный вклад в общую погрешность цифрового измерителя несимметрии напряжений, является погрешность квантования. Значения погрешности квантования квадратурных составляющих измеряемой последовательности напряжения определяются из выражения

дЪгпх с*Цпх ыЦлх +лЦ„х),

(для Л Удх аналогично);

где лЦПх = ¡¿г> и,

1=0

где л ид (- абсолютная погрешность измерения мгновенного значения напряжения базы А .

Для Фаз 8 и С _ аналогично.

Выражение для погрешности квантования п -й последовательности напряжения имеет влд

Считая, что входные погрешности ¿¿А С , С ¿¿; > , С )■ малы, можно ограничиться первым членом разложения в ряд 'Мтлора, Математическое ожидание й дисперсия погрешности квантования тетя вид:

Выразив слагаемые через мгновенные значения напряжений фаз А,8 , С и доказав, чго корреляционная функция между случайными величинами й 1/П11 и ^ У^ равна нулю, можно записать выражение для «.ь\ГПк )г> .

*п-гг

Для )* > - аналогично. Считаем, что аОа (£ д ¿^С^,

не коррелированны друг с другом. При стационарной погрешности можно записать:

Если Ол = Сд = <?с = б" , то <слг^)г> будет равно <.<АЪгл)г> ег.

Погрешность измерения коэффициентов обратной последовательности напряжения определяется из выражения

В результате преобразований можно получить зависимость от шага квантования и числа точек дискретизации ■ л ы - / ^ - <5и ,

й -да и;_

где ¿и = £ / Ь% - относительная погрешность квантования. Отсюда е£ % ~^2гп & Мгхг % .

Задавшись погрешностью измерения коэффициента обратной последовательности напряжения, определил относительную погрешность квантования при различном числе точек дискретизации. На рис. 2 приведен график зависимости относительной погрешности квантования от количества точек дискретизации.

В работе рассмотрена погрешность квантования измерителя несимметрии напряжения, принцип работы которого основывается на преобразовании трехфазного напряжения в двухфазное, в котором Л Уг определяется из выражения

Л /(

тдо «3 % 1-Л VVy =!

г.сг.спл пегрег.тести о;1::;:т|:о,т последовательности яепряжешм

( ^

Окончательное выражение относительной погрешности квантования напряжения обратной последовательности имеет вид

&

""Vг^Г"

При измерении несимметрии напряжений трехфазной сети относительная погрешность квантования напряжения обратной последовательности будет тем меньше, чем больше число точек дискретизации. График изменения относительной погрешности квантования напряжения обратной последовательности для различного числа точек дискретизации приведен на рис. 3.

В работе проведена опенка погрешности дискретизации при измерении несимметрии напряжений спектральным методом. При анализе рассмотрено два случая: I) трехфазное напряжение синусоидально, но несимметрично; 2) трехфазное напряжение несинусоидально и либо симметрично, либо несимметрично.

Значения комплексных коэффициентов ряда Фурье напряжения в цифровом виде определяется выражением

Со

Абсолютное и относительное значения погрешности модуля комплексного коэффициента или амплитуд гармоник напряжения прямой последовательности

л = |?Л -IV! ;

Л 1 £ \л %") _ _ К- <гА

* = Ш ~ Ю " М ъг-

Максимальное значение относительной погрешности равно

Р* о

Абсолютное значение методической погрешности комплексных коэффициентов Фурье напряжений обратной и нулевой последовательностей

Из этих выражений видно, что если jí = 1,5,7._.. (не_кратно трем) и т кратно трем, то ¿ Зг*' ; = 0; л ; . ..=0.

Если 0 = 3,9... (кратно трем), а т не кратно трем, то л ÍF* ; л//'... = 0; йТ}1 ; л... =0. Исходя из этого кратность т нужно выбирать в зависимости от кратности "í . В тех случаях, когда трехфазное напряжение несинусоидально и несимметрично, погрешность измерения возникает за счет несимметрии в высших гармониках с номерами ( ^ ±гпр ). В этом случае наибольший вклад в погрешность вносят ближайшие к измеряемой гармоники, причем, погрешность будет тем больше, чем меньше номер гармоники. Так, при к = 2 и т =33 имеет максимальное значение для первой гармоники, равное <^Kíxr~ 0,25$.

