автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Моделирование и контроль режимов работы электрооборудования

^НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАНШ»! (КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)

На правах рукописи

АЛИ Ибрахим Ахмед

/ (Ирак)

УДК 621.311

МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических ваук

Киев - 1990

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УКРАИНЫ (КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ)

На правах рукописи

АЛИ Ибрахнм Ахмед

(Ирак)

УДК 621.311

МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОНТРОЛЬ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени кандидата техническая неук

Киев - 1996

Диссертация является рукописью

Работа выполнена на кафедре Электроснабжения Национального технического университета Украины "Киевский политехнический институт" (НТУУ "КИИ").

Научный руководитель — Кандидат технических наук,

доцент Ю.И.ШУЛЬГА

Официальные оппоненты — Доктор технических наук,

старший научный сотрудник

В.Н.АВРЛМЕПКО

Кандидат технических наук, доцент

Н.1ШЕЧЕНИК

Ведущая организация — АОТ "Киевпромэлектроироект"

Защита состоится " И " А Та 1996г. в ^ часов на заседании специализированного совета К 01.02.04 в Национальном техническом университете Украины (КПИ), корп. 22 , ауд. 6ОЗ..

Отзывы (в двух экземплярах) на автореферат , заверенные печатью учреэкдения, просим направлять по адресу:

252056, Киев-56, проспект Победы, 37, КПИ, Ученому секретарю. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального технического университета Украины (КПИ).

Автореферат разослан "03 " Срё/э^й. 1996г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.т.н., доцент

^^ _ В.В.Проконешео

Общая характеристика работы

Актуальность _ проблемы. Среда важнейших проблем повышения эффективности функционирования систем электроснабжения является повышение их надежности за счет совершенствования методов управления режимами.

Использование сложившейся методики по теории надежности, которая рассматривает функционирование объекта на основе физических, энергетических и информационных подходов, когда резким работы подлежит измерению и не является абстрактным и усредненным на множестве объектов позволяет решить задачи распознавания предаварийных и аварийных режимов.

Электромеханические процессы и системах электроснабжения связаны с изменением качества электроэнергии. При изменении режима происходит перераспределение потерь напряжений на всех участках сети производственной системы пропорционально их сопротивлениям.

В процессе эксплуатации электрооборудования давно доказана необходимость и показана возможность применения микропроцессорной техники для организации сбора и передачи информации о режимах работы электрооборудования, элементов СЭС.

Цепью^ диссортаццонной работы является повышение эффективности функционирования электрооборудования за счет повышения достоверности принимаемых решений в условиях автоматического контроля параметров режима их работы.

В диссертации решалась следующие основные залечи.

1. Проведен анализ существующих средств контроля работы электрооборудования производственной системы на основе практики Украины и зарубежных стран.

2. Проведен анализ методов дискретизации сигналов и разработан новый метод оптимальной дискретизации непрерывных параметров режимов работы электрооборудования.

3. Разработал метод распознавания режимов работы электрооборудования.

4. Разработаны технические средства контроля режимов работы электрооборудования, реализующие предложенные методы. Автор защищает,

1. Метод оптимальной дискретизации непрерывных параметров режима работы электрооборудования, позволяющий использовать его для решения задачи непревышения заданного уровня, а также с учетом ограничений по точности, быстродействию и реализации его ка базе микропроцессорной техники.

2. Алгоритм распознавания режима работы электрооборудования базирующийся на эталонных образцах, режимов и использующий нелинейное преобразование Лежандра.

3. Обобщенную структуру системы контроля режимов потребителей электроэнергии.

Методы исследований. Методологическую основу диссертационной работы составляет теория вероятности и математическая статистика, теория распознавания образов, теория релейной защиты и автоматики.

Научная новизне исследований состоит в следующем.

1. Предложен подход к оптимальной дискретизации непрерывного режима работы электрооборудования с учетом ограничений по быстродействию и точности.

2. Разработан алгоритм распознавания режима работы электрооборудования с помощью полиномов Лежандра, отличающийся более экономичным по вычислительной процедуре, что позволяет применять его в случае контроля в реальном масштабе времени.

3. Разработана обобщенная структура системы контроля режимов работы потребителей электроэнергии.

