автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Развитие методов расчета несинусоидальных режимов систем электроснабжения предприятий

На правах рукописи

ОЖЕГОВ Андрей Николаевич

РАЗВИТИЕ МЕТОДОВ РАСЧЕТА НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность - 05.09.03 - Электротехнические

комплексы и системы

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

АВТОРЕФЕРАТ

Москва, 2004

Работа выполнена в Вятском государственном университете на кафедре электроснабжения.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Черепанов Вячеслав Васильевич

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Гамазин Станислав Иванович; кандидат технических наук Краснова Анна Николаевна.

Ведущая организация - ОАО «Гипротрубопровод»

Защита диссертации состоится <2.$ » МЛ-рТЯ 2004 года в аудитории 308 в 15 часОРмин на заседании диссертационного Совета Д 212.200.14 при Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина -г. Москва, Ленинский проспект, д. 65.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 119991, г. Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, д. 65, Ученый Совет РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан 2004г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.200.14

кандидат технических наук, доцент

iOOG-Ч

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Проблема качества электрической энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий продолжает оставаться одной из важнейших, определяющих надежность и эффективность электроснабжения потребителей. Одной из основных ее составляющих частей является проблема высших гармоник (ВГ). Источники ВГ - промышленные потребители с нелинейными вольт- амперными характеристиками, а так же отдельные устройства, широко применяющиеся во всех областях жизнедеятельности человека. Искажение формы кривой напряжения, вызываемое их работой, отрицательно сказывается на работе многих элементов систем электроснабжения: возникают добавочные потери активной мощности и энергии, более интенсивно происходит процесс старения изоляции, увеличиваются погрешности электроизмерительных приборов, затрудняется эксплуатация ЭВМ, устройств релейной защиты, автоматики и связи. Таким образом, наличие ВГ снижает качество электроснабжения и ухудшает условия учета электроэнергии.

Обеспечение качества электроэнергии по показателю несинусоидальности формы кривой напряжения требует расчета режимов ВГ. Результаты расчета режимов ВГ необходимы для: оценки соответствия показателей качества электроэнергии (ПКЭ) требованиям ГОСТ 13109-97, выбора параметров фильтрокомпенсирующих устройств, определения загрузки элементов системы электроснабжения (СЭС) токами ВГ, расчета потерь мощности от токов ВГ, определения ущерба от действия токов ВГ, определения долевого участия сторон в ухудшении качества электроэнергии в точке общего присоединения.

В нашей стране и за рубежом достигнуты значительные результаты в решении проблемы ВГ. Вопросы, связанные с высшими гармониками, впервые были поставлены в работах Константинова Б.А., Либкинда М.С., Мельникова Н А. Большой вклад в решение этой проблемы в нашей стране внесли: Глинтерник С.Р., Гераскин О.Т., Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Зорин В.В., Кузнецов В.Г., Крайчик Ю.С., Кучумов Л.А., Мамошин P.P., Никифорова В.Н., Самородов Г.И., Салтыков В.М., Солодухо Я.Ю., Тимофеев Д.В., Трофимов

РОС н \ v~~} \ ьНАЯ bin. ' >ГЬКА С Ияе^йург

гообрк

Г.Г., Федоров В.К., Черепанов В.В., Шалимов М.Г., Шидловский А.К. и другие, за рубежом- Аррилага, Д. Брэдли, А. Роберт и многие другие.

Несмотря на значительное количество работ, посвященных вопросу расчетов ВГ в сетях промышленных предприятий, остается не до конца решенными ряд важных вопросов, часть из которых исследована в данной работе.

Цель работы. Целью диссертационной работы является развитие методов и разработка новых подходов к расчету несинусоидальных режимов электрических сетей предприятий, позволяющих повысить технико-экономический уровень решения комплекса задач обеспечения качества электроэнергии при проектировании и эксплуатации СЭС промышленных предприятий.

Объекты и методы исследования. Объектами исследования явились системы электроснабжения промышленных предприятий. При решении поставленных в диссертации задач использовались методы математического моделирования электрических сетей, математической статистики, ряд положений теоретической электротехники и основ электроснабжения.

Научная новизна.

1) Разработан метод расчета параметров режимов ВГ, основанный на применении метода диакоптики с делением схемы по узлам, позволяющий повысить скорость расчета и анализа режимов ВГ.

2) Предложен способ оценки чувствительности напряжений ВГ к погрешностям определения параметров отдельных элементов схемы замещения системы электроснабжения.

3) Разработан метод расчета погрешностей вычисления параметров режимов ВГ, позволяющий учесть влияние погрешностей исходных данных группы элементов схемы замещения СЭС.

Практическое значение работы.

1) Разработана методика определения эквивалентной проводимости группы асинхронных двигателей и комплексной нагрузки 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции, позволяющая существенно сократить время сбора и подготовки исходных данных;

4

2) Создана программа расчета несинусоидальных режимов для современной ЭВМ, позволяющая решать следующие задачи обеспечения качества электрической энергии в системах АСУ и САПР:

расчет показателей несинусоидальности напряжения в узлах предприятия;

определение резонансных режимов при различных комбинациях подключения конденсаторных батарей;

определение режима работы фильтрокомпенсирующих устройств; расчет частотных характеристик узловых сопротивлений СЭС; расчет долевого участия сторон в ухудшении качества электроэнергии;

определение прогнозных значений показателей несинусоидальности напряжения при подключении новых устройств, являющихся источниками ВГ.

3) Сформулированы требования и даны рекомендации по точности моделирования элементов СЭС в зависимости от степени их влияния на величину напряжений ВГ.

Достоверность полученных результатов.

Обоснованность и достоверность научных положений, теоретических выводов, основных результатов и рекомендаций диссертации подтверждены их проверкой в реальных электрических сетях, а также сопоставлением результатов расчета с экспериментальными данными и расчетами по известным методикам.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методика, алгоритм и программа расчета параметров режимов ВГ в сетях промышленных предприятий с применением методов диакоптики с делением схемы по узлам.

2. Методика определения частотных характеристик эквивалентного сопротивления двигательной (асинхронные двигатели) и комплексной нагрузки, подключенной к шинам 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции.

3. Требования к точности моделирования элементов СЭС при заданной погрешности определения напряжений ВГ.