Большое внимание в работе уделено оценке погрешности, вносимой помехами при измерении несимметрии напряжений. Эта погрешность обусловлена наличием высших гармоник в сети и к ней может быть отнесена инструментальная погрешность, именгоая случайный характер. Погрешность квадратурных составляющих ^азн А при наличии помехи в измерительном канале имеет вид

где - помеха в измерительном канале Фазы А .

Для фаз 6 и С - аналогично. Окончательное выражение дисперсии погрешности, вносимой помехами при измерении несикметрии напряжений имеет вид

, 2 g-e^c^chl-Uch^f) 1

т

где Л - дИИ , £ = со ьЬ (Г - время корреляции помехи,

- 2£ / ты - время между двумя измерениями мгновенных значений напряжений).

Проведен анализ полученного выражения для трех случаев:

- случай, когда соседние отсчатн практически не коррели-юпаяи, т.0.Г«д4. = -Юс. ~л ,г~2л].

- «Л << 1 - время корреляции велико по сравнению с интервалом (искретизации, но мало по сравнению с периодом ~ «1 ,

йЬ «?«та±~Т; ^ ^

■Л^у - все отсчеты на период скоруелированн, т.е. ^г УгГ ,

На рис. 4 построены графики изменения величины погрешности при наличии корреляции и в ее отсутствие при гп =16, 32, 64, 128 (соответственно кривые 1*4).

В пятом разделе рассмотрены цифровые методы и средства измерения активной и реактивной мощностей. Методы измерений основаны на обработке мгновенных значений исследуемого сигнала, с последующей статистической обработкой. Наиболее целесообразным методом измерения активной и реактивной мощностей является обработка мгновенных значений токов и напряжений, которые могут определяться по следующим выражениям:

Данные выражения положены в основу работы цифрового измерителя мощности. При цифровой обработке легко осуществить последующую статистическую обработку информации и тем самым регулировать графики потребления электроэнергии по прогнозируемым, нагрузкам. Наиболее оправданной является непосредственная обработка измерительной информации в темпе поступления отдельных результатов, однако для сокращения объемов памяти необходимо найти рациональные алгоритмы, обеспечивающие уменьшение объемов памяти и повнтание точности при одинаковых объемах выборки. Такие алгоритмы сводятся' к разбиению всего объема исходной информации на несколько -групп с определением средних значений и дисперсий какдой из них с последующим определением результирующих значена! зтих величин.

В работе проведен анализ точности рассмотренного статистического метода для получесовых максимумов нагрузки. Сравнительная оценка точности выполнена по относительной среднеквадратической погрешности (ОСП) ЛЗГ . На ПВ1.1 проведено моделирование алгоритмов, определяющих статистические характеристики, и получены соответствующие зависимости ОСП для различных вариантов группирования данных. На рис. 5 представлены зависимости для четырех из этих вариантов, причем, каждую группу данных обрабатывает отдельный блок обработки информации (БОИ). Кривая I соответствует погрешности,когда обработка информации осуществляется однкы блоком, в втором обработке подверглись все элементы выборки (1x90000). Кривая 2 отражает погрешности, вычисленные при последовательно включенных двух БОИ, каздый из которых обрабатывает по 300 входных элементов (300x300). Кривая 3 построена для последовательно включенных трех БОИ, предназначенных для обработки 45 элементов выборки каждой

20 16 12

Графики относительных сроднокгэдрэтичоских похрешюсгой для чотырох вариантов группирования данных

✓

/

/

/

/

/ —1—

—f— г

J

о и

a 'S го 24 28 32 36 40 44 4S 52 M

Рис.5

S л h

в

Схомэ информационных потоков з ГАПв

(45x45x45). Кривая 4 соответствует алгоритму обработки при последовательном соединении четырех БОИ, которые рассчитаны на 18 элементов выборки каждой (18x18x18x18).

