автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Модели и алгоритмы идентификации частотных характеристик входного сопротивления систем электроснабжения промышленных предприятий с нелинейными нагрузками



ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КИРИЧЕНКО Александр Николаевич

МОДВЛИ И АЛГОРИТМЫ ИДЕНТИФИКАЦИИ частотных характеристик . входного СОПРОТИВЛЕНИЯ СИСТЕМ ЗЛЕКТРОСНАБШШ ПРОМШ1ЯИШХ ПРЕДПРИЯТИЙ, С НЗЛИНЕЙШШ1 НАГРУЗКАМИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и спстемн, вклшая их управлеоте и регулирование

АШОЕЖРАТ отссертгдип на соискание учерой степени кэотдата гехгсгческпх наук

Омск-ГЭЭЗ

Работа выполнена на кафедре "Электроснабжение прошила иных предприятий" Омского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Старостин В.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Шалимов 11. Г. - кандидат технических наук, доцент Тиль В.Э.

Ведущая организация - Сибирский научно-исследовательский

в * -

Д 063.23.0i при Сыском государственном техническом университете.

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 644050, г. Сыск-50, пр. Пира, II, (МТУ.

Ученый сегфетарь специализированного совета доктор технических наук,

профессор Федоров В.К.

Автореферат разослан

ОШЯ ТйРАКТНЕЮТт РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние десятилетия рост электропотребления в промышленности сопровождается увеличением числа и единичной мощности электрических нагрузок с нелинейными вольт-амперными характеристиками , искажающих синусоидальную фор-iy кривых напряжений и токов в питающей сети. Широкое использование нелинейных нагрузок, которое, с одной стороны, обусловлено стремлением к повышению эодзектив-ности производственных процессов на основе применения новейших тех-нолопш, с другой стороны, приводит к существенному снижению экономичности работы систем электроснабжения- (СЭС) промышленных предприятий п подключенных к ним потиебптелей вследствие наруиения электромагнитной совмести;гости электрооборудования, ухудшения качества электроэнергии. - ' •

Эффективность технических меропшмтпй направленных на повышение . качества эяектроэнернш и обеспечение электромагнитной совместимости в значительной степени зависит от наличия достоверно!'! пнформа-ши о частотных 'характеристиках входного сопоотивлегая (ЧХВС) СЭС. Знание ЧХВС дает возможность прогнозировать уровень несянусоидальнос-тл напряжения в узлах подключения нелинейных нагрузок, предупреждать возникновение нежелательных резонансных реяимов на частотах высших гармоник, осуществлять выбор оптимальных параметров фильтрокомпенси-рущих устройств и др. Расчет ЧХВС по паспортным данным электрооборудования СЭС связан с рядом вычислительных трудностей и мозг-ет приво-•дать к большим погрешностям. Поэтому, особое значение приобретают экспериментальные исследования частотных характеристик в действуищйх СЭС,- основанные на применении методов идентисуикашга, обеспечивающих достоверную оценку вхолного сопротивления в условиях зашумленности и неполноты экспериментальной информации. Результаты этих исследований необходимы для совершенствования расчетных методов определения ЧХВС, используе..их на стадии проектирования СЭС,;: имеют первостепенное значение для решения проблемы электромагнитной совместимости обопудова-ния з СЭС лействуицит промышленных предприятий.

Создание измерительно-вычислительных комплексов на базе микроЗК", предназначенных для контроля качества электроэнергии в промышленных сетях, позволяет параллельно с совершенстьовашем аппаратных средств использовать алгоритмические возможности повышения точности идентификации ЧДЗС. Однако, репенпе eïoii ва^;ой задачи-в настоящее время нельзя считать удоБлетаорптельшм из-за недостаточной адекватности ' испсльзуе;ях моделей идентификации свойствам СЗС на частотах резо-

S

нансных режимов и, как следствие, низкой точности оценки входного сопротивления на частотах близких к резонансным.

Настоящая работа является составной частью исследований, проводившихся в Омском политехническом институте в соответствии с межвузовской' целевой программой "Экономия электрической энергии" (приказ & 101 Минвуза СССР от 09.02.В7 г.).

Цель работы. Разработка моделей и алгоритмов идентификации ЧХЗС СЭС прошшленншс предприятий с нелинейными нагрузками, позволяющих повысить точность экспериментальной оценки входного сопротивления за счет использования априорной информации о резонансных режимах ра> боты электрооборудования на частотах вк сотах гармоник; разработка на этой основе методов оптимальной настройки резонансных фильтров высших гармоник в СЭС действующих промышленных предприятий.