5

4. Методика и формулы вычисления погрешности определения напряжения ВГ, обусловленной неточностью задания исходных данных отдельных элементов СЭС.

5. Результаты исследований погрешностей расчета уровней ВГ, полученных на основе метода статистических испытаний.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались, обсуждались и получили одобрение на научно-технической и методической конференции «Энергосбережение, энергопотребление и электрооборудование» (Новомосковск, 2000); на научно-технической и методической конференции «Электросбережение, электроснабжение, электрооборудование» (Гомель, 2001); на кафедре электроснабжения ВятГУ; на кафедре теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовой промышленности РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в шести печатных работах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения; четырех глав; заключения; списка литературы, включающего 101 наименование; 5 приложений. Общий объем диссертации состоит из 132 страниц машинописного текста (включая список литературы), 32 рисунков, 19 таблиц. Общий объем приложений- 26 страниц машинописного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы. Сформулирована цель диссертации, охарактеризована ее структура, показана научная новизна работы и ее практическая ценность, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ состояния проблемы расчета параметров режимов ВГ в сетях электроснабжения промышленных предприятий.

Отмечено, что СЭС крупных предприятий состоят из большого числа взаимодействующих и взаимосвязанных элементов, имеющих глубокие внутренние связи. Такие СЭС относятся к категории сложных систем, обладающих в целом иными качествами, несвойственными отдельным их элементам. Эти системы наиболее точно описывает системный подход, согласно которому СЭС отображается двумя классами моделей- агрегативными

6

и кибернетическими. Построение алгоритмов и программ на основе системного подхода позволит полнее учитывать взаимосвязи элементов СЭС, а следовательно, получать наиболее точные результаты расчетов.

Схематически ход расчета режимов ВГ можно представить следующим образом:

1) Сбор исходных данных;

2) Составление схемы замещения СЭС для рассчитываемой гармоники;

3) Составление математической модели режима ВГ;

4) Расчет параметров режима (вычисление ин и /„);

5) Запоминание и анализ результатов.

Пункты 2-5 выполняются для каждой из рассчитываемых гармоник.

Расчет режимов ВГ начинают со сбора исходных данных и составления схемы замещения. Для проведения расчетов по схеме замещения составляется математическая модель. Математическая модель режима ВГ может быть записана в У,Ъ и в- формах. Наиболее эффективной является в-форма:

ип=Ся®1„, О)

С„- комплексная матрица коэффициентов обращения; знак

специального умножения матрицы Сп на вектор задающих токов .1п; и„-матрица напряжений ВГ в узлах схемы.

Запись в в-форме позволяет проводить вариантные расчеты при любом числе узлов схемы замещения и большом количестве вариантов задания источников ВГ. Запись матрицы О в сжатом виде позволяет экономить оперативную память ЭВМ.

Отмечено, что в целях ускорения вычислений и экономии оперативной памяти ЭВМ систему линейных уравнений рекомендуется решать прямым методом оптимального упорядоченного исключения Гаусса.

Расчет режимов ВГ предприятия занимает значительное время, которое состоит из времени, необходимого на подготовку исходных данных, и на проведение самого расчета. Для уменьшения времени, требующегося на вычисление режима, показана необходимость применения на этапе сбора информации методов эквивалентирования и на этапе проведения вычислений -методов диакоптики.

Диакоптика предполагает деление систем на подсистемы, независимый расчет режима в каждой из подсистем с последующей корректировкой по характеристикам режима в точках деления. Применение методов диакоптики позволяет создать алгоритмы и программы, способные рассчитывать режим ВГ в схемах замещения любого размера.

При анализе литературы установлено, что ранее существовала только одна программа расчета режимов ВГ с использованием методов диакоптики и в-формы узловых уравнений «Спектр-4». Программа «Спектр-4», написана на языке программирования Ропгап-1У, для ЭВМ серии ЕС, которые в настоящее время не используются.

В связи с этим возникает необходимость создания программы расчета режимов ВГ, использующую более быстрый метод расчета и написанную для современных ЭВМ. Решению этой задачи посвящена вторая глава диссертации Поскольку СЭС современных промышленных предприятий состоит из тысяч элементов, то задача сбора исходных данных о каждом из этих элементов является сложной, а в ряде случаев и невыполнимой, требующей значительного времени на ее решение. Кроме того, часто бывает затруднительно или невозможно установить режим работы потребителей и некоторые параметры элементов (например длины кабельных линий и т.п.). В этих условиях, для уменьшения времени, необходимого для сбора исходных данных, рационально применять эквивалентирование нагрузок цеховых подстанций.

Отмечено, что к настоящему времени отсутствуют обоснованные требования к погрешности эквивалентирования. Определение таких требований стало одной из задач диссертационной работы.

Неточность моделирования элемента СЭС обуславливает определенную погрешность при расчете напряжения ВГ. Поэтому необходимы исследования влияния параметров каждого элемента на ошибку при вычислении уровней ВГ.

При исследовании режимов реальных схем их параметры определяются с погрешностями, обусловленными неточностью исходных данных всех элементов. Анализ литературы показал, что исследования погрешности расчетов 1)„ в зависимости от погрешностей исходных данных проведены не в полной мере.

На основе проведенного анализа литературы сформулированы цель и задачи исследования данной диссертационной работы.

Во второй главе предложено применение метода диакоптики с делением на подсистемы по узлам связи для расчета параметров режимов ВГ в сетях промышленных предприятий. Отмечено, что сложнозамкнутая структура и большое количество элементов в схемах замещения промышленных предприятий токам ВГ дает возможность рассматривать их как схемы замещения большой электроэнергетической системы (БЭЭС), и применять для расчета их режима законы, полученные для БЭЭС, такие как обобщенный закон Ома и обобщенный закон Кирхгофа. В диссертации предлагается применить для расчета режимов ВГ метод диакоптики с делением на подсистемы по узлам связи, основанный на разработках О.Т. Гераскина применительно к БЭЭС.

Преимуществом применения методов на основе диакоптики является ускорение расчетов, поскольку каждая из подсистем включает значительно меньшее число неизвестных, чем система уравнений, описывающая режим исходной схемы.