Пр5«тнческ«я„ ценность р9боть1 заключается в разра ботке методов и методик, вычислительных алгоритмов с точки зрения использования их для распознавания режимов работы электрооборудования. Использование подходов рассмотренных в работе позволило разработать обобщенную структуру системы контроля режимов работы электрооборудования.

РеалмзгНгИЯ результатов работы, Результаты диссертационной работы положены в основу разработки технического

задания на создание релей и ой защиты на основе микропроцессорной техники угольных шахт.

Апробзцня. реботы. Основные положения работы и ее отдельные результаты докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава Киевского политехнического института в 1992 - 1994 гг.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 3 печатных работы.

Структура^ м_-0бьем_-РЯб0ТЫ. Диссертационная работа содержит //¿7 страницы машинописного текста, 21 страницу рисунков и таблиц, список литературы состоит из ■/о'? наименований.

В первой главе проведен анализ основных подходов по повышению эффективности работы элементов СЭС, описана классификация режимов. Проанализирована возможность различных методов дискретизации непрерывных процессов в СЭС. Проведен обзор существующих методов распознавания режимов, определены их характерные особенности, положительные характеристики и недостатки. Проведен анализ существующих средств контроля и защиты элементов систем электроснабжения.

Во. второй главе предложен метод оптимальной дискретизации, позволяющий адекватно отобразить непрерывный сигнал.

В_тротьеЙ Г лапе рассмотрен метод распознавания режимов, базирующийся на методе нелинейного преобразования.

В четвертой гпаве раэработаиА система контроля режимов работы элементов СЭС, обоснован выбор принципов построения системы контроля.

В_заключении сформулированы основные выводы и

результаты работы.

Основное содержание работы

Исследования по управлению режимами работы систем электроснабжения (СЭС) промышленных объектов получили широкое развитие в последние годы и направлены на повы-

г-в-гчв

б

шение надежности на различных временных иерархических уровнях.

В основе большинства методов построения систем контроля режима работы объектов электроэнергетики лежит применение методов управления в енергетике, в развитии которой большую роль сыграли исследования В.А.Веникова, Ю.В.Гука, И.В.Жежеленко, В.Д.Лепорского, А.ВЛТрахошшка, М.Н.Розаиова, Ю.Н.Руденко, В.Л.Семенова, С.А.Совадова, С.А.Ульянова, Р.Я.Федосенко и др.

Объектом контроля рассмотренным в работе является релсим работы потребителей электроэнергии, который определяется значениями активной и реактивной мощности, токами и напряжениями. В работе рассмотрен класс режимов работы потребителей промышленных объектов, к которым относятся: нормальный, утяжеленный, «аарийный и поепеввармймын режимы.

Анализ проведенный на примере угольных шахт Львовско-Волынского бассейна позволил установить законы распределения мощности короткого замыкания и сопротивления распределительных сетей. Статистические характеристики сопротивлений приведены в таблице 1.

Результаты проверки гииотен согласия экспериментальных параметров и теоретических законов приведены в таблице 2.

Таблица 1

Статистические характеристик»« Протяженность сетей, м Активное сопротивление, МОм

Математическое ожидание 3597 1119

Дисперсия 3572957 355247

Коэффициент вариации, % 52,53 53,25

Среднее абсолютное отклонение 1549 467

Максимальное значение 1000 3670

Минимальное значение 350 164

Ассиметрия 0,468 1,022

Эксцесс - 0,107 1,468

Таблица 2

Параметр сети Критерий Расчетное значение Табличное значение

Протяженность распределительной сети, 1-рс Пирсона 48,32 19,68

Колмогорова-Смирнова 1,844 1,948

П-квадрат 0,234 -

Активное сопротивление, Ню Пирсона 10,14 14,07

Колмогор ова-Смирнова 0,176 0,469

П-квадрат 0,0364 -

Физический процесс режима работы приемников электроэнергии является непрерывной функцией времени. Для измерения и дальнейшей обработки непрерывного сигнала с помощью цифровых технических средств необходимо исследуемый ре л сим преобразовать в дискретную форму.

Проведен анализ и исследование основных методов дискретизации непрерывных сигналов. Показано, что равномерная дискретизация, принципы которой были рассмотрены, часто ведет к избыточности проводимых отчетов, особенно при исследовании экстремумов. Проведенный анализ показал, что существующие методы дискретизации приводят к выбору неоправданно малых значений шага дискретизации.