Методы исследования. В основу работы полонены теоретические исследования, выполненные с применением классических методов анализа электрических цепей, методов решения оптимизационных задач, методов цифровой обработки сигналов, элементов матричной и векторной алгебры, вычислительной математики, прикладной статистики. При исследовании основных свойств предложенных алгоритмов использовался метод численного моделирования на ЭВМ. Для оценки эффективности предложенных методов настройки резонансных фильтров испольчовались результаты экспериментальных исследований, проводившихся при участии автора в СЭС цинкового завода полиметаллического комбината.

Научная новизна.

1. Предложена идентификационная модель СЭС, построенная с учетом априорной информации о резонансных рекпмах работы электрооборудования, структура которой формируется в зависимое- .: от свойств СЭС в используемой частотной полосе и соответствует либо модели резонанса напряжений, либо модели резонанса токов.

2. Установлено, что при использовании квадратичного к$1терия качества идентификации задача оптимального параметрического синтеза предложенной модели является задачей выпуклого квадратичного программирс вания для модели резонанса напряжений и одноэкстремальной задачей не выпуклого программирования для модели резонанса токов.

3. Разработаны и исследованы алгоритмы идентификации ЧХВС СЭС, осуществляющие выбор структур?! идентификационной модели и ее параметрический синтез для последовательности частотных полос, в которых экспериментальная информация выделяется при помощи цифрового фильтра с фиксированной или регулируемой шириной полосы пропускания.

4. Разработаны п исследована методы оптимальной настройки резонан-:ных фильтров высших гар!.юник по критериям минимума напряжения а тнимума потерь активной мощности на частоте (фильтруемой гармоники.

5. Разработан способ управления резонанснш фильтром высшей гармошки в СЭО.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- результата исследования частотных характеристик СЗС промышген-5DC предприятий с нелинейными нагрузками л идентификационная модель ЗЭС, построенная с учетом априорной информации о резонансных регатах работы электрооборудования;

- результаты исследования условий оптимальности квадратичного критерия качества идентификации при использовании моделей резонанса запряяетй л резонанса токов;

- алгоритмы оптимального параметрического синтеза моделей резонанса напряжений и резонанса токов;'

- алгоритмы идентификации Ч>ЖЗ СЭС и результаты численного исследования их помехоустойчивости;

- метода оптимально"; -¡застройки резонансных фильтров я результата исследования относительных показателей эффективности фильтрации шс-иих гармоник;

- способ управления резонансным фильтром высшей гармоники в СЭС, основанный на оптимальной настройке фильтра1по критерию минимума «апряжнния на частоте фильтруемой гармоники „

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные модели и алгоритмы идентификации ЧНВС СЭС обеспечивают значительное повыиение точности экспериментальной' оценки входного сопротивления, что создает предпосылки для более э^^тавного решения проблем повышения качества электроэнергии и электромагнитной совместимости электрооборудования в СБС промышленных предприятий с нелинейными нагрузками. Так, применение пазоаботашшх методов оптимальной настройки резонансных фильтров, считывающие значения полного вхедио^о сопротивления °а частотах высших гаилоник,. позволяет уменьшить потери электроэнергии, улучшить ее качество и повысить надежность табота электрооборудования в СЭС действующих промншлен-ннх цпедприятиШ

Разработанные алгоритмы реализованы/ь виде программ на алгоритмическом язш:е ФОРТРАН 77 п используются в' составе информационного обеспечения аппаратуры, предназначенной для автоматизации экспериментальных исследований частотных характеристик и контроля качества электроэнергии в действувд.'х СЗС. С использованием этих программ

выполнялась научно-исследовательские работы на ряде предприятий нефтехимической промышленности и цветной металлургии.

Апробация работы. Материалы диссертации в целом и отдельные ее части докладывались и обсуздаднсь на: региональной научно-техни-ческои конференции, посвященной 50-леглю кафедр "Электрические станции", "Электрические сети и системы" и "Электроснабжение промышленных предприятии" Томского политехнического института, Томск, 1281г.; всесоюзной научн о-т е ниче ской конференции "Повышение качества электрической энергии в промышленных электрических сетях", -Москва, ¡.1ДНТП, 1982г.; ретаональной научно-технической конференции "Рациональное использование электрической•энергии на предприятиях нефтехимических комплексов", Оцск, 1584г.; Х>У и XXVI научных конференциях профессорско-преподавательского состава, научных работников и аспирантов (МИ, Омск, 1985, 1887г.г.; городской конферен-гуга аспирантов и соискателей, Омск, 0н1Ш, 1289г.; научных сешна-рах кафедра "Электроснабкеше промышленных предприятий" ОыПИ, 0;лск, 1985-1987г.г.'