В шестом разделе рассмотрена архитектура информационно-управляющей системы контроля качества электроэнергии и электропотребления и возможность использования данной системы в структуре управ-легия гибкого автоматизированного производства. В предыдущих разделах были рассмотрены методы и средства контроля и регулирования КЭ и ЭП. На базе этих методов разработана ИУС, осуществляющая одновременный контроль цепей тока и напряжения, что позволяет осуществить контроль КЭ и определить предприятие, искажающее КЭ в зависимости от его "вклада" (доли) в потребление мощности в данном узле. Следует учитывать, что данная система обладает гибкостью за счет применения стандартной вычислительной техники и возможности перепрограммирования исходных данных и задач. Структурная схема оперативной информационно-управляющей системы контроля и регулирования КЭ и ЭП (ОИУС ЭПКЭ) содержит три подсистемы: подсистему контроля КЭ, подсистему учета ЭП, подсистему управления. Подсистема контроля КЭ осуществляет контроль следующих величии: измерение действующих и максимальных значений тока и напряжения ; измероние начальных фаз тока и напряжения ; измерение отклонения напряжения в трехфазной сети; измерение отклонения частоты ; измерение коэффициента несинусоидальности кривой напряжения ; измерение коэффициента п. -й гармонической составляющей напряжения ; измерение токов и напряжений прямой, обратной и нулевой последовательностей ; измерение коэффициента обратной последовательности напряжения ; измерение коэффициента нулеиой последовательности напряжения. Подсистема учета ЭП осуществляет контроль следующих величии: измерение активной и реактивной мощностей ; измерение cos i и tq У ; измерение получасовых максимумов нагрузок ; контроль ЭП по зонам ; контроль ЭП в 320 точках. Подсистема управления осуществляет регулирование следующих величин: регулирование графика ЭП путем воздействия на регулятор потребитель ; регулирование реактивной мощности ; симметрирование трехпроводных или четырехпроводннх трехфазных сетей.Статистическая обработка информации контролируемых величин в ОИУС ЭПКЭ осуществляется в темпе поступления информации. В информационной системе предусмотрена программа, защищающая ее от кражи электроэнергии.

В настоящее время на промышленных предприятиях все« больнее применение находят гибкие автоматизированные птюизвочетт (ГАП). ТАИ насщетш шчкелптельной техникой и требупт для своего *ункдао-

нирования высокого качества электроэнергии и бесперебойности электроснабжения. Система контроля и регулирования КЭ и ЭП гармонично вписывается в архитектуру ГАП. Обработанная ОИУС ЭПКЭ информация о состоянии СЭС ГАП используется в подсистемах контроля ГАП'. Оперативность получаемой ОИУС ЭПКЭ информации определяется сбором в реальном масштабе времени данных о качестве электроэнергии и электропотреблении всего комплекса технических средств ГАП по большому числу территориально распределенных нагрузок и обработке этих данных в зависимости от поставленных перед системой задач. Решение этих задач в реальном масштабе времени позволяет свести к минимуму динамические погрешности при управлении средств коррекции КЭ в СЭС и осуществить текущий эксплуатационный контроль. Если же имеется отклонение от нормированного значения, то ОИУС ЭПКЭ передает полученную информацию подсистеме контроля производительности, которая должна определить требуемую реакцию на это отклонение. Такая реакция обуславливает последующее воздействие на соответствующий параметр. Используя информацию, вырабатываемую ОИУС ЭПКЭ, подсистема контроля производительности может принять решение об изменении некоторых технологических режимов изготовления продукции (которые не влияют на ее качество), либо корректировке оперативного планирования производства.