Каждая подсистема в математической модели представлена матрицей в (рис 1) Режим напряжения ВГ каждой подсистемы описывается уравнением (1) в в-форме.

Предлагаемый метод расчета включает выполнение трех основных этапов:

- декомпозиции исходной схемы СЭС по узлам связи и выбор независимых обобщенных контуров;

- формирование и решение контурных уравнений СЭС;

- формирование и последовательное решение узловых уравнений для подсистем.

Декомпозицию (разделение) схемы при определении параметров режима ВГ внутри предприятия предлагается провести с учетом структуры предприятия, т.е. в качестве подсистем выбрать «цех» или «цеховую подстанцию», (рис 2). Отмечается, что при расчетах в сетях энергосистемы этим методом рационально в качестве подсистем принимать «предприятие» или «ГПП предприятия». Такое деление увеличивает наглядность полученных результатов и сокращает время сбора исходных данных.

g2

Gk

Yk

Рис 1. Математическая

Рис 2. Деление СЭС предприятия на

модель сети

подсистемы

Вышеописанный метод деления схемы СЭС на подсистемы с делением по узлам, лег в основу реализованного в диссертации алгоритма и программы расчета режимов ВГ в сетях промышленных предприятий «Спектр-7». Программа реализована в среде визуального программирования Delphi 5 и работает под управлением многозадачной операционной системы Windows на современных персональных ЭВМ. Эта программа может быть включена в комплекс системы автоматического проектирования и автоматической системы управления электроснабжением предприятия.

Для сравнения эффективности метода диакоптики с делением по узлам (программа «Спектр-7») по отношению к методу с делением по ветвям (ранее применявшаяся программа «Спектр-4»), были проведены численные эксперименты.

В ходе численных экспериментов замерялось время счета программ «Спектр-4» и «Спектр-7» в блоке расчетов. Установлено, что время расчета по программе «Спектр-7» с применением предлагаемого метода разделения по узлам меньше, что свидетельствует о большей эффективности метода разделения схемы СЭС по узлам по отношению к методу «разрезания ветвей». Преимущества метода разделения по узлам возрастают с увеличением количества узлов. При увеличении размеров схемы свыше 370 узлов разница во времени счета программ достигает 30-40% в пользу программы «Спектр-7». Таким образом, подтверждена большая вычислительная эффективность метода разделения по узлам по отношению к методу разделения по ветвям.

Разработанные методика и программа для ЭВМ может применяться для решения всех задач, перечисленных в разделе «Актуальность проблемы» (стр. 3 автореферата).

Третья глава посвящена применению методов эквивалентирования при расчетах частотных характеристик сопротивлений узлов электрических нагрузок.

Объектом исследования являлась подсистема первого уровня иерархии, т.е. нагрузка 0,4 кВ цеховой подстанции и непосредственно примыкающие к ней электрические сети. Нагрузку цеховой подстанции составляют группа двигателей (преимущественно асинхронных), осветительная (люминесцентные лампы, лампы накаливания и ДРЛ), нагревательные устройства, преобразовательные агрегаты, а также конденсаторные установки для компенсации реактивной мощности. Представление каждого элемента в расчетах несинусоидальных режимов СЭС своей схемой замещения приводит к значительным затратам труда на подготовку исходных данных, усложняет алгоритм и увеличивает время расчетов. Кроме того, не всегда известны параметры конкретных элементов СЭС. В связи с этим возникает задача исследования путей упрощения схем замещения узла нагрузки.

От шин 0,4 кВ цеховой подстанции как правило питается группа асинхронных двигателей, мощности которых различны. Закон распределения двигателей по мощностям для числа двигателей более 100 по свидетельству Б.И. Кудрина является логарифмически-нормальным. Определение закона распределения для числа двигателей менее 100 является практически нерешенной задачей. Сопротивление двигателя токам ВГ в диссертации предлагается определять через его пусковую проводимость. Удельная пусковая проводимость для каждого двигателя вычисляется по формуле:

V - : Ьп

—-1—. (2)

Р Р

д д

где комплексная удельная пусковая проводимость; g„,bn- активная и реактивная составляющая пусковой проводимости двигателя току п -ой высшей гармоники; Р,- номинальная мощность двигателя.

В диссертации выполнены исследования активной 1„ и реактивной Ьл составляющих удельной пусковой проводимости Ууо для двигателей серии 4А. Результаты части этих исследований представлены на рис 3.

пусковой проводимости двигателей серии 4А от мощности двигателя.

Анализ результатов показывает, что зависимость У уд можно описать аналитически. На основании использования методов апроксимации в диссертации было предложено удельную пусковую проводимость для двигателей с мощностью, превышающей 50 кВт, определять по формуле, См/кВт:

Ууд =0,016-А046, (3)

а проводимость группы асинхронных двигателей разных мощностей с использованием (3) предлагается вычислять по формуле, См:

¥П)=(0,016-]0,046)РПОД. (4)

Здесь Рад- подключенная мощность двигателей, кВт, под которой понимается сумма номинальных мощностей двигателей, которые подключены к сети (независимо от их загрузки).

Пусковую проводимость группы двигателей средней и малой мощности (до 50 кВт) предлагается рассчитывать по формуле, См:

(0,045 -]0,0256)РПОД . (5)

Расчет по формулам (4) и (5) позволяет вычислять проводимость и сопротивление группы двигателей при любом законе распределения двигателей по мощностям.

Экспериментальная проверка полученных формул производилась на примере эквивалентирования группы асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором подстанции стана ТЭСА-1550М Кировского завода по обработке цветных металлов. Результаты исследований подтвердили, что полученные формулы могут использоваться в инженерных расчетах.

Экономический эффект применения формул (4) и (5) заключается в экономии времени на сбор исходных данных. При этом, как показал опыт проведенных исследований, время подготовки исходных данных может сокращаться в 4-6 раз.

Численные исследования по эквивалентированию комплексной нагрузки цеховой подстанции (включающей в себя двигательную, осветительную нагрузку, нагревательные устройства, преобразовательные агрегаты) были проведены на фрагментах электрических схем цехов машиностроительных предприятий города Кирова и Кировской области.

