автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка алгоритмов расчета несинусоидального режима при учете взаимовлияния нелинейной нагрузки и электрической сети по методу гармонического баланса

РГ6 од

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ .ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КАРТАСИДИ Николай Юрьевич

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ РАСЧЕТА НЕСИНУСОИДАЛЬНОГО РЕЖЮ/Л

ПРИ УЧЕТЕ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПО МЕТОДУ ГАРМОНИЧЕСКОГО БАЛАНСА

Специальность 05.14.02 - электрические станции

/электрическая часть/, сети, электроэнергетические систем: ] и управление ими /

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-П-.-тербург -

1993

Работа выполнена на кафедре "Электрические системы и сети" Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент Л А. КУЧУМОВ .

I

Официальные оппоненты - доктор технических наук, глаьный научный сотрудник В. А. АНДРЕЮК • ■ кандидат технических наук, В. Н. НИКИФОРОВА '

Ведущая организация - ЛО ВНИПИ "Тяжпромэлектропроект"

Защита состоится " ^ " 1993 г. в часов

■ на заседании специализированного Совета К 053.38.24 при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, главное здание; ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан

(г

мал

1993 Г.

Ученый секретарь спе циализирован ного совета К 063. 38. 24

К. Т. н. , доцент ' ■ • А. И. ТАДЖИБАЕВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТ

_ Актуальность проблемы. Минимизация высших гармони;? в электрических сетях является наиболее важной часть» проблемы электрона! ниткой совместимости электрооборудования. До недавнего времени опасные гармонические искажения напряжения, существенно превьшт-кие допустимч? по ГОСТ 13109-87 на качество электроэнергии б электрических сетях общего назначения, являлись относительно редким явлением и затрагивали, как правило, локальные районы промьгаленно-го электроснабжения ведомственного подчинения. 'В связи со все большим распространением мощной нелинейной нагрузки!, содержащей преобразователи для получения выпрямленного ток^а в электротехнологических установках, в электроприводе, в сварочном производстве и т. л. , недопустимые по нормам гармонические искажения выносятся за пределы ведомственных сетей и влияют на потребителей других ведомств, создавая у них определенный ущерб и увеличивая добавочные потери электроэнергии в питающей сети.

Б соответствии с разраОэташн.м в 1991 г. новым научно-техническим документом в част;: правил присоединения нелинейных потребителей к электрическим сетям и разработанными Методическими указаниями по расчету и анализу несимметричных и несппусоидатышх токов и напряжений в электрических сетях энергосистем, предполагается использование специализированных аттестованных программ расчета несинусоидальных режимов. Возросшие требования к точности и достоверности расчетов таких режимов делают разработку более совершенного соответствующего математического обеспечения актуальной задачей.

Настоящая работа направлена па совершенствование методик и разработку программного обеспечения по расчету квазиустановившихся кесинусоидальных регимов в электрических сетях, которые обладали бы ладейной сходимостью и высоким быстродействием при строго!.! учете взаимовлияния питающей сети и преобразовательной нагрузки, когда режим работы последней и генерируемый ею гармонический спектр тока корректно расчитывается при фактически возникающем искагенкн напряпгния в месте подключения нелинейной нагрузки.

Целями работы являются совершенствование методик расчета ква-зиустановившихся несинусоидальных режимов электрических сетей, которые обладали бы надежной сходимостью и высоким быстродействием при строгом учете взаимовлияния питающей сети и преобразовательной нагрузки, представленной не в виде источника токов высших гармоник, а при строгом моделировании электромагнитных процессов в преобразователе; создание программы расчета квазиустановившихся несинусоидальных режимов, реализующей вышеуказанные методики и позволяющей эффективно решать задачи по оптимизации несинусоидального режима; вклад в уточнение частотных зависимостей параметров силовых трансформаторов, в том числе экспериментальное определение зависимостей активного сопротивления и индуктивности рассеяния трансформатора от частоты.

Методы исследования. Использовались численные методы вычислительной математики при .решении систем линейных и нелинейных уравнений, теория и методы расчета квазистационарных электромагнитных процессов в преобразователях, частотный анализ электрических цепей

I

и методы зквивалентирования электрических систем.