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, получено одно авторское свидетельство на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из вве-' дения, четырех глав, заключения, грех приложений, списка литературы. Работа содержит НО страниц текстовой части, 16 страниц-рисунков, 7 таблиц, 8 страниц прплояекпй, список литературы из 88 наименований.

Автор благодарен к.т.н., доценту Розенозу В.П. за сотрудничество и консультации; которые, несомненно, улучшили содержание диссертационной работы.

СОДЕРЕАШЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность тещ работы, сфор>чулкрова-на ее цель; определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов; кратко изложено содержание диссертации.

В первой глаза сделан обзор существующих методов экспериментального определения ЧХВС С^С и обоснована необходимость разработки методов идентификации ЧХВС, учитывающих априорную информацию о резонансных явлениях в СЭО.

Процесс экспериментального определения ЧХВО может быть условно разделен на два этапа. Содержанием первого этапа ятигяется постанов-

ка эксперимента, которая заключается в формирования входного воздействия (зондирующего сигнала) в исследуемом узле С^С п регистрации экспериментальных данных. На втором этапе производится обработка экспериментальной информации в соответствии с используемым методом идентификации ЧХВС.

При формировании входного воздействия в исследуемом узле СЭС различают методы активного и пассивного эксперимента. Применение методов активного эксперимента дает возможность повысить точность идентификации ЧДЗС путем формирования входного воздействия с заданные .свойствами» Для это!: цели используются специальные силовые устройства, подключаемые в исследуемом узле, или специальные реяпги работы пмеющхся в еэти устройств п нагрузок. При реализации методов пассивного эксперимента входное воздействие создается при lio-мопи тлеющихся в сети нелинейных потребителей электроэнергия в ре-шме их нормального функционирования.

Рассмотрены методики применения ЭВМ для автоматизации экспериментальных исследований частотных характеристик СЭС. Показано, что идентификация ЧХВС СЭС тесно связана с решением задачи отделения полезной информации от случайных помех, которые обусловлены погреп-ностяш измереш1Й, погрешностями преобразования и обработки экспе- . рименталыых данных, воздействием нелинейных элементов СЭС, на являющихся генератораш'зондирующего сигнала.

Для повышения достоверности экспериментального определения ЧХВС, наряду с совершенствованием аппаратных средств, все большее значение .приобретают разработка я применение методов идентификации, обеспе-чивапцлх наилучшую точность оценки входного сопротивления по имею-» гдейся неполкой и искаженной экспериментальной информации. Существующие методы идентификации ЧХВС СОС можно разделить на две больше группы. Первач объединяет спектральные методы идентификации,, основанные на преобразовании Фурье регистрируемых в исследуемом узле сигналов напряжения и тока и определении полного входного сопротивления СЭС на частотах высших гармоник как отношения соответствующих гармоник напряжения и тока в комплексной форме. Вторую группу методов идентификации ЧХВЛ образуют неспектральные мзтолы, которые основаны па построении и использовании идентификационной модели„ огражаацей свойства СЭС в частотной полосе, содержащей несколько спектральных составляющих зондирующего сигнала. » • Многообразие спектральных методов определяется многообразием -пепользуе.'.нх при-их реализации спектральных, окон (прямоугольное „ • модифицированное, Хеннннга и др), а таю® применением нетрадпцион-

?

пых ортогональных преобразований (преобразование Уолша). В условиях защищенности и неполноты экспериментальной информации точность идентификации зависит от степени использования имеющейся аптаорноп информации. В этом отношении возмошюсти спектральных иетодоз исчерпываются учетом априорной информации о свойствах регистрируемых сигналов и свойствах возможных по.мех. Шенно на основе этой информации осуществляется выбор формы спектрального окна и■ортогонального базиса при определении ЧХВС в конкретном узле СЗС.

Более широкими возмог остями для учета априорной информации обладают не спектральные методы идентификации, при реализации которых дополнительно учитывается^ информация о частотных свойствах исследуемой СЗС. Известные неспектральные методы основаны на применении R - L или R - С - моделей, с использованием которых построены достаточно эффективные алгоритмы и устройства идентификации 'D3C. Однако, эти модели становятся источникам: значительных ошибок при определении ЧХВС, форма которых отличается от линейной пли медденноизмешшцеися вследствие резонансных явлений. В этом случае, из-за несоответствия частотных свойств модели свойствам исследуемой СЭС происходит сглаживание определяемых частотных характеристик, которое особенно ощутимо на частотах резонансных нулей и полюсов.