В ходе численных исследований по эквивалентированию нагрузки цеховой подстанции было установлено, что:

- при расчете частотной характеристики сопротивления следует учитывать общую емкостную составляющую всех кабельных линий, если на трансформаторной подстанции не предусмотрена компенсация реактивной мощности (не установлена батарея конденсаторов);

- при наличии конденсаторной батареи на цеховой подстанции ее необходимо учитывать в расчетах при любой ее емкости, но при этом можно не учитывать емкость кабельных линий;

- группу асинхронных двигателей допустимо эквивалентировать одним двигателем со средними параметрами, в качестве которого выбирается двигатель с суммарной мощностью группы двигателей и характеристиками двигателя со средней мощностью группы. Погрешность такого

эквивалентирования не превышает 10% для активного сопротивления и 5% для индуктивного, что допустимо для инженерных расчетов;

- неточность определения длины кабельных линий незначительно влияет на погрешность расчетов. Даже при ошибке в определении длины кабельных линий 100% погрешность определения и„ не превысит 5%;

- учет осветительной нагрузки, состоящей из ламп накаливания, незначительно влияет на погрешность расчета частотной характеристики, поэтому осветительную нагрузку можно не учитывать.

В четвертой главе проведено исследование погрешности расчетов параметров режимов ВГ промышленных предприятий. '

Наибольшее влияние на точность результатов расчетов ВГ оказывают неточность задания исходных данных и погрешность математического Г

описания элементов СЭС. Одной из задач четвертой главы диссертации является оценка доверительного интервала результатов расчетов напряжений ВГ в зависимости от неточности исходных данных.

Изменение параметров различных элементов на одну и ту же величину (например на 10%) приводит к различному изменению напряжения ВГ в узлах. Величина этого изменения определяется чувствительностью напряжений ВГ к изменению параметров элементов СЭС. В четвертой главе проведены исследования чувствительности напряжений ВГ с целью определения степени влияния погрешностей параметров различных элементов на точность вычисления параметров режима ВГ.

Объектом исследования выбраны характерные схемы промышленных предприятий машиностроительной промышленности. В данном разделе -»

рассматриваются только погрешности расчета, обусловленные случайными погрешностями исходных данных.

На основании анализа литературы диапазон погрешностей определения сопротивления элементов принят для:

Трансформаторов- (-10%...+10%);

кабельных и воздушных линий- (-10%. ..+10%);

системы внешнего электроснабжения- (-10%. ..+10%);

нагрузки ЦТП-

амплитуды задающего тока ВГ-

(-20%...+20%) (-10%...+10%).

1. Вывод формул.

Для уменьшения времени, требующегося на оценку погрешности расчетов, были выведены формулы, позволяющие рассчитать напряжения ВГ в интересующем узле при изменении одного сопротивления в схеме замещения. Достоинством этих формул является то, что не требуется повторное обращение матрицы узловых проводимостей, это значительно сокращает общее время расчета. Формулы выведены для двух случаев: а) исследуемая ветвь соединена с нулевым узлом «земля»; б) исследуемая ветвь соединяет ненулевые узлы схемы.

А) Исследуемая ветвь соединена с нулевым узлом «земля» и имеет сопротивление 2кй.

Без погрешности С погрешностью р%

Рис 4. исследуемая ветвь соединена с нулевым узлом.

^и ^ кО

„ иг (6)

= ^ (7)

р* ' 100 к ' Б) Исследуемая ветвь соединяет узлы к и / и имеет сопротивление 2и (рис 5).

VI --;-У* / ,-(^Г' -иг1) Ш

В формулах (7) и (8) С/'"'- напряжение ВГ в исследуемом узле /, определенное по точным исходным данным; и*- напряжение в том же узле,

определенное по «ошибочным» исходным данным; Т^ 1 ,

^и'-ЯЦ'1 '¿н '-¿и- элементы матрицы узловых сопротивлений, определенные по точным исходным данным; р- кол-во процентов, на которое уменьшилось сопротивление исследуемого элемента.

Рис 5. Исследуемая ветвь соединяет ненулевые узлы схемы.

Полученные формулы были использованы для исследования чувствительности напряжений ВГ от неточности моделирования элементов СЭС.

2. Исследование чувствительности напряжений ВГ узлов к неточности моделирования отдельных элементов.

В диссертации проведены исследования чувствительности напряжений ВГ в узлах СЭС к изменению сопротивлений элементов. При этом чувствительность определялась как выраженное в процентах изменение напряжения ВГ Д{/ в узле к изменению сопротивления рассматриваемого элемента.

Численные исследования выполнялись для характерных схем электроснабжения промышленных предприятий.

В ходе исследований элементы СЭС предложено разделить на 3 группы. При ошибке в определении сопротивления исследуемого элемента СЭС 10%, элемент отнесем:

- к первой группе, если такая ошибка приведет к погрешности определения напряжения ВГ в интересующем узле более 5% (важные элементы);

- ко второй группе, если погрешность напряжения лежит в пределах от 1 до 5% (средняя важность);

Без погрешности

С погрешностью р%

и

- к третьей группе, если погрешность напряжения менее 1% (низкая важность).

Таким образом, ошибка в определении параметров важных элементов оказывает наиболее сильное влияние на напряжение ВГ. И напротив, маловажные элементы практически не влияют на напряжение ВГ в узле.

Для получения результатов расчета с заданной точностью сопротивления элементов первой группы предлагается рассчитывать по наиболее точным формулам, что требует наибольшего количества исходных данных. А сопротивления элементов второй и третьей группы допустимо рассчитывать по упрощенным формулам, требующим небольшого количества исходных данных, а в ряде случаев и брать исходные данные приближенно, исходя из параметров других элементов схемы, что уменьшает требуемое время на сбор исходной информации.

Количественная оценка элементов в группах показала, что в характерных схемах машиностроительных предприятий преобладают элементы второй и третьей группы, т.е. преобладают элементы, параметры которых допустимо вычислять приближенно.

Исследовался в отдельности каждый элемент схемы замещения, сопротивление которого предполагалось взятым с ошибкой в 10%. При этом сопротивления остальных элементов вычислялись без погрешностей.