Научная новизна. В порядке развития и совершенствования метода гармонического баланса применительно к расчетам несинусоидальных режимов предложен быстродействующий итерационный метод расчета потокораспределения на высших гармониках в электрической сети любой конфигурации при учете взаимовлияния нелинейной нагрузки типа управляемых и неуправляемых преобразователей и питающей сети при произвольных законе управления вентилями и схеме соединения обмоток преобразовательного трансформатора. Метод обладает быстрой и надежной сходимостью к решению, малой чувствительностью к выбору исходных приближений и численной устойчивостью.

Разработан алгоритм быстрого и надежного определения векторов задающих токов высших гармоник преобразовательной нагрузки в процессе численного решения нелинейных алгебраических уравнений, составленных с учетом гармонически искаженного питающего напряжения, схеме соединения обмоток преобразовательного трансформатора и граничных условий работы вентилей.

Разработана методика раздельно-последовательного расчета не-

синусоидального режима и частотных характеристик относительно узлов, в которых расположены компенсирующие и фильтрокомпенсируювде устройства, с целью обеспечения надежного и экономичного решения по выбору мероприятий снижения гармонических' искажений и уменьшения добавочных потерь мощности.

Выполнено расчетно-экспериментальное исследование зависимостей активного сопротивления и индуктивности силовых трансформаторов от частоты гармоники в диапазоне 20-2000 Гц, позволившее получить уточненные числовые данные об этих параметрах и о закономерностях их изменения от типа и мощности трансформатора.

Обоснованность и достоверность результатов расчета по разработанной программе подтверждается их совпадением с расчетами, полученными по апробированным аналитическим решениям для частных случаев и по программам, строго моделирующим электромагнитные процессы на основе решения единой системы дифференциальных уравнений, описывающих совместно питающую сеть и нелинейную нагрузку.

Практическая ценность работы. Предложенный алгоритм и программа позволяют по сравнению с существующими аналогами уменьшить время расчета режима, повысить точность и надежность получения решения при высоком-процентном содержании высших гармоник в спектре напряжения. Программа может использоваться при проведении "цифровых" экспериментов с выявлением долевых вкладов в ухудшение показателей качества электроэнергии всех подключенных к сети потребителей

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы преобразовательной техники" (г. Чернигов, 1991 г.), научно-техническом совещании "Автоматизированные системы диспетчерского управления и автоматизированные .системы управления предприятием в городских электрических сетях и на сетевых предприятиях" (г. Санкт-Петербург, 1991 г.) и на ^научно-методических семинарах кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ.

Публикации. По результатам работы опубликованы четыре статьи.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (95 наиме-

3

¡¡ований). Она изложена на 137 страницах машинописного текста, иллюстрирована 50 рисунками и содержит 12 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведен обзор алгоритмов и широко используемых в настоящее время программ расчета квазиустановившихся несинусоидальных режимов. В большинстве из них применяется упрощенная методика, которая подразумевает решение задачи в два этапа. На первом этапе расчета гармоники тока нелинейной нагрузки определяются с использованием аналитических формул или экспериментальных замеров; на втором этапе составляются расчетные схемы замещения внешней сети на всех учитываемых гармониках, а нелинейная нагрузка, спектр которой был определен на первом этапе, подключается в виде источника тока высших гармоник. Решение задачи в такой постановке часто приводит к ошибочному результату, связанному с неучетом реально имеющего место взаимовлияния нелинейной нагрузки с электрической сетью и с другими нелинейными потребителями.

Выполненный обзор показал, что наиболее эффективным и перспективным является метод гармонического баланса, основанный на совместном расчете установившихся режимов, как нелинейной нагрузки, так и внешней электрической сети. Расчет представляет собой итерационный процесс, который заканчивается при достижении на Ёсех учитываемых гармониках баланса токов между нелинейной нагрузкой и питающей сетью, обеспечивая тем самым строгий учет влияния результирующего гармонического искажения напряжения в узле подключения нелинейной нагрузки на генерируемый ею спектр высших гармоник.