Таким образом, ОИУС ЭПКЭ является функционально законченным блоком в модульной иерархической структура системы управления ГАП, органически включает в контур управления как объекты управления, так и подсистемы собственно регулятора, реализующего систему управления контроля в ГАП. На рис. 6 представлены информационные потоки в ГАП, в контур управления которым включена ОИУС ЭПКЭ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования, проведенные в диссертации, позволяют сделать следующие основные внводн.

I. Наиболее перспективными >:етода\"Л контроля симметричных составляющих при наличии в сети выссих гармоник являются корреляционные методы обработки сигналов, основанные на дискретном преобразовании Фурье, имеюиие высокую точность и различное быстродействие:

- для контроля амплитуд и (Т'аз симметричных составляющих используется поисковый метод опрэделения ;

- три измерении симметричных составляющих методом интегральных значений куоо'пго-гярионтгейсглх- напряжений отмечается более высокое ¿котродо^г""- тг< по сями'сн'П о г.ротоиукязл методой ;

■■стод, со-. 1,вл,1 чг! р« .гл,дит.;ч пртогопальннх состаздягегах, воз-

воляют измерить симметричные составляющие за три периода контролируемого напряжения;

- наиболее быстродействующим является метод и устройство контроля симметричных составляющих с предварительным преобразованием исходной системы трехфазных величин, т.к. измерение осуществляется за один период входного сигнала.

2. При синусоидальных или квазисинусоидальных напряжениях сети в тех случаях, когда не требуется высокая помехозащищенность измерения, можно использовать следующие методы:

- измерение симметричных составляющих методом опорных точ-ж ;

- измерение несдаметрии трехфазной системы синусоидальных нирыже-иий с предварительным преобразованием трехфазной системы напряжений в двухфазную с помощью аналоговых методов.

3. Корреляционные методы измерения коэффициентов несинусоидальности кривой и п -й гармонической составляющей напряжения, основанные на дискретном преобразовании Фурье, позволяют осуществить контроль малых уровней этих показателей КЭ с высокой точностью.

4. Цифровой измеритель частоты позволяет осуществить контроль отклонения частоты в автоматическом режима и с высокой точностью.

5. Цифровой измеритель коэффициента амплитудной модуляции позволяет контролировать малые уровни модуляции.

6. На основе проведенных исследований получены и теоретически обоснованы новые аналитические выражения в теории симметрирования, которые позволяют подойти к рассмотрению методов определения параметров СУ для устранения токов нулевой и обратной последовательностей с одновременной компенсацией реактивной мощности. Для симметрирования трехфазных сетей в качестве информационных величин можно использовать: токи нулевой и обратной последовательностей ; действительные токи нагрузки ; проводимости т. мощности фаз нагрузки. Рассмотренные частные случаи синтеза параметров СУ по выведенным аналитическим выражениям подтвердили правильность полученных результатов.

7. Решена задача определения погрешности симмотрзгрсвания трехфазных сетей. Полученные аналитические выражения позволяют определить количество циклов симметрирования и устойчивости этого процесса при получении требуемого значения погрешности.

8. На основе разработанного подхода получены оперативные алгоритмы симметрирования, которые положены в основу работы автоматических симметрокомпенсирующих устройств. Система управления симметро-компенсирующим устройством должна быть унифицированной, что позволяет еэ использовать без изменения для различного характера нагру-

зок и способов симметрирования. На базе оперативных алгоритмов разработаны конкретные структурные схемы по устранению токов нулевой и обратной последовательностей с одновременной компенсацией реактивной мощности. Структурные схемы реализованы в автоматических симметрокомпенсирующих устройствах, где управляющими параметрами являются токи нулевой и обратной последовательностей, действительные значения токов, проводимости и мощности фаз нагрузок.

9. Проведенная оценка погрешностей методов контроля симметричных составляющих показала следующее:

- наиболее помехозащищенными являются цифровые методы измерения несимметрии напряжений, основанные на корреляционной обработке сигналов ;.