По результатам исследований элементы СЭС были отнесены к выделенным группам следующим образом: Группа 1 (важные элементы):

- Трансформатор ГПП;

- Воздушная линия электропередачи внешнего электроснабжения (особенно на частотах «>11);

- Трансформатор цеховой трансформаторной подстанции (ЦТП) с источником ВГ при расчетах на шинах 0,4 кВ;

Группа 2 (элементы средней важности):

- Нагрузка ЦТП с источником тока ВГ;

- Цеховой трансформатор без источника тока;

- Трансформатор цеховой трансформаторной подстанции (ЦТП) с источником ВГ при расчетах на шинах 6/10 кВ;

17

Группа 3 (маловажные элементы):

- Кабельные линии напряжением 6/10 кВ;

- Нагрузка ЦТП без источника тока ВГ.

Выполненные численные исследования оценок «чувствительности» напряжений ВГ в узлах к погрешностям элементов СЭС с использованием выведенных формул показали, что погрешность расчетов напряжений ВГ определяется главным образом точностью определения параметров следующих элементов:

а), при расчете напряжения ВГ на шинах 0,4 кВ цеховой подстанции:

- силового трансформатора данной подстанции;

- эквивалентного сопротивления нагрузки цеховой подстанции;

- сопротивлением трансформатора ГПП;

б), при расчете напряжения ВГ на шинах 6/10 кВ главной понизительной

подстанции предприятия:

- сопротивлением трансформатора ГПП;

- цехового трансформатора с источником ВГ;

в), при расчете напряжения ВГ в сети внешнего источника

электроснабжения (А/1-ая ступень электроснабжения):

- сопротивлением трансформатора ГПП;

- сопротивление воздушной линии внешнего электроснабжения (для гармоник л>п);

- сопротивление цехового трансформатора с источником ВГ.

3. Исследование расчета погрешности напряжения ВГ от неточности моделирования группы элементов СЭС.

Как известно, параметры практически всех элементов СЭС определяются с погрешностью. Поэтому представляет интерес исследование суммарного влияния погрешностей нескольких элементов на результаты расчетов ВГ.

В диссертации для расчета погрешности вычисления напряжений ВГ, вызванной ошибками в определении сопротивлений групп элементов СЭС прелагается применить метод статистических испытаний (метод Монте-Карло).

В действующих электрических сетях число возможных комбинаций, составленных из элементарных случаев, настолько велико, что полная совокупность испытаний даже при существующих мощностях ЭВМ является

18

практически невозможной задачей. Поэтому моделирование системы электроснабжения возможно осуществить при определенных упрощениях. Для этой цели удобно использовать метод статистических испытаний.

Точность метода статистических испытаний существенно зависит от количества проведенных испытаний. В диссертации показано, что наибольшее количество испытаний необходимо выполнить, когда погрешность определения сопротивлений трансформаторов, линий, нагрузок подстанций и задающих токов составляет ±20%. При этом для обеспечения точности в 1% при доверительной вероятности (надежности) 0,9 требуется не более 508 испытаний. Поэтому количество испытаний во всех режимах было принято равным 500. Предполагается, что погрешности параметров элементов СЭС, а так же токов ВГ распределены по нормальному закону.

Сопротивления всех элементов схемы замещения (трансформаторов, кабелей, воздушных линий, электрической системы, нагрузок цеховых подстанций) выбирались из диапазона возможных значений, приведенного на стр. 14 автореферата.

По результатам выполненных численных исследований предлагается разделить все узлы на три группы:

- узлы в сети 0,4 кВ ЦТП, питающей источник ВГ;

- шины 6(10) кВГПП;

- узлы в сети внешнего источника электроснабжения (VI-ая ступень электроснабжения).

Установлено, что погрешность элементов в сети 0,4кВ источника тока (первая группа узлов) обуславливает значительную погрешность при расчете уровней ВГ, поэтому сопротивление таких элементов необходимо вычислять по наиболее точным формулам. В то же время элементы, подключенные к узлам второй и третьей группы, допустимо моделировать упрощенно.

Погрешность определения напряжений ВГ в узлах без источника тока ВГ лежит в пределах 2%. Параметры элементов, подключенных к этим узлам, допускается вычислять упрощенно (пользоваться усредненными справочными данными).

Для получения результатов расчетов напряжений ВГ в сети ЦТП 0,4 кВ с источником ВГ с погрешностью, не превышающей 10%, необходимо величину

19

тока ВГ определять с погрешностью менее 10%. Для этого необходимо разработать более точные модели источника ВГ, чем известные на сегодняшний день.

Погрешность параметров элементов СЭС предприятия, присутствующая во всех элементах и лежащая в принятом диапазоне практически не оказывает влияния на напряжение ВГ в сети внешнего источника электроснабжения (в сети энергосистемы). Погрешность определения напряжений ВГ в этих узлах составляет до 0,6%.

Даже при значительных случайных погрешностях (до 20%) в определении параметров схемы замещения исследуемых элементов возможно рассчитывать режимы ВГ с инженерной точностью на шинах ГПП и в сети внешнего источника электроснабжения.

При расчете уровня ВГ на шинах цеховой подстанции, от шин которой питается источник ВГ, эквивалентное сопротивление нагрузки этой подстанции необходимо определять с погрешностью, не превышающей 30%, при этом эквивалентное сопротивление нагрузки подстанций без источника тока ВГ возможно определять с погрешностью до 50%. В этом случае погрешность определения 11п на шинах ЦТП получается в пределах 13-14%.

При расчете уровня ВГ на шинах цеховой подстанции, от шин которой не питается источник ВГ, сопротивление нагрузки без источника тока необходимо находить с погрешностью, не превышающей 30%, а погрешность нагрузки подстанции с источником тока- 50%. При этом погрешность результата расчета не превышает 4%.

При расчете уровня ВГ в сети источника внешнего электроснабжения нагрузку трансформаторных подстанций возможно определять приближенно по мощности трансформатора подстанции.

В заключении сформулированы основные результаты работы содержащие научную новизну и имеющие практическую ценность: 1. Разработан метод расчета несинусоидальных режимов, включающий в себя метод диакоптики с делением СЭС на подсистемы по узлам, системный подход, а так же деление на подсистемы с учетом структуры предприятия;

2. Разработанный метод реализован в виде алгоритма и программы для ЭВМ. Доказана вычислительная эффективность предлагаемого метода по сравнению с ранее применявшимися.