Неконтролируемые резонансные явления на частотах высших гармоник это основная причина ухудшения электромагнитной совместимости злектрооборудования в CEC промышленных предприятий с нелинейными нагрузками. Поэтому, для успешного решения этой проблемы необходима шзработка моделей и алгоритмов,,идентификации ЧХВС, учи-тывшзщах априорную информацию о резонансных репзмах работы электр: оборудования на частотах высших гармоник.

Вторая глава посвягаена разработке и исследованию ■идентификацио) ной модели СЭС.

Идентификационная модель предназначена для установлешш количественных соотношений, определяющих взаимосвязь мелду регистрируемыми в исследуемом узле входным воздействием - искажениями тока в цепи нелинейной нагрузки, и выходной реакцией системы - искажениями напряжения па зажимах этой нагрузки. Основные требования, предъявляемый к идентификационной модели СЭС, сформулированы следящим образом: I) частотные свойства модели должны обеспечивать воспроизведение резонансных изменений ЧХВС в пределах частотной

полосы, содержащей нескатько спектральных состазляицих воздействующего тока; 2) внутренняя структура модели должна быть достаточно пиостой и содержать минимальное количество настраиЕяе1,1Ых параметров.

На основе имеющейся апрлорной информации о структура C3Ct состава, параметрах и частотных свойствах входящего в нее электрооборудования, сформированы обобщенная структурная схема СЭС промышленного предприятия с нелинейны!,ш нагрузками и ее схема замещения на частотах высших гармоник. В результате численного псследованпя частотных характеристик вход1Шх и передаточных функций схемы замещения определены условия возникновения резонансных реяпмов з узлах подключения нелинейных нагрузок и элемента обобщенной структурной схамы CGC, оказывающие наибольшее влия1ше на формирование ЧХВС. Показано, что форма ЧХВС в узлах нагрузки низкого напряжения 0,4 кВ, в наибольшей степени зависит от параметров элементов структурной схемы непосредственно подключенных к этим узлам: цеховых трансформаторов, батарей конденсаторов, потребителей электроэнергии. Сопротивлениями этих элементов обусловлены практически линейная (форма ЧХВС при отключенной батарее-конденсаторов и положение резонансного полюса при ее подключении' На формирование ЧХВС в узлах нагрузки среднего напряжения G - 10 кВ определяющее влияние оказывают параметры воздушных линий электропередачи, трансформаторов связи с энергосистемой, батарей конденсаторов. В этом случае, положение полюсов ЧХЗС определяется резонансом токов в контуре, образованном емкостным и индуктивным сопротивлениями воздушной лиши, а полог.е-. нив нулей - резонансом напряжений в контуре, образованном эквивалентным емкостным сопротивлением воздушной линии и индуктивным-сопротивлением трансформатора связи с энергосистемой.. Установлено, что искажения напряжения, создаваемые в узлах подключения нелинейных нагрузок, могут усиливаться в других узлах СЭС на частотах резонансных нулей и полюсов 'DOC. Т.е. именно на этих частотах выгодная реакция СЭС в наиболшей степен" подвержена влияние помех, обусловленных нелинейными нагрузками не являющимися генераторами входного воздействия.

.В соответствии с результатами численного исследования определена структура идентификационной модели. Для частотной полосы, содержащей не более одного резонансного- экстремтма ^лВС, предложена идентификационная модель в виде пассивного' линейнora двухполюсника,

R- L - С - элемент ы которого образуют последовательный или параллельный резонансный контур. Выбор схем" соединения это^о двухпо-

люсника, реализующего, соответственно, модель резонанса напряжении (РН) пли модель резонанса токов (РТ), должен производиться в зависимости от свойств СЭС в используемой частотой полосе. Такая идентификационная модель с адаптивной настройкой структуры наилучше.: образом соответствует сформулированным выше требованиям, т.к. для воспроизведешш резонансных явлений попользуются элементарные схемы замещения СЭС с минимальным количеством настраиваемых параметров.

Модель РН (рис. I) мокко интерпретировать как схе:.гу замещения трансформатора связи с энергосистемой,, который питает нелинейную нагрузку в узле среднего напряжения СЭС от энергосистемы с бесконечной мощность» через включенное последовательно эквивалентное еыког.тное сопротивление воздушной линии. Аналогично, модель РТ мок-но интерпретировать как П-образную схему замещения воздушной линии, Питающей нелинейную нагрузку от системы с бесконечной мощностью.

1«

I?

им

т

I?