Тем не менее, имеется ряд. практических задач, которые можно приближенно решить и при представлении нелинейной нагрузки в виде источников токов и ЭДС высших гармоник с фиксированным спектром, предварительно рассчитанным или определенным экспериментально. Например, при проведении многовариинтных расчетов несинусоидальных режимоЕ для решения задачи расстановки и выбора параметриь конденсаторных батарей и филътрокомпенсирующих устройств в электрических сетях различных классов напряжения и произвольной конфигурации це-4

дессюбрпзно на начальном этапе расчета плодить вышеуказанное допущение, с пооледутеим уточнением результата ымвлеиных предпочтительных вариантов.

Отметим, что в большинство программ, основанных на применении упрощенной методики, отсутствует сбалансированней расчет по первой гармонике, что вызывает затруднения по Фазировке векторов тока высших гармоник. Г1рп расчете несинусокдальных режимов в электрической систем'!, содоршцзй источники гармонических возмущений, включенные на сторонах высокого 1! низкого напряжений трансформаторов с различными группами соединения обмоток, не учитываются повороты векторов тока различных последовательностей при прохождении через трансформаторы.

Эти факторы предопределили разработку усовершенствованной программы расчета несннуссидального рекиш.

Для расчета нормального установившегося режима используется метод, основанный на решении уравнений без разделения на вещественные и мнимые составляющие, обладающий быстродействием и надежной сходимости) практически с любых начальных приближений и неоднородности параметров схем замещения электрической сети (метод разработан Д. 1,1 Конторовичем и Ю.В.Макаровым).

Идея метода основана на использовании уравнений установившегося режима в виде баланса токов:

■ ¡-I ••= \i-.jVj-Ui) Уи , я (1)

где узловая шшиость I -го узла, [Я , V) - комплексы напряжений в узлах I, и ] , - продольная проводимость ветви.

Итерационная формула записывается как:

= {■%}■? + У-ик ), (2)

где т - матрица узловых проводимостей.

После того, как рассчитан исходный установившийся режим электрической сети, фазы векторов высших гармоник корректируются относительно соответствующих векторов узловых напряжений первой гармоники, нагрузка замещается активно-индуктивными шунтами, а электрическая сеть - схемой с постоянными параметрами, соответствующими

той частоте, на которой производится расчет. Соотьстотвующа» этой схеме система алгебраических уравнений является линейной и для ее решения был выбран метод двойной факторизации. Этот же метод используется и при решении линейных уравнений на каждой итерации расчета нормального установившегося режима. В вычислениях участвуют только ненулевые элементы матрицы проводимоетей .

При выполнении процедуры двойной факторизации в матрице У появляются дополнительные ненулевые элементы, что приводит к увеличению затрат машинного времени. Для того чтобы минимизировать количество ненулевых элементов в работе была использована схема динамической перенумерации с применением критерия минимума дополнительных связей.

Известным способом повышения численной устойчивости алгоритм мов решения систем линейных уравнений является выбор главного (максимального по величине) элемента с такой последующей перенумерацией уравнений и неизвестных, при которой выбранный элемент становится диагональным, подлежащим исключению на данном шаге.

В рассматриваемом подходе алгоритмы определения порядка исключения уравнений и выбора главного элемента совмещены воедино.

В первой главе рассмотрены также схемы замещения элементов электрической сети на высших гармонике« и приведен обзор известных ло литературным источникам зависимостей параметров от частоты.

Двухобмоточный трансформатор предлагается представлять в виде последовательно соединенных идеального трансформатора с комплексным коэффициентом трансформации и комплексной проводимостью рассеяния уТри . Коэффициент Ктр>> записан в виде:

н тр\) = Нтр • е

где Кт/. = Увн/инн • Ыг}> - номер группы соединения обмоток трансформатора, £ - параметр, зависящий от последовательности чередования фаз соответствующей гармоники 1)1 I = 1 для V -- 1, 4, 7, .;. ; ^ - -1 для у) - 2, 5, 8, ... и £ - 0 для гармоник, кратных трем.