3. Установлено, что удельные пусковые проводимости асинхронных двигателей незначительно зависят от их номинальных мощностей, а эквивалентное сопротивление групп двигателей определяется главным образом их суммарной установленной мощностью. Предложен новый подход к моделированию групп двигателей при неполной и неопределенной информации об их параметрах и режимах работы. Для двигателей серии 4А получены конкретные рекомендации по определению их эквивалентных сопротивлений токам ВГ.

4. Получены формулы для расчета погрешности вычисления напряжения ВГ при неточности моделирования элементов СЭС предприятия. Использование этих формул позволяет сократить время анализа погрешности расчетов, вызванной неточностью определения исходных данных отдельных элементов.

5. Выделены три группы элементов, точность моделирования которых различным образом отражается на погрешности определения уровней ВГ. Установлено, что для получения результатов расчета параметров режимов ВГ с заданной точностью и уменьшения времени на сбор исходных данных сопротивления элементов первой группы необходимо вычислять по точным формулам, а второй и третьей групп- по приближенным, требующим малого количества исходных данных.

6. Для получения результатов расчетов напряжений ВГ в сети ЦТП 0,4 кВ с источником тока ВГ с погрешностью, не превышающей 10% необходимо величину тока ВГ определять с погрешностью менее 10%. Для этого необходимо разработать более точные модели источника ВГ, чем известные в настоящее время.

7. Выполнены исследования погрешностей определения напряжения ВГ на шинах ЦТП в зависимости от неточности задания параметров группы элементов СЭС. Исследования выполнены с применением метода статистических испытаний Получены рекомендации по точности

определения сопротивления нагрузки ЦТП в зависимости от местоположения источника гармоник.

В приложениях представлены результаты исследований и расчетов, материалы о внедрении.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах.

¡.Черепанов В.В., Ожегов А.Н. Применение метода статистических испытаний для исследования погрешностей расчета режимов высших гармоник в сетях промышленных предприятий // Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов. Матер, науч.-техн. и метод, конф.. - Благовещенск, 2003. - С. 91-95.

2. Ожегов А.Н. Исследование чувствительности узлов при расчете погрешностей режимов высших гармоник в сетях промышленных предприятий// Электротехника и энергетика: Сб. науч. трудов ВятГУ. -Киров: ВятГУ, 2003. - С. 76-77.

3. Ожегов А.Н. Определение погрешностей вычисления режимов высших гармоник в сетях промышленных предприятий. // Электротехника и энергетика: Сб. науч. трудов ВятГУ. - Киров: ВятГУ, 2003. - С. 77-78.

4. Черепанов В.В., Ожегов А.Н. Исследование влияния ошибок исходных данных на результаты расчетов режимов высших гармоник в электрических сетях промышленных предприятий .// Энергосбережение, электрооборудование, энергосбережение: Матер, науч.-техн. конф. -Новомосковск. Тульский, 2002. С 35-37.

5. Черепанов В.В., Ожегов А.Н. Применение метода декомпозиции по узлам связи схемы электроснабжения для расчета режима высших гармоник промышленного предприятия.// Электроснабжение, энергосбережение и энергоремонт. Тезисы докладов. Новомоссковск, 2000.

6. Черепанов В.В., Ожегов А.Н. Применение эквивалентирования при расчете частотных характеристик сопротивлений узлов электрических нагрузок предприятий Матер, науч.-техн. и метод, конф.. - Беларусь, Гомель, 2001.

05Г C9'-<Dç:Y>f

РНБ Русский фонд

2006-4 692

п о ✓ -П OlpJ

О i >vt ¡..'У*

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЗАДАЧИ РАСЧЕТА РЕЖИМА

ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

ПРЕДПРИЯТИЙ

1.1. Сущность проблемы высших гармоник. Применение теории гармонического анализа

1.2. История развития методов расчета параметров режимов высших гармоник в сетях промышленных предприятий

1.3. Математическая модель несинусоидального режима

1.3.1. Уравнения модели режима высшей гармоники

1.3.2. Выбор формы узловых уравнений

1.3.3. Методы решения системы узловых уравнений

1.4. Методики расчета параметров режимов высших 22 • гармоник

1.4.1. Особенности расчета параметров режимов высших гармоник в сетях промышленных предприятий

1.4.2. Применение методов диакоптики для расчета режимов высших 24 гармоник

1.4.3. Применение методов эквивалентирования при расчете режимов 26 высших гармоник

1.4.4. Схемы замещения пассивных элементов СЭС

1.5. Алгоритмы и программы расчетов режимов высших гармоник промышленных предприятий

1.6. Оценка погрешностей при расчетах режимов ВГ

1.7. Основные направления развития проблемы анализа 41 несинусоидальных режимов и задачи исследований

Глава 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ РАСЧЕТА

ПАРАМЕТРОВ РЕЖИМОВ ВЫСШИХ ГАРМОНИК

В СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

2.1. Постановка задачи исследований

2.2. Применение метода диакоптики для решения узловых уравнений режимов высшей гармоники с делением на подсистемы по 44 узлам связи

2.2.1. Декомпозиция схемы по узлам связи и выбор независимых контуров

2.2.2. Формирование и решение контурных уравнений СЭС

2.2.3. Формирование и последовательное решение узловых уравнений 49 для подсистем методом диакоптики

2.3. Алгоритм программы «Спектр-7»

2.4. Численные исследования эффективности программы расчета режима ВГ с использованием метода деления по узлам

2.5. Выводы по главе

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЙ УЗЛОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ПРЕДПРИЯТИЙ

3.1. Постановка задачи

3.2. Численные исследования сопротивлений узлов нагрузки

3.3. Эквивалентирование группы асинхронных двигателей

3.4. Эквивалентирование нагрузки цеховой подстанции

3.5 Оценка экономии времени на подготовку исходных данных 71 при применении метода эквивалентирования.

3.6 Экспериментальная проверка полученных результатов.

3.7 Применение разработанной методики и программы для решения задач обеспечения качества электроэнергии.