и«

г

Рис. I. Модели резонанса напряжений и резонанса токов

Настраиваемые параметры модели РН связаны с регистрируемы:.® в исследуемом узле напряжением и током нелинейной натрузки пнтегро-диФ1'ерекциадьншл уравнением:

-jrjLW.it. (1)

Параметры модели РТ связана с током и напряжением нелинейной нагрузи! дифференциальным уравнение«:

Задача идентификации ЧХВС. С^С в используемой частотной полосе сформулирована как задача минимизации квадратичного критерия качества илентийикяции: т

. Ш = 'Н^ - ^ А) ^ - тШ, (3)

где И*( 1 ) - напряжение, измеренное в исследуемом узле СЭС; ц напряжение на входе модели, определяемое в соответствии с ураане-

ниши (I) ад! (2); Х= (R,L, С ) - вектор параметров модели; Т- период регистрации сигналов напряжения и тока в исследуемо:,i узле. Решение этой задачи осуществляется путем соответствующей настройки структуры и параметров предложенной идентификационной .модели. При заданной структуре модели (модель И! или РТ) идентификация ЧХВС сводится к решению задачи оптимального параметрического синтеза соответствующей модели.

Проведен анализ условий оптимальности критерия качества идентификации при использовании моделей РН и РТ, При помощ критерия Сильвестра установлено, что для модели PIÏ критерии качества является выпукло;: квадратичной функцией и, следовательно, задача оптимального параметрического синтеза модели P1I имеет единственное решение, соответствующее минимуму этой функции. Для модели РТ критерий качества является пешпуклоИ одноэкстремальной функцией, стационарные точки которой соответствуют либо точке минимума, либо седловьш точкам. Т.е. задача оптимального параметрического синтеза модели РТ также имеет единственное решение, при пояске которого необходимо учитывать, что достаточные условия оптимальности не выполняются в окрестностях седловых точек минимизируемой функции.

Третья глава посвящена разработке и исследованию алгоритмов идентификации ф№С СЭС.

Задача идентификации ЧХВС СЭС в исследуемом диапазоне частот может быть решена при помощи алгоритмов, объединяющих следующее основные процедуры. Во-первых, процедуру выделения, диффере!:цпрова-• ння и интегрирования мпговенных значений сигналов напряжения и тока в частотной полосе, содержащей несколько спектральных составляющих' зощщрующего тока. Во-вторых, процедуру оптимального параметрического синтеза моделей РН и РТ в используемой частотной полосе. В-третьих, процедуру выбора структуры и расчета Ч2ВЗ модели, частое яые свойства которой наилучшим образом соответствуют свойствам СЭС в используемой полосе.

Рассмотрены способ" цифровой фильтрации регистрируемых в исследуемом узле СЭС несинусоидальных сигналов напряжения и тока. Показано, что эффективность цифровой обработки сигналов может быть повышена если, вместо пряло го вычисления свертки сигнала о импульсной характеристикой фильтра во временной области, вычислять произведение-спектра сигнала и передаточной характеристики фильтра в частотной области. Численное дифференцирование и интегрирование сигналов также целесообразно производить в частотной области путем умножения

спяктралышх составляющих этих сигналов на соответствующие комп-лаксше коэффициенты. Предложен алгоритм, реализующий полосовой фильтр с перестраиваемой полосок пропускания на основе применения эффективной процедуры быстрого преобразования Сурье.

Оптимальный параметрически!! синтез моделей ЕЛ п РТ осуществляется путем обработки экспериментальной информации, полученной в полосе пропускания цифрового фильтра, и заключается в определении параметров , Ь и С , минимизирующих критерий качества идентификации 'Я). Задача оптимального параметрического синтеза модели РЕ моквт быть сформулирована к решена как линейная задача о наименьших квадратах. Для этого, из последовательностей мгновенных значений сигналов, полученных .на выходе цифрового фильтра, формируется переопределенная система из N уравнений модели (система условию: уравнений). Эта система преобразуется в систему из трех • нормальных уравнений с тремя неизвестными, которая в матричной форме записи шлеег вид:

АтАх = АтВ,

где X - вектор параметров модели; А , & - соответственно, матрица коэффициентов и вектор правых частей пере определенно;! системы. При N равном количеству временных выборок регистрируыых сигналов за целое число периодов основной частоты сети, с учетом свойства ортогональности синусоидальных функций, часть коэффициентов системы (4) обращается в ноль. В результате, параметр может быть непосредственно получен из первого уравнения системы (4), а параметры Ь и с определены■из совместного реаония второго и. третьего уравнений этой системы.