- при измерении коэффициента обратной последовательности напряжения с погрешностью не хуже 0,1% и 128 точках дискретизации относительная погрешность квантования составляет не более 1,6%;

- при измерении симметричных составляющих трехфазной сети, когда напряжения синусоидальны, но несимметричны, методические погрешности дис}фетизации, обусловленные влиянием высших гармоник, равны ' нулю ;

- в случае, когда система напряжений несинусоидаяьна, но симметрична ,. максимальное значение относительной погрешности напряжения прямой последовательности гармоник составляет для первой гармоники 0,3$. Методическая погрешность при измерении обратной и нулевой последовательностей напряжения от высших гармоник прямой последовательности напряжения равна нулю в случае, если:

- ^ не кратно трем, т кратно трем ;

- кратно трем, гг> не кратно трем.

Поэтому кратность л-> нужно выбирать от кратности ;

- в случае, когда трехфазные напряжения несинусоидальны и несимметричны, число точек дискретизации целесообразно выбирать нечетным, что вдвое увеличивает номер гармоник, вносящих вклад в погрешность измерений. Так, при т = 33 относительная погрешность измерения коэффициента обратной последовательности напряжения ^ 0,25^;

- оценив погрешность, вносимую помехами, и сопоставив ее при наличии корреляция и в ее отсутствие, можно сделать вывод, что погрешность при наличии корреляции может быть как больше, так и меньше, чем в отсутствии корреляции (обычно считается, что корреляция точек отсчета может привести только к увеличению погрешности). Наибольшая погрешность получается при Т = т/гТ. В то же время при корреляция может привести даже к .уменьшению погрешности.

10. Качество учета ЭП в электрических сетях зависит от методов

и средств контроля коаноспг. Наиболее перспективными являются методы измерения активной и реактивной модности, основанные на обработке мгновенных значений токов и напряжений. Г[ифровне методы измерения мощности позволяют повысить точность и автоматизировать процесс измерения. Для контроля мощности в системах электроснабжения промышленных предприятий с резкопеременннми нагрузками необходимо использовать цифровые ваттметры со статистической обработкой результатов измерений, предварительно разбитых на 3 4 группы выборок. При разбиении генеральной совокупности на четыре выборки относительная среднеквадратическая погрешность составит всего 0,2% при нормированном среднеквадратическом отклонении 10%,

II. Система контроля и регулирования КЭ и ЭП, основанная на использовании стандартной вычислительной техники CM-I300, реализующая корреляционные алгоритмы обработки сигналов на базе дискретного преобразования Фурье, позволяет осуществить контроль и регулирование ПКЭ и ЗП при наличии в сети высших гармоник и роз-копеременных нагрузок с высокой точностью. Данная система гармонично включается в контур гибких автоматизированных производств.

Основное содержание и результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. ГРИБ O.P. Автоматическое симметрирующее устройство на базе микропроцессора // Известия ВУЗов, сер. Энергетика. - 1989. -№7. - С. 25-29.

2. ГРИБ О.Г. Корреляционный метод измерения симметричных составляющих трехфазной сети // Известия ВУЗов, сер. Энерготика. -1985. - № 9. - С. 41-42.

3. ГРИБ О.Г. Оценка погрешности измерения несимметрии напряжений на фоне помех // Измерительная техника. - 1989. — Je 4. —

С. 48-50.

4. ГРИБ О.Г. Анализ погрешности изменения симметричных составляющих трехфазной сети при наличии помех // Известия ВУЗов, сер. Энергетика. - 1990. - № 5. - С. 49-53.

5. ГРИБ О.Г. Погрешность и устойчивость процесса симметрирования трехфазных сетей // Известия ВУЗов, сер. Энергетика. -1987. - It 4. - С. 53-55.

6. ГРИБ О.Г. Аначиз погрешности квантования цифрового измерителя несимметрии трехфазной сети // Известия БУЗон, сер. Энергетика. - 1987. - » р. - С. 41-44.

7. ГРИБ О.Г. Анализ погреичоста кортолчционного метода измерений неенмметрнп трехфазной сети // ^•.•ригольнял техчико. -IP87. - ."МО. - 0. 45-4Г-.