Математическая модель трансформатора построена на основе уравнений, связывающих токи в обмотках трансформатора с напряжени-6

ями на его зажимах. Инвариантность произведения 17'Г вдоль идеального трансформатора требует различия в комплексном коэффициенте трансформации для тока и напряжения. Связь между, токами и напряжениями обмоток высокого и низкого напряжений записывается в виде уравнений:

Ihhv> = fcrpi) -fai IW-(/т?»-йен'/Игр* , (

f [,,)> = -1н mi» / Ктр* = -^тр* if mi/ Ьвм/(1{тГ1г-Нтр*) .

Линии электропередачи и кабели могут быть учтены по известным формулам, отражающим распределенность их параметров.

Первая глава завершается описанием 'разработанной программы расчета несинусоидальных режимов ГАММА-1. Программа написана на языке ПАСКАЛЬ и предназначена для персональных компьютеров типа IBM PC. Количество учитываемых источников тока и ЭДС высших гармоник, а также количество узлов и ветвей расчетной схемы определяются только техническими возможностями применяемого компьютера.

Во второй главе изложен алгоритм и описание программы расчета несинусоидального режима ГАММА-2, построенной на методе гармонического баланса, применительно к широко распространенной нелинейной нагрузки типа мостовых преобразователей.

Итерационная формула при расчете режима аналогична (2) с той лишь разницей, что коррекция напряжения ведется на всех учитываемых гармониках, а в качестве задающих токов принимаются токи преобразователей, рассчитанные в соответствии с алгоритмом быстрого преобразования Фурье. Па, частоте первой гармоники в расчете учитываются аадаюше токи и от линейных нагрузок, представленных в виде мощностей. С учетом отмеченных особенностей итерационная формула представляется в следующей форме

иГ = й? - С Jiag (/ dif, ) Ify. ^ + Y, x (5)

где Yj - матрица узловых проводимостей, соответствующая V-ой гармонике, ¿¿ay (ija3.t)= Mag ( S/V +jn/i ) , diag (Irf.il) .

Функция J 2.4i не дифференциируема по комплексному аргументу, но в

качестве приближенного учета производных в матрице проводимости У^ предлагается следующий способ. Неаналитическая функция за-

меняется аналитической, являющейся наилучшим приближением исходной функции. Такой функцией является , производная

которой определена и может быть добавлена в матрицу проводимости у^ . Такая добавка способствует более надежной сходимости итерационного процесса. Параметры и У^ определяются путем решения системы уравнений на каждой гармонике

; <*)

- Ну» к

т V Л Г - Т <*'

где 1/;

I»

Т(*> * паи

1/Г1)= т

(6)

напряжения, определенные на К-ой и (К-1) ите-

рациях, Л.^ , - спектр тока преобразователя, соответствую-

щий гармоническому составу напряжения на этих итерациях.

Описана принятая базовая математическая модель управляемого преобразователя с шестипульсной схемой выпрямления и с учетом комплексного коэффициента трансформации преобразовательного трансформатора (рис. 1). Здесь параметр ОС-ь отвечает реактивному сопротивлению цепи переменного тока •преобразователя до его сетевых зажимов, которые являются точкой связи модели с внешней сетью. В данном узле производится гармонический баланс. Активное сопротивление преобразовательного трансформатора может быть при необходимости учтено во внешней сети. Цепь выпрямленного тока представлена \ активным сопротивлением Я, индуктивностью /.V и противоЭДС ЕV • Эта модель формируется путем составления и преобразования дифференциальных уравнений, записанных

Рис. 1. Схема преобразователя

на основе второго закона

Кирхгофа для всех независимых контуров в коммутационном и мелком-мутационном интервалах при допущениях о симметрии искаженного питающего напряжения и постоянной частоты следования управляющих импульсов. Такая система допущений позволяет вести анализ процессов в преобразователе в пределах интервала повторяемости в 60 электрических градусов, после чего результат распространяется на весь период. Определение постоянных интегрирования после решения дифференциальных уравнений производится исходя из условий непрерывности п коммутации токов. Система уравнений, дополненная условиями включения и выключения вентилей, а также выражением для постоянной составляющей выпрямленного тока, характеризует работу преобразователя в режиме 2-3 и полностью описывают его установившийся режим. Ввиду ограниченности места и громоздкости этих соотношений они здесь не приводятся.'