3.5. Выводы к главе

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ РАСЧЕТОВ

РЕЖИМОВ ВЫСШИХ ГАРМОНИК ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

4.1. Постановка задачи

4.2. Вывод формулы вычисления погрешности напряжения высшей гармоники, обусловленной погрешностью задания исходных данных

4.3. Численные исследования «чувствительности» напряжений ВГ узлов электрической сети к погрешностям определения исходных данных

4.4. Применение статистического метода исследования совокупного влияния погрешностей множества элементов СЭС

4.5. Выводы по главе

Проблема качества электрической энергии в системах электроснабжения промышленных предприятий продолжает оставаться одной из важнейших, определяющих надежность и эффективность электроснабжения потребителей. Одной из основных ее составляющих частей является проблема высших гармоник (ВГ). Источники ВГ - промышленные потребители с нелинейными вольт- амперными характеристиками, а также отдельные устройства, широко применяющиеся во всех областях жизнедеятельности человека, резко ухудшают качество электрической энергии. Высшие гармоники в зависимости от их характера, интенсивности и продолжительности отрицательно влияют на работу систем автоматики и телемеханики, снижают экономичность и надежность работы электрических сетей, уменьшают срок службы электрооборудования и приводят к ряду других нежелательных последствий [53,50,55,67,79,95 и др]. Экспериментальные исследования, проводимые в нашей стране и за рубежом, показывают, что уровни ВГ нередко превышают установленные допустимые значения и год от года возрастают из-за увеличения количества мощных потребителей, генерирующих ВГ. Для прогнозирования парметров несинусоидальных режимов в системах электроснабжения промышленных предпритий на этапе проектирования предприятия и изменения его схемы, а также для определения уровней ВГ при подключении потребителей, являющихся источниками ВГ, необходимо решить задачу расчета параметров ВГ в сети предприятия.

В нашей стране и за рубежом достигнуты значительные результаты в решении проблемы ВГ. Вопросы, связанные с высшими гармониками, впервые были поставлены в работах Константинова Б.А., Либкинда М.С., Мельникова H.A. Большой вклад в решение этой проблемы в нашей стране внесли: Глинтерник С.Р., Гераскин О.Т., Жежеленко И.В., Железко Ю.С., Зорин В.В., Кузнецов В.Г., Крайчик Ю.С., Кучумов Л.А., Мамошин P.P., Никифорова В.Н., Самородов Г.И., Салтыков В.М., Солодухо Я.Ю., Тимофеев Д.В., Трофимов Г.Г., Федоров В.К., Черепанов В.В., Шалимов М.Г., Шидловский А.К. и другие, за рубежом- Аррилага, Д. Брэдли, А. Роберт и многие другие.

Основополагающими работами в области анализа несинусоидальных режимов СЭС промышленных предприятий являются труды И.В. Жежеленко. Результатом этих научных разработок явилось создание детерминированных методик расчета несинусоидальных режимов сравнительно небольших СЭС промышленных предприятий, а также предпосылок для разработки вероятностных методов расчета.

Вместе с тем, СЭС современных предприятий относится к категории сложных систем, под которыми в первом приближении понимают системы, имеющие весьма глубокие внутренние связи и состоящие из большого числа взаимодействующих и взаимосвязанных элементов.

Особенностью сложных СЭС, существенно ограничивающей применение известных методов расчета, является невозможность их корректного математического описания из-за большого числа элементов, неизвестным образом связанных друг с другом и неполноты информации о параметрах и режимах работы электрооборудования.

Значительное усложнение научных и инженерных задач обеспечения качества электроэнергии, решаемых методами моделирования, потребовало повышения уровня автоматизации при постановке задач моделирования на ЭВМ. В связи с этим практическую ценность приобретает разработка принципиально новых методов и эффективных с вычислительной точки зрения алгоритмов анализа рассматриваемых режимов, ориентированных на решение задач высокой размерности и реализуемых в виде программ для ЭВМ.

Целью диссертационной работы является развитие методов и разработка новых подходов к расчету несинусоидальных режимов электрических сетей предприятий, позволяющих повысить технико-экономический уровень решения комплекса задач обеспечения качества электроэнергии при проектировании и эксплуатации СЭС промышленных предприятий.

Разработанные в диссертации новые подходы к расчету режимов ВГ позволяют усовершенствовать математическое обеспечение при решении задачи повышения качества электроэнергии в электрических сетях промышленных предприятий.

Научная новизна.

1) Разработан метод расчета параметров режимов ВГ, основанный на применении метода диакоптики с делением схемы по узлам, позволяющий повысить скорость расчета и анализа режимов ВГ.

2) Предложен способ оценки чувствительности напряжений ВГ к погрешностям определения параметров отдельных элементов схемы замещения системы электроснабжения.

3) Разработан метод расчета погрешностей вычисления параметров режимов ВГ, позволяющий учесть влияние погрешностей исходных данных группы элементов схемы замещения СЭС.

Практическое значение работы проведенных исследований заключается в возможности использования их результатов как на стадии проектирования, так и в условиях эксплуатации действующих предприятий: при расчете режимов ВГ, при обосновании мероприятий по минимизации уровней гармоник с целью устранения нежелательного влияния на различные виды оборудования (резонансные явления, перенапряжения, потери электроэнергии от токов ВГ), при разработке новых видов устройств релейной защиты и автоматики, а так же проверке батарей статических конденсаторов, предназначенных для компенсации реактивной мощности, на перегрузочную способность токам ВГ:

1) Разработана методика определения эквивалентной проводимости группы асинхронных двигателей и комплексной нагрузки 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции, позволяющая существенно сократить время сбора и подготовки исходных данных;

2) Создана программа расчета несинусоидальных режимов для современной ЭВМ, позволяющая решать следующие задачи обеспечения качества электрической энергии в системах АСУ и САПР: расчет показателей несинусоидальности напряжения в узлах предприятия; определение резонансных режимов при различных комбинациях ф подключения конденсаторных батарей; определение режима работы фильтрокомпенсирующих устройств; расчет частотных характеристик узловых сопротивлений СЭС; расчет долевого участия сторон в ухудшении качества электроэнергии; определение прогнозных значений показателей несинусоидальности при подключении новых устройств, являющихся источниками ВГ. « 3) Сформулированы требования и даны рекомендации по точности моделирования элементов СЭС в зависимости от степени их влияния на величину напряжений ВГ.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Методика, алгоритм и программа расчета параметров режимов ВГ в сетях промышленных предприятий с применением методов диакоптики с делением схемы по узлам.