Поэтому предложен подход и алгоритм к определению шага дискретизации, основанный на определении функции распределения длительности выброса процесса изменения тока за некоторый установленный уровень.

Предложенный алгоритм позволяет обеспечить фиксацию превышения заданного уровня н обеспечить надежный контроль случайного изменения тока при приближении к заданному уровню.

Разработанные в настоящее время технические средства контроля режима потребителей электроэнергии ориентированы только на распознавание аварийной ситуации в виде ко-

ропсих замыканий и выполняют функции релейной защиты. Проведен анализ технических средств на базе микропроцессорной техники фирм Westing House (США), Strombery (Финляндия), CEGB (Великобритания), EDF (Франция), Белорусского политехнического института.

В диссертационной работе рассмотрен подход к распознаванию нормального, пред аварийного, аварийного и утяжеленного режимов работы объекта.

Задано множество М режимов со. На этом множестве

«

существует разбиение на конечное число классов ii, М ~ U Ц.

Режим задается признаковым пространством в виде временного сигнала Xi. При этом набор X/ всегда выбран одной длины для всех режимов.

Задача распознавания режима СЭС со стандартной информацией состоит в том, чтобы для данного объекта «о и набора классов £Xi,...,ilm по обучающей информации Io(iii,iira) о классах и описанию 1(ш) определить принадлежность к классу.

Для формализации понятия сходства близости с эталоном /-го класса, характеризующаяся свойствами:

1). d(x,Zj) 2: О,

2). d(x,Zi) = d(zhx),

3). d(Zi,Zi) > d(x,z,),

где d(x,Zi) - расстояние между текущим режимом и эталоном.

В признаковом пространстве расстояние между текущим процессом и эталонным определяется как

d=fo{x(t)-z(t)Ydt,

где x(t} - сигнал текущей работы, z(t) • эталонный режим.

Сигнал признакового пространства подвергается нелинейному преобразованию и в качестве меры сходства используют функционал

где /р - оператор преобразования.

В у-й класс входят те функции преобразованные координаты которых отличаются от преобразованных координат некоторой заранее выбранной эталонной функции па величину С/, определенную допустимыми предельными отклонениями параметра режима СЭС от споих зядянпых значений:

В качество критерия эффективности преобразования использовалось отношение

которое характеризует разделимость режимов отдельных классов.

Признаковое пространство {х(1)} нормировалось в интервале [0,1] и было предварительно линейной комбинацией полиномов Лежандра

м

где I) - полиномы Лежандра, удовлетворяющие уело вию ортонормировашюсти

где О - коэффициент разложения.

Множественная задача преобразования оператора второго порядка распространена на преобразования произвольного порядка.

х(г) е {х,(г)), если, А < и, ) = 1 >п .

м

Пространство преобразованных функций есть совокупность результатов преобразования второго порядка и тогда входной величине режима х(соответствует выходная функция

[*(*)]= Л+ +.

Коэффициент преобразования второго порядка над множеством линейных комбинаций полиномов Лежандра. Если эталонная функцпя представлена рядом

1-0

тогда граничная функция принадлежащая первому классу записывается

т <=0

Если функция Хк( I) не принадлежит первому классу, и если значения отклонения коэффициентов ее разложения в ряд Лежандра ие меньше чем О, тогда граничная функция второго класса равна

¡=0

где Ы £. и - заданная величина отклонения.

На основании опыта технических разработок и проведенного анализа разработана система контроля режимов работы потребителей электроэнергии. Показало, что оперативность получения информации в значительной мере зависит от пропускной способности каналов связи. Проведен анализ многоканальных систем передачи информации с фиксированным распределением пропускной способности каналов связи между источниками сообщений и адаптивных систем. Показано, что для построения проектируемой системы контроля режимов работы потребителей более аффективным является адаптивный подход передачи данных, позволяющий исключить сообщения, не представляющие интереса.

Исследованы адаптивиые системы с асинхронно-циклическим обслуживанием без буферной памяти и с буферной памятью. Показано, что для уменьшения потерь информации целесообразно использовать системы с буферной памятью.

На основании принятого адоптивного принципа построения систем с буферной памятью и принятого многочастотного метода передачи данных разработана обобщенная структура системы контроля режимов работы потребителей электроэнергии, показанная на рис.1.