Каждое уравнение_, входящее в систему, является трансцендентным ввиду наличия тригонометрических функций, и для совместного их решения разработан специальный алгоритм, использующий метод Ньютона и секущих и позволяющий определять параметры режима преобразователя ( Хс/, К/, 04 . ) практически при любых искажениях питающего напряжения. После определения этих параметров, моделируются временные функции сетевого и выпрямленного тока на интервалах повторяемости и далее в соответствии с алгоритмом быстрого преобразования Фурье рассчитывается спектр гармоник тока, генерируемый преобразователем в сеть.

В зависимости от имеющейся исходной информации при расчете режима преобразователя задается один из его параметров ( ХЛ, №, Ы., ) п1'и последующем нахождении прочих. Параметры цепи выпрямленного ток:» ЯЛ, и, полагаются известными. Угол управления отсчитывается либо от момента появления положительного напряжения на соответствующем вентиле, либо от момента прохождения через нуль соответствующей синусоиды линейного напряжения первой гармоники.

О исполь-оганием базовой модели собираются схемы преобразователей различней пульсности выпрямления. Например, 12-пульсная схема моделируется *двумя параллельно включенными базовыми моделями,

д

комплексные коэффициенты трансформации которых отвечают схемам соединения обмоток Л/А и Л/Д . В случае применения трансформаторов с расщепленными обмотками, за точку гармонического баланса принимается средний узел трехлучевой схемы замещения. Для моделирования преобразователей с 24,36,48 пульсностью выпрямления количество параллельно включенных базовых моделей увеличивается.

Программа ГАММА-2 использует при моделировании внешней электрической сети все ранее описанные алгоритмы программы. ГАММА-1, в том числе позволяет рассчитывать частотные характеристики входных и взаимных сопротивлений узлов, допускает возможность включения произвольного количества источников тока и ЭДС высших гармоник.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию зависимостей от частоты активного сопротивления и индуктивности рассеяния силовых трансформаторов. Выполненный анализ теоретических положений, объясняющий причины роста активного сопротивления трансформаторов с возрастанием частоты, а также привлечение эмпирических зависимостей по оценкам активных потерь в элементах конструкций и баке трансформатора позволил предложить оценочную формулу, расчеты по которой, как показали проведенные экспериментальные измерения, дают близкие по характеру, но несколько завышенные коэффициенты возрастания активного сопротивления Нц; = Дт»»/Яг< • Эта оценочная формула имеет вид:

м Яг* „ АРо , 4Й ,М( О+^Л (7)

где й Ро - потери при протекании по обмоткам трансформатора постоянного тока, равного номинальному току трансформатора, д Ркт. - потери в опыте короткого замыкания, д Р/ - потери от вихревых токов, И(ит. - коэффициент вытеснения, характеризующий влияние вихревых токов в проводнике на поле рассеяния в обмотках ( КЛил. <,1). - дР<г/дР£- отношение потерь в элементах конструкции трансформатора к потерям от вихревых токов в его обмотках (при изменении номинальной мощности трансформаторов в диапозоне 5т-1 - 125 МВД, Л - 0,16 - 2,25).

Обоснована допустимость проведения измерений активного сопротивления и индуктивности рассеяния силовых трансформаторов в режи-10

i.ie короткого еылигсания о помощью однофазных активных ивмерительных мостов, в частности, прибором фирмы "Wayne Kerr". Результаты измерений, полученные 1 из опытов при включении прибора поочередно на пары линейных выводов, приводят к трехфазному режиму по формулам: R г - ( Я/ш +/?вс + Rca)/6 , LT = ( Lm + Lzc+LCA)/6 (8)

Измерения, выполненные с помощью упомянутого выше прибора на трансформаторах различных габаритов ( Sr - 630, 25000, 125000 кВА), показали, что на основной частоте результаты практически совпали с каталожными, а на высоких частотах экспериментальная зависимость идет заметно выше предлагаемых в литературе частотных характеристик. При = СО имеем KrvI - 10 - 15 и = 40 Kjtil - 20 - 40. Изменение величины Kni' в широком диапазоне связано с конструктивными особенностями трансформаторов различных габаритов. На рис. 2 приведены в качестве примера результаты экспериментальных измерений трансформатора St -25000 кВА и предлагаемые в литературе зависимости.