Оптимальный параметрический синтез модели РТ представляет собой задачу нелинейной оптимизации, единственное решение которой"мояет быть получено приближенно прп помощи итерационной процедура. Для решения этой задачи предложен алгоргтм, основанный на применении модифицированного метода Ньютона, в котором направление спуска на К -ой итерации Ьк определяется из решения системы линейных уравнений: у

где ?Г(ХК) -градиент критерия качества идентифшсации; даагонапышй и треугольный факторы Холесского для положительно определенной матрицы Гессе у2р(Х,к) • эта матраца связана с исходной матрицей Гессе V2 р^Х,^ критерия качества следующим образом:

v*Fog = v'Fog+E*. ев)

Значения элементов неотрицательной диагональной матрицы Ек определяются при помощи численно устойчивой процедуры расчета факторов Холесского и равны нулю, в тех случаях, когда исходная матрица Гессе положительно определена. Факторизация Холесского гарантирует положительную определенность матрицы Гессе на каждой итерации и, следовательно, обеспечивает сходимость к решению при наличии седлов«х точек у минимизируемой функции. Аналогичный алгоритм монет быть применен для оптимального паршлетрпческого синтеза модели РН. Поскольку в этом случае критерий качества является выпуклой квадратичной функцией, то при любых начальных приближениях параметров модели поиск оптимального решения будет производиться за одну итерацию.

Выбор структуры идентификационной модели в используемой частотной полосе производится путем определения меньшего из двух значений критерия качества идентификации, полученных в результате оптимального параметрического синтеза моделей РН и РТ.

Кроме рассмотренных процедур, разработанные алгоритмы идентификации содержат операции масштабирования перемеишх, улучшающие обусловленность решаех.их систем линейных уравнении, и операции предназначенные для изменения положения и ширины полосы пропускания цифрового фильтра в пределах исследуемого частотного диапазона.

Предложены два алгоритма идентификации ЧХВС СЗС. Особенность первого состоит в том, что ширина полосы пропускания цифрового фильтра выбирается в интерактивном резкие в соответствии с имеющейся априорно;: информацией о ЧХЗЗС л остается постоянной во всем исследуемом частотном диапазоне. Второй алгоритм основан на автоматической регулировке ширины полосы пропускания цифрового фильтра в зависимости от относительной величины критерия качества идентификации. Зто позволяет за счет выбора оптимальной ширины полосы пропускания наилучшим образом использовать свойства предложенных моделей при идентификации ЧХЗС в каждом конкретном узле СЭС.

При помощи численного моделирования на 2В.М исследована эффективность применения предложенных моделей я алгоритмов идентификации в условиях зашумленности экспериментальной информации случайной помехой. Показано, что по сравнению с известными моделями идентификации предложенные модели позволяют аппроксимировать резонансные изменения ЧХВС в относительно больших интервалах частот

(200 - 300 Щ) без ощутимых похерь в точности вызываемых эффектом сглакгаанпя. Т.к. при увеличении ширины используемой частотной полосы имеет .место увеличение частотной избыточности экспериментально:! информации, то точность идзнтпфпкации повышается и за счет соответствующего увеличения отношения сигнал-помеха. При заданных условиях проведения вычислительного эксперимента использование разработанного метода идентификации позволило уменьшить относительные погрешности оценки входного сопротивления в среднем в 2 - 3 раза, а среднеквадратичные отклонения ЧХВО в 1,5 - 2 раза, по сравнению с методом, оскозалннм на применения Р - Ь - модели. Причем, на частотах близких к резонансным относительше погрешности были уменьшены в 5 - 10 раз.

В четвертой главе рассмотрены вопросы применения предложенных алгоритмов идентификации для выбора параметров резонансных фильтров (Г®) высших гармоник. Проведен анализ эффективности фильтрации высших гармоник с учетом влияния ЧЖЗ СЗС на настрош-у РФ. С этой целы рассмотрена упрощенная схема замещения СЗС на частоте фильтруемой гар;.;оникк, в которой нелинейная нагрузка представлена источником тока этой гармоники, а питающая СЭС и РФ представлены.в виде соединенных параллельно полных входных сопротивлений. Эффективность фильтрации оценивалась двумя показателями: величиной фильтруемо!! гармонию: напряжения на зажимах нелинейной нагрузки и величиной потерь активной мощности в питающей СЭС и цепи РФ на частоте этой гармонию В результате исследования первого показателя как функции реактивной сопротивления .Р£ установлено,, что амплитуда фильтруемой гармоники

напряжения имеет минимум при значении этого соиоотивлониЛ 4

-, (7)

где 1с, Хс и 1<р, - активные и реактивные составляющие

полных входных' сопротивлений на частоте фильтруемой гармошки, соответственно, питающей СЭС и Рй, Аналогачно, для второго показателя эффективности фильтрации установлено, что потери активной мощности на частоте фильтруемой гармоники минимальны при

_ 1

X* = 2Хл[-(1/с+ гс+ - Хс\) -

Таким образов, с учетом ЧХВС С ОС предложены два метода оптимальной настройки Р5, оспозпннех на определении реактивного сопротивления фильтра в соответствии с шракз.шями (V) и (С). Пр:т использовании этих методов частота резонансной настройки ультра будет смещена от частота фильтруемой гар.лошпш в сторону низких частот, если вводное сопротивление СЭС имеет индуктивный характер, и наоборот, в сторону высоких частот, если это сопротивление имеет емкостный характер.