8. ГРИБ О.Г. Контроль получасовых максимумов нагрузки с помощью микропроцессора // Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий: Тез. докл. науч. техн. конф., 8-II сентября, 1987 г., Челябинск,'1987.

- С. 49-50.

9. ГРИБ О.Г. Микропроцессорная система управления симметрирующим устройством // Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике: Тез. докл. 3-й Республ. науч. техн. конф., Харьков, 1988. - С. 54.

10. ГРИБ О.Г. Преобразователь информации на базе микропроцессора для управления симметрирующим устройством // Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике: Тез. докл. 2-й Республ. науч. техн. конф.', 22-24 октября, 1985 г., Харьков, 1985. - С. I30-I3I.

11. ГРИБ О.Г. Автоматизация процесса симметрирования трехфазных сетей // Кибернетика электрических систем: Тез. докл. 11-й сессии Всесоюз. науч. семин., 19-22 сентября, 1989 г., Абакан, 1989. - С. 205.

12. ГРИБ О.Г. Автоматическое симметрирование трехфазных сетей на фоне высших гармоник // Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах и системах электроснабжения промышленности и транспорта: Тез. докл. Всесоюз. науч. техн. конф., 13-15 ноября, 1990 г., Днепропетровск, 1990. -

С. 90-91.

13. ГРИБ О.Г. Моделирование показателей качества электроэнергии с помощью микропроцессора // Моделирование электроэнергетических систем: Тез. докл. 9-й Всесоюз. конф., Рига, 1987. -

С. 403-404.

14. ГРИБ О.Г. Оптимизация режимов электропотребления в трехфазных сетях // Пути экономии и повышения эффективности электроэнергии в системах электроснабжения промышленности и транспорта: Тез. докл. 2-й Всесоюз. науч. конф., 1-2 декабря, 1987 г., Москва, 1987. - С. 50.

15. ГРИБ О.Г. Микропроцессорная система контроля и регулирования качества электроэнергии // Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике: Тез. докл. 2-й Республ. науч. техн. конф., 22-24 октября, 1989 г., Харьков, 1985.

- С. 125-Т.26.

16. ГРИБ О.Г. Микропроцессорная система контроля и регулирования эл^ктронотребления на промышленных предприятиях // Технико-,>пончи1!''пг¥-'г» Fpo6."pwu сгтмгшцчи режимов электропотребления

промышленных предприятий: Тез. докл. 5-й науч. техн. конф., 1215 сентября, 1989 г., Миасс, 1989. - С. 72-73.

17. ГРИБ О.Г., ГОРОДЕЦКИЙ Ю.Э. Особенности электроснабжения гибких автоматизированных производств // Известия ВУЗов, сер. Электромеханика. - 1988. - № 9. - С. 83-87.

18. ГРИБ О.Г., ГОРОДЕЦКИЙ Ю.Э. Архитектура цифровой системы контроля и регулирования качества электроэнергии и электропотребления в электроснабжении производственных систем // Вастн. Харьк. политехи, ин-та. - 1988. - № 251: Энергетика и автоматизация электроустановок, вып. 15. - С. 59-61.

19. ГРИБ О.Г., ГОРОДЕЦКИМ Ю.Э., ЛЕНКЕХМАН Б.Л. Контроль несимметрии напряжений в трехфазных сетях на Лоне высших гармоник // Вестн. Харьк. политехи, ин-та. - 1989. - № 264: Электроэнергетика и автоматизация энергоустановок, вып. 16. - С. 71-73.

20. ГРИБ О.Г., 1ЕИ1ШМДН Б.Л., ГОРОДЩКИИ Ю.Э. Измеритель несимметрии напряжений в трехфазной сети // Вестн. Харьк. политехи, ик-та. - 1989. - 262: Автоматика и приборостроение, вып. 15. -С. 73-75.