0,6. 24

М- '6,

U Bi

"J. 32.

о,г. 8.

1

Рис. 2. Результаты измерений

трансформатора ТРДН-25000

, Эксперименты и расчеты электромагнитных полей на ЭВМ по специальной программе показали, что в трансформаторах с расщепленными обмотками низкого напряжения при несимметричной их загрузке токами высших гармоник наблюдается резкое увеличение коэффициента Kni вследствие усиления радиальной составляющей поля рассеяния и, соответственно, увеличиваются добавочные активные потери в обмотках и бакс.

Измерения подтвердили известный факт влияния вихревых токов на эквивалентную индуктивность рассеяния. Отмечено уменьшение величины индуктивности при У =20 на 18% для трансформаторов 5Т- 630 кВА- и на 7Z для трансформаторов St - 25, 125 MBA.

В четвертой главе рассматриваются вопросы использования разработанного программного обеспечения для расчетов несинусоидальных режимов при корректном учете преобразовательной нагрузки и питающей энергосистемы. Экспериментальное исследование работы программы проводилось применительно к расчетной схеме (рис. 3), согласно которой некоторый мощный объект с нелинейной нагрузкой - двухмосто-выми преобразователями - питается через понижающий трансформатор 220/10 кВ и линию электропередачи глубокого ввода 220 кВ от мощного узла энергосистемы. При проведении расчетов была предусмотрена возможность включения параллельно с выпрямительными агрегатами некоторой производственной нагрузки, силовых резонансных фильтров или конденсаторной батареи.

Анализировалось влияние на спектры токов и напряжений преобразователей следующих факторов:

- наличие в схеме конденсаторных батарей и фильтрокомпенсирующих устройств, установленных на шинах переменного тока преобразовательных трансформаторов,

- гармонических возмущений, приходящих из питающей сети;

- коэффициента расщепления обмоток«преобразовательного трансформатора, питающего мосты с двенадцатипульсной схемой выпрямления;

- степени сглаженности выпрямленного тока;

- увеличения пульсности до 24 и выше путем применения специальных мероприятий по изменению схемы соединения обмоток преобразовательных трансформаторов. ''

12

тдц-гооооо/гго = гоо мел,

= ЛР*з = 550 кВт.

5т =23,2 N В-А Мквн-нн" 'М Я

(7+8) ВАК-254)00/850

Р^й

Рис. 3. Расчетная схема

Доетоверност полученных по программе ГАКМА-2 расчетов была обоснована сопоставлением их с аналитическими расчетами, проводившимися при некоторых упрощениях расчетной схемы, а также с выполненными расчетами по апробированной программе РИТМ, моделирующей электромагнитные процессы " на основе решения единой системы дифференциальных уравнений.

Выполненный анализ несииуеоидадьных режимов в резонансных условиях подтвердил закономерности изменения параметров режима работы преобрало«-чте.лей. На рис. 4 выполнены построения, обобщающие выполненные на одну серий расчетов. Представленные зависимости построены I! Функции от относительной частоты свободных колебаний иди урн '-.инд'-нсагирнчя /в-1тя|«*я - питающая сеть /I .отличитель-ьл) о,-, .о-ннос гью этих режимор; ньляетея подавление при ^ Г ¡( ».»'•К1Н.'|! Рмк.I |]р'-о'|разоБ П'еля 1лр1/ ( \>кр - номер ка-ночпч-ек'. и г.н-мо-ш»«! П|»«>! раоскате.^я ппЯЛЧм-Ы

Макоималмм''- значение на-

У^ Л , ц;-ь-;е>! ||е ,;|>и РНПкЛН-НИИ уе> ,\.И,5 -у , а

при уУ < \trip , что в работе обосновывается взаимовлиянием преобразователей и питающей сети при учете реальных частотных характеристик входного сопротивления узла подключения конденсаторной батареи.

Сравнение расчетов по программе ГАММА-2 с расчетами, выпол-

ненными при замещении преобразователя источником тока с предварительно рассчитанным спектром по формулам, в которых питающая сеть представлена в виде эквивалентного индуктивного сопротивления (см. пунктирные линии на рис. 4), показало на получаемые при этом погрешности в определении гармоник Щ в резонансных зонах, достигающие до 50% для и более ЮОХ для .гармоник более высокого порядка.