Лля сравнения эффективности фильтрации шешх гармоник при настройке анльтра з резонанс на частоту фильтруемой гармогсгеи (показатели эффективности обозначены и :т дР ) и при его настройке в соответствии с предлогеиными методами (показатели эффективности - II и дР ) рассмотрены относительные показатели эффективности фильтрации и*= и/и' и1 дР*=дР/дР', записанные через сопротивления схе;лы замещения СЭС. О целью'определения обобщенных оценок эффективности фильтрации введенн отношения: X /1 !

&=\1С\/Х91 "?=1гс|/Хн . где , Хн - соответственно, .модуль полного входного сопротивления питающей СЬС п сопротивление нелинейпой нагрузки на частоте фильтруемой гармонл::л.Построены зависимости и для предложенных

методов оптимальной настройки Ш и определены соотношения между сопротивлениями схемы замещения, при которых применение этих методов позволяет получить наибольший эффект. Показано, что в зави-слмостз от значений этих соотношений амплитуда фильтруемо!! гармо-никп полет быть уменьшена на I ... 13^,' а потери активной мощности на 2 ... оСГ?, по сравнению с настройкой фильтра в резонанс на частоту гармоники.

Предложен способ управления резонансны;.! фильтром в СЭС. Способ основан па автоматической настройке фильтра, которая производится ч идентичны.'и, незавпсимш.и циклами. В каддом цикле настройки выполняются следующие операции: в заданной частотно!! полосе одновременно измеряют напряжение на закимах нелинейной нагрузки и токи в цепях этой нагрузки и В1>; определяют полные входше сопротивления СЭС и на частоте фильтруемой гармоники; устанавливают новое значение реактивного сопротивления Р5, которое вычисляется в соответствии с выражением (7). Предложенный способ обеспечивает оптимальную настройку РЗ и, следовательно, позволяет уменьшить потери электроэнергии и повысить ее качество при различных изменениях в режиме работы СЭС и отклонениях параметров самого фильтра. Способ

зачищен авторским свидетельством на изобретение.

Представлен! результаты экспериментальных исследовании частотных характеристик в СЪО цинкового завода полиметаллического комбината. Отмечено хорошее совпадение результатов эксперимента и результатов расчета ЧХЗС по паспортным данным электрооборудования (рассматривалась схема замещения СЗС, содержащая II узлов и 4С ветвей) при определении резонансных частот CSG. На примере преобразовательной подстанции цинкового завода произведен расчет оптимальных параметров РФ. Рассмотрены два способа настройки РЗ, оптимизирующих работу СЗС на частотах высших гармоник. Б первом случае в качестве критерия оптимальности использовался минимум коэффициента кесгтнусоидальности напряжения на шинах подстанции, во втором - минимум потерь активной мощности на частотах высших гармони:'. Расчет оптимальных параметров РФ производился при помощи итерационной процедуры, реализующей метод покоординатного спуска. Показано, что для рассматриваемой подстанции наиболее предпочтительным способом настройки является настройка по критерию минимума потеиь активной мощности. В этом случае, по сравнению с настройкой фильтров в резонанс на частоты II и 13 гармоник, при небольшом уменьшении коэффициента несинусоидальности'напряжения потери активной мощности на частота* высших гармоник уменьшаются в 2,3 раза.

В приложениях приведены аналитические шгшания для определения значений первых и вторых частных производных кштерия качества идентификации; представлен вывод выражений для определения относительных показателей эффективности фильтрации высших гармоник с учетом сопротивления нелинейной нагрузки; представлен акт внедрения результатов работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ РАБОТЫ И ШВОДЦ

1. Показано, что достоверность экспериментального определения ЧХВС СЭС можно повысить путем использования неспектральных методов

.^дептифпкацпи, основанных на применении моделей, структура которых позволяет адекватно воспроизводить резонансные явления в СЭС на частотах высших гармошке.