21. МИНЦ М.Я., ЧИНКОВ В.Н., ГРИБ 0.Г. Симметрирование системы токов в четырехпроводннх трехфазных сетях // Промышленная энергетика. - 1984. - № 5. - С. 41-42.

22. МИНЦ М.Я., ЧИНКОВ В.Н., ГРИБ О.Г. Симметрирование системы токов трехфазной сети // Известия ВУЗов, сер. Энергетика, -1984. - № 10, - С. IG-20.

23. ГРИБ О.Г., ГОРОДЕЦКИЙ Ю.Э. Микропроцессорная система управления качеством электроэнергии для распределенных многомашинных комплексов // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. Распубл, межвед. науч.-техн. сб. - 1988. - Вып. 87. -С. 82-86.

24. МИНЦ М.Я., ЧИНКОВ В.Н. , ГРИБ 0Л\ Цифровые методы измерения несимметрии трехфазной системы напряжений // Измерительная техника. - 1984. - № 6. - С. 41-43.

25. A.c. 746 336 СССР, МКИ2С-01/? 29/16. Цифровой измеритель несшметрии трехфазной сети / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, О.Г. Гриб (СССР). - 4 е.: ил.

26. A.c. 771573 СССР, МКИ3 G0IK 29/16. Измеритель несимметрии трехфазной сети / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, О.Г. Гриб и др. (СССР). - 3 е.: ил.

27. A.c. 470759 СССР, МКИ GßlR 23/20. Цифровой измеритель коэффициента нелинейных искажении / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, М.В. Пгшаика, О.Г. Гриб (СССР). -2с.: ил.

28. A.c. 573770 СССР, МКИ2 G0I R 23/20. Цифровой измеритель оэффициентэ нелинейных искажений / В.П. Гаггченко, В.А. Говору-ов, О.Г. Гриб и др. (СССР). - 4 е.: ил.

29. A.c. 855520 СССР, МКИ3 COI R 23/00. Устройство для из-ерения частоты / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, В.Г. Войтенков, О.Г. риб (СССР). - 3 е.: ил.

30. A.c. 721758 СССР, МКИ2 COI ß 19/16. Устройство контроля временных напряжений / В.П. Гапченко, О.Г. Триб, A.B. Кравцов СССР). - 3 е.: ил.

31. A.c. 620914 СССР, МКИ2 G-OI ß 29/02. Устройство для из-зрения характеристик амплитудно-модулированных сигналов / М.Я. ннц, В.Н. Чинков, A.A. Горлач, М.В. Папаика,. О.Г. Гриб (СССР). -

е.: ил.

32. A.c. 961043 СССР МКИ3 Н02/ 3/26. Устройство для екммет-лрования трехфазных сетей / М.Я. Кинц, В.Н. Чинков, О.Г. Гряб ÜCCP)'. -5с.: ил.

33. A.c. 904102 СССР МКИ3 Н02j 3/26. Устройство для симмет-фования режима работы трехфазных сетей / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, .Г. Гриб (СССР). - 4 е.: ил.

34. A.c. S0594I СССР МКИ3 Н02; 3/26. Способ управления екм-)трирующим устройством / М.Я. 'Линц, В.Н. Чинков, О.Г. Гриб ICCP). - 3 е.: ил.

35. A.c. 920959 СССР ,';КИ3 Н02j 3/26. Устройство для автомати-юкого симметрирования токов и стабилизации заданного коэффициен-I мощности трехфазной системы / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, О.Г.Гриб ICCP). - 5 е.: ил.

3S. A.c. 1037377 СССР МКИ3 ?.02¡ 3/26. Устройство для си.-.мет-ротания трехфазных сетей / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, О.Г. Гриб ССР). - 4 с.: ил.

37. A.c. 974499 СССР МВД3 W2J 3/26. Устройство для сикметри-вания трехфазных сетей / М.Я. ¡Лиц, В.Н. Чинков, О.Г. Гриб ССР). -4с.: ил.