Разработанная обобщенная структура системы контроля резки мов работы электропотребителей предполагает как многоканальный опрос датчиков так и мопоканаль-

ный Дп, Для объединения каналов используется многочастотная модуляция сигналов.

Предложенная структура системы достаточно гибкая и позволяет реализовать любые алгоритмы работы, имеет высокую степень адаптивности к изменению условий (уровень нормальных и аварийных режимов работы злсктропотребн-телей).

Заключение.

В диссертационной работе решена актуальная научная задача - контроль режимов потребителей электроэнергии.

Выполненные исследования позволили полутать научные и практические результаты, которые сводятся к следующему.

1. Проведены исследования и анализ украинских н зарубежных средств контроля режимов работы потребителей электроэнергии.

2. Разработана методика оптимальной дискретизации непрерывного режима работы электрооборудования с учетом ограничения по быстродействию и точности,

3. Разработан алгоритм распознавания режимов работы потребителей электроэнергии, использующий полиномы Лежандра.

4. Разработана обобщенная структура адаптивной системы контроля режима работы потребителей электроэнергии.

№

Коммутатор •а-—

и Еш

АЦП <1— yt.jp«>

о

БЗУ <з—

АЦП

зх

БЗУ

Блок

Псрсдстчка

свези

Прмемннх

ПИ

БОИ

-О М.

БИР

ИО

- ЛОТВв»! кентро|»фу«мых параметров

Р|._4Ч_Л - рнуюпсры мпснсюносги поток« отсчетов

АЦП - виясго-цкфровой (феобрюомталь

БЗУ - бпом мпоммквждоо устройства

БОИ - 6ш обработки мнформацм«

Ш? - бяои мидюищж к регистрации

НО - йспоикитсяыже оргшы

Рис.1 Обобщенная структура системы контроля режимов работы потребителей электро-акергии.

J3

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 3 печатных работы.

1. Контроль режимов функционирования систем электроснабжения промышленных предприятий./ Ю.И.Шульга, Али Ибрахим Ахмед; Киев, политехи, ин-т. -Киев, 1994, - 7с. - Бпблиогр.: 2 назв. - Рус - Деп. в ГНТВ Украины, №1219.

2. Информационная модель САПР электроснабжения./ Ю.И.Шульга, Али йбрахпм Ахмед; Киев, политехи, кн-т. -Киев, 1994, - 12с. - Библиогр.: 3 назв. - Рус - Деп. в ГНТВ Украины, №731.

3. Описание базы данных САПР электроснабжения./ Ю.И.Шульга, Али Ибрахим Ахмед; Киев, политехи, инт. -Киев, 1994, - 7с. - Библиогр.: 3 назв. - Рус - Деп. в ГНТВ Украины, №732.

Abstract

All IBRAHIM AHMED

"Modelling and control of types of operation for electrical equipment", a manuscript to awarde the degree of Candidat of technical sciences.

05.09.03 "Electrotechnical complexes and systems, including their control and regulation".

National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic

Institute"

Kyiv 1996

The main ideas and results are:

1. It is carried out analyse of the existing means of electric equipment work control;

2. It is carried out analyse of the methods of signal discretization and developed new methods of optimal discretization continuous parameters of electrical equipment regimes;

3. It is developed method of recognising of electrical equipment work regimes;

4. It is developed technical means of control of electrical equipment work regimes, that realise proposed methods.

Ашюгация

АЛИ Ибрахим Ахмед

"Моделирование и контроль режимов работы электрооборудования", рукопись на соискание ученой степени кандидата технических наук.

06.09.03 "Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование".

Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт". Киев 1096г.

Б диссертации решались следующие задачи:

1. Проведен анализ существующих средств контроля работы электрооборудования.

2. Проведен анализ методов дискретизации сигналов и разработан новый метод оптимальной дискретизации непрерывных параметров режимов работы электрооборудования.

3. Разработан метод распознавания режимов работы электрооборудования.

4. Разработаны технические средства контроля режимов работы электрооборудовании, реализующие предложенные методы.

Ключевые слова: режим, интервал дискретизаци, контроль, роип1зкавання режиму, синтез адаптивно! системи.

Автор '""-о. АЛИ Ибрахим Ахмед