2. ïla основе априорной информации о структуре и частотных свойствах СЗС сформированы обобщенная стпуктурная схема СЭС промышленного предприятия с нелинейными нагрузками п ее схема замещения на частотах шемих гармоник. Определены условия возникновения резонан-

сных режимов в узлах лодкгаченпя нелинейных нагрузок и элементы СЭС, оказывающие наибольшее влияние на формирование частотных характеристик.

3. Предложена идентификационная модель СЭО, представляющая собой пассивный линейный двухполюсник, структура которого в зависимости от свойств СЭС в используемой частотной полосе соответствует либо последовательному резонансному контуру - модели резонанса напряжений, лабо параллельному резонансному контуру - модели резонанса токов.

4. Проведен анализ квадратичного критерия качества идентификации. Установлено, что задача оптимального параметрического синтеза предложенной идентификационной модели является задачей выпуклого квадратичного программирования для модели резонанса напряжений и одноэкстремальной задачей невыпуклого программирования для модели резонанса токов.

5. Разработаны алгоритмы идентификации ЧХЗС G3C, осуществляюсь выбор структуры идентификационно;* модели и ее оптимальный параметрический синтез для последовательности частотных полос, в которых экспериментальная информация выделяется при помощи цифрового фильтра с фиксированной или регулируемой шириной полосы пропускания. Алгоритмы реализованы в виде ш.гплексо программ для шк-

1 роЖ.

6. С помощью вычислительного эксперимента исследована эффективность- применения предложенных алгоритмов идентификация '-ШЗС СЭС в условиях'зашумленности экспериментальной информации случайными помехами. Показано, что по сравнении с известными алгоритмами идентификации предложенные алгоритмы обеспечивают более высокую точность определения ЧХВС.

7. Предложены методы настройки резонансных фильтров высших гармоник с учетом ЧХВС ^ЭС з узла присоединения нелинейной нагрузки, основанные на использовании аналитических выражений для определения оптимальных значений реактивного сопротивления фильтра, минимизирующих амплитуду напряжения и потери активной мощности на частоте фильтруемой гармоники.

С. Разработан" способ управления резонансным фильтром высшей гармоники в СЭС.

9. Проведены теоретические и экспериментальные исследования, показавшие эффективность применения предлоганкнх методов оптимальной настройки резонансны* фильтров. Произведен расчет оптимальных

параметров резонансных фильтров для преобразовательной подстанции цинкового завода полиметаллического комбината.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Розенов В.И., Кириченко А.Н., Тиссен В.В. Результаты экспериментального определения частотных характеристик узлов системы электроснабжения // Повышение качества электрической энергал в промышленных электрических сетях.-М.гМДЕПП, 1902.-С.162-164.

2„ Розенов В.И., Кириченко А.Н. Алгоритм;идентификации частотных характеристик'узлов нагрузки ЭЭС // Изв. вузов. Энергетика.-19ЬЗ:-£2.-С.34-%: ' •

3. Розенов З.И., Кириченко А.Н. Использование частотней характеристики сети для уменьшения потерь электроэнергии // Рациональное использование электрической энергии на предприятиях нефтехимических комплексов / Тезисы докладов.-Омск, 19С4.-С.23-25. '

4. Розенов'В.И., Кириченко А.Н. Влияние частотной характеристики сети на эффективность Фильтрации высших гармоник // Надежность и экономичность электроснабжения нефтехимических заводов / СмПШ-Огск, 1384.-С; 76-79.

5. Кириченко А.Н. „ Розенов В.И. Исследование на ЭВМ частотных характеристик системы промышленного электроснабжения / ОмПП,-Омок; 1ЭВ5. Деп; в Информэнерго; й 1838 эн-85,-14 с.

6. Розенов В.И., Кириченко А.Н. Анализ эффективности фильтрации высших гармоник резонансными фильтрами // Надежность и эко-нгаличность' электроснабжения. нефтехимических заводов / ОлЙ'.-Шск; 1987.-е.Ю&чЦЗ.

7. ^иркченко А.Н. в йлюнин Ю.И. К экспериментальному определению частотных характеристик вводного сопротивления систем электрс снабжения // Надежность и-экономичность электроснабжения нефтехимических заводов / СМШ.-Сыск, 1987. - С.ЦЗ-118.

8. Розенов В.И., Кириченко А.Н. Способ управления фальтрш вдешей гармоники в системе электроснабжения // Авт.свид. СССР 5 1458926, 1988. ' ;

9. Кириченко А.Н. Моделирование резонансных режимов системы электроснабжения при решении задачи, оперативной вдентифккации час тотных характеристик входного сопротивления // Исследование элеко ромагнктно!: сошесишости в системах электроснабжения / СиПИ.-Смск, 19Э0.-С.37-39.