Выполненные расчеты режима электрической сети при учете не только возмущений по высшим гармоникам от преобразовательной ) нагрузки, но и приходящих от энергосистемы показали, что даж& относи-14

телыю небольшая величина возмущения заметно меняет параметры режима работы преобразователя и усложняет картину потокораспределе-ния на высших гармониках, что свидетельствует о необходимости использования соответствующих программных средств при решении задачи определения степени ответственности потребителей с нелинейной нагрузкой и энергосистемы в ухудшение показателей качества напряжения в точке общего присоединения.

ОСНОЕШЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан единый алгоритм, объединяющий расчет нормального установившегося режима на основной частоте и расчет режима на частотах высших гармоник при задании нелинейной нагрузки источниками токов и ЭДС высших гармоник. Предусмотрен учет комплексного коэффициента трансформации, обеспечивающего правильность прохождения через трансформатор токов первой и высших гармоник прямой, обратной и нулевой последовательностей.

2. Разработана усовершенствованная математическая модель управляемого преобразователя, позволяющая надежно определять параметры его режима работы ( , № , с* , у ) при произвольном гармоническом искажении питающего напряжения и при возможных пульсациях выпрямленного тока.

. 3. Разработан усовершенствованный,алгоритм выполнения итерационного процесса гармонического баланса, позволявший рассчитывать при высоком быстродействии тяжелые, ранее плохо сходящиеся режимы, в том числе резонансные с высоким процентным содержанием высших гармоник в спектре напряжения.

4. На основании выполненных исследований с использованием разработанного математического обеспечения показано принципиальное отличие спектров токов и напряжений преобразователей в узле их подключения по сравнению с соответствующими параметрами вне ревр-нансных зон или при отсутствии емкостных элементов в питающей сети.

5. Использование разработанных алгоритмов и программ позволяет эффективно решать практические задачи по обеспечению электромагнитной совместимости нелинейной электрической нагрузки и питающей

15

сети, /достоверно воспроизводить картину потсжораспре деления на высших гармониках при наличии в электрической сети несколько: источников гармонических возмущений и 'проводить "цифровые" эксперименты с выявлением долевых участий различных нелинейных потребителей и энергосистемы в изменении показателей качества напряжения.

6. С помощью активного измерительного моста фирмы "№упо Кегг" выполнены измерения активных сопротивлений и индуктиьносте!'. рассеяния для трансформаторов мощностью 630, 25000 и 125000 кВА в диапазоне частот 20-2000 Гц. На основании анализа составляющих активных потерь предложена оценочная формула, достаточно хорошо отражающая тенденцию роста активного сопротивления с увеличением частотк

Основные положения диссертации опубликованы в работал;

1. Кучумов Л А. , Картаеиди Н. Ю. , Фильчков А. И. Электромагнитная совместимость непосредственных преобразователей частоты в системах электроснабжения //Проблема преобразовательной техники. -Чернигов, 1991. - С. 131-13-:.

2. Кучумов .1 А. , Картаеиди Н. Ю. , Новицкий А. С. Применение ПЭВМ для решения задач компенсации реактивной мощности и повышения качества электроэнергии в электрических с<>тях с нелинейной нагрузкой// Автоматизированные системы диспетчерского управления и автоматизированные системы управления предприятием ь городских электрических сетях и на сетегнх предприятиях. - Санкт-Петербург,1991.

-с. темп.

3. Картаеиди Н. 10. , Пахомев А. В. Алгоритм расчета кназиустано-вившихся неоинуоондяльных режимов электрических сетей при строгом моделировании преобразовательной нагрузки //Проблемы развития электроэнергетических систем. - Санкт-Петербург, 1992. - С. 33-39.

4. Кучумов Л. А. . Картаеиди Н. П , Новицкий А. С. , Пахомов А. В. Резонансны" явления при компенсации реактивной мощности в системах электроснабжения е единенной нагрузкой //Проблема экономии топливно-энергетических ^су^ов на предприятиях и ТЭО. 4.2. - Санкт-Петербург, 19У2. • с.