38. A.c. 1328879 СССР NKH3 Н02¿ 3/26. Устройство для симкет-рования трехфазных сетей / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, О.Г. Гриб И). - 5 с,: ил.

39. A.c. 97S403 СССР Ж/13 H02j 3/26. Цифровой измеритель сж-гричных составляющих трехфазной сети / М.Я. Минц, В.Н. Чинков,

Г. Гриб (СССР). - ß е.: ил.

40. A.c. 676948 СССР !Ж2 С-01 Я 29/16. Устройство измерения «метричннх состтдакщкх трехфазной системы переменных напояжояиЗ/

М.Я. Минц, В.Н. Чинков, В.П. Гапченко, О.Г. Гриб (СССР). - 4 е.: ил.

41. A.c. 737882 СССР МКИ2 C-OI <2 29/16. Измеритель симметричных составляющих трехфазной сети / П.Л. Гапченко, О.Г. Гриб и др. (СССР). - 4 е.: ил.

42. A.c. 8753TI СССР МКИ3 £01 £ 29/16. Цифровой измеритель кесиммегрии трехфазной сети / М.Я. Минц, В.Н. Чинкоп, О.Г. Грьб И др. (СССР). - 4 с.: ил.

43. A.c. 886640 СССР МКИ3 £01 К 2Q/I6. Цифровой измеритель симметричных составляющих трехфазной сети / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, О.Г. Гриб и др. (СССР). - 3 е.: пл.

44. A.c. 603914 СССР МКИ2 G-0I 2 21/06. Цифровой ваттметр / М.Я. Минц, В.Н. Чинков, !Д.В. Папаика, О.Г. Гриб (СССР). - 3 с,-, w

45. ГРИБ О.Г. ГОРОДЕЦКИЙ Ю.Э. Цифровой измеритель отклонения напряжения в трехфазных сетях // Вести. Хзрьк. политехи. ьн-ть.. • 1988. - № 256: Автоматика и приборостроение, вып. 14. - С. 58-60.

46. ГРИБ О.Г., АЕРАМЕНКО Е.К.. ЛЕИКВХМАН Б.Л. Шдервтел» си-, метричных составляющих на базе микропроцессора // Устройства преобразования информации для контроля и управления в энергетике; Тез. докл. 3-й Республ. науч. техн. конф., Харьков, L988.- С. JJb..

47. ГРИБ О.Г., ГОРОДЕЦКИЙ Ю.Э., ПАРНГ/ТКИН Г.К. Выруливание граажка электрических нагрузок в гибких производственных системах // Гехнико-экономичес'-сие проблемы оптимизации режжов электропотребления промышленных предприятий: Тез. докл. науч. техн. кои;.. 8-II сентября, 1987 г., Челябинск, 1987. - С. 22-23.

48. ГРИБ О.Г., ГОРОДЕЦКИЙ Ю.Э. Состав и структура комплекса технических средств системы автоматизированного контроля и управления электропотреблением // Кибернетика мантрических систем: Тез. докл. 11-й сессии Всесоюз. науч. сомин., Т9-22 сентября, 1989 г., Абакан, 1989. - С. 18-19.

49. МИНЦ М.Я., ЧИНКОВ В.Н., ГРИБ О.Г. Измерение несимметрии напряжений в электрических сетях // Электрические сети и системы. - 1985. - № 21. - С. 102-107.

50. ГРИБ О.Г., ГОРБАЧ Н.В. Вероятностный метод измерения мощности при флюктуации нагрузок // ЭЛвективнооть и качество з*?чг, снабжения промышленных предприятий: Тез. докл. науч. техн. семин., 2-3 июня, 1989 г., Жданов, 1983. - С. 110-11?.

51. ГРИБ О.Г., ГРОМАДСТШ Ю.С., АШРЕЖО Т.К. К вопросу контроля получасовых максимумов нагрузок // Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребленн/. продымленных предпри • ятий: Тез. докл. науч. техн.конф., Свердловск, IPS4. - С, 51-52.