2. Методика определения частотных характеристик эквивалентного сопротивления двигательной (асинхронные двигатели) и комплексной нагрузки, подключенной к шинам 0,4 кВ цеховой трансформаторной подстанции.

3. Требования к точности моделирования элементов СЭС при заданной погрешности определения напряжений ВГ.

4. Методика и формулы вычисления погрешности определения напряжения ВГ, обусловленной неточностью задания исходных данных отдельных элементов СЭС.

5. Результаты исследований погрешностей расчета уровней ВГ, полученных на основе метода статистических испытаний.

Для достижения поставленной цели в диссертации выполнены теоретические исследования, основанные на использовании принципов кибернетического моделирования, алгебры матриц, методов декомпозиции и эквивалентирования электрических схем, теории вероятностей и математической статистики. Численные исследования несинусоидальных режимов использованы для изучения закономерностей изменения параметров режимов ВГ в СЭС предприятий и проверки адекватности предложенных Ф математических моделей и теоретических выводов.

Основные теоретические положения и результаты исследований, полученные в данной диссертационной работе, реализованы в виде практических методик, алгоритмов и программ.

Диссертация состоит из введения; четырех глав; заключения; списка литературы, включающего 101 наименование; 5 приложений. Общий объем диссертации 132 страниц машинописного текста (включая список литературы), рисунки 32, таблицы 19. Общий объем приложений 26 страницы машинописного текста. \

4.5. Выводы к главе 4

1) Получены формулы для непосредственного расчета погрешности вычисления напряжения ВГ при неточности определения параметров схемы замещения элемента СЭС предприятия. Использование этих формул позволяет сократить время расчета оценки погрешности модели, вызванной неточностью определения исходных данных. Сокращение времени расчета обусловлено возможностью избежать обращения матрицы узловых сопротивлений для каждого элемента СЭС.

2) При оценке погрешностей вычисления напряжения ВГ, вносимой неточностью определения параметров элемента СЭС, необходимо учитывать как электрическую удаленность источника исследуемой гармоники, так и электрическую удаленность элемента СЭС. Этого можно достичь в каждом конкретном случае только с использованием ЭВМ.

3) Выделены три группы узлов с одинаковой «чувствительностью» напряжений ВГ внутри группы:

- узлы в сети 0,4 кВ ЦТП, питающей источник ВГ;

- шины 6(10) кВГПП;

- узлы в сети внешнего источника электроснабжения (У1-ая ступень электроснабжения).

4) Выполненные численные исследования оценок «чувствительности» напряжений ВГ в узлах к погрешностям элементов СЭС с использованием выведенных формул показали, что погрешность расчетов напряжений ВГ определяется главным образом точностью определения параметров следующих элементов:

4.1 при расчете напряжения ВГ на шинах 0,4 кВ цеховой подстанции:

- силового трансформатора подстанции;

- эквивалентного сопротивления нагрузки цеховой подстанции;

- сопротивлением трансформатора Hill;

4.2 при расчете напряжения ВГ на шинах 6/10 кВ главной понизительной подстанции предприятия:

- сопротивлением трансформатора ГПП;

- цехового трансформатора с источником тока;

4.3 при расчете напряжения ВГ в сети внешнего источника электроснабжения (VI-ая ступень электроснабжения):

- сопротивлением трансформатора ГПП;

- сопротивление воздушной линии (для гармоник n > 11);

- цехового трансформатора с источником тока.

5. Установлено, что погрешность элементов в сети 0,4кВ источника тока (первая группа узлов) обуславливает значительную погрешность при расчете уровней ВГ. Сопротивления этих элементов необходимо вычислять по наиболее точным формулам, используя точные исходные данные и коэффициенты (например Кх определять по формуле 1.28).

6. Погрешность определения напряжений ВГ в узлах без источника тока ВГ лежит в пределах 2%. Параметры элементов, подключенных к этим узлам, допускается вычислять упрощенно (пользоваться усредненными справочными данными). При этом экономится время на сбор исходных данных для расчета режима в целом по предприятию.

7. Предложено разделить все элементы СЭС на три группы по степени влияния их погрешности на результаты расчетов:

Группа 1 (при отклонении параметров элементов этой группы в диопазоне, определенном таблицей 4.1, погрешность вычисления Un превысит 5%):

- Трансформатор ГПП;

- Линия, питающая предприятие (для гармоник порядка п>11);

- Трансформатор цеховой трансформаторной подстанции (ЦТП) с источником тока при расчетах на шинах 0,4 кВ;

Группа 2 (при отклонении параметров элементов этой группы в диопазоне, определенном таблицей 4.1, погрешность вычисления Un лежит в диопазоне 1-5% - элементы средней важности):

- Нагрузка ЦТП с источником тока ВГ;

- Цеховой трансформатор подстанции без источника тока;

- Трансформатор цеховой трансформаторной подстанции (ЦТП) с источником тока при расчетах на шинах 6/10 кВ и на стороне высокого напряжения трансформатора ГПП;

Группа 3 (при отклонении параметров элементов этой группы в диопазоне, определенном таблицей 4.1, погрешность вычисления и„ менее 1% маловажные элементы):

- Кабельные линии;

- Нагрузка ЦТП без источника тока ВГ.

8. Для получения результатов расчетов напряжений ВГ в сети ЦТП 0,4 кВ с источником тока ВГ с погрешностью, не превышающей 10% необходимо величину тока ВГ определять с погрешностью менее 10%. Дця этого необходимо разработать более точные модели источника ВГ.

9. Погрешность параметров схемы предприятия, присутствующая во всех элементах и лежащая в принятом диопазоне (табл. 4.1) практически не оказывает влияния на напряжение ВГ в сети внешнего источника электроснабжения (в сети энергосистемы). Погрешность определения напряжений В Г составляет до 0,6%

10. Даже при значительных случайных погрешностях (до 20%) в определении параметров схемы замещения возможно рассчитывать режимы ВГ с инженерной точностью на шинах ГПП и в сети внешнего источника электроснабжения.

11. При расчете уровня ВГ на шинах цеховой подстанции, от шин которой питается источник ВГ эквивалентное сопротивление нагрузки этой подстанции необходимо определять с погрешностью, не превышающей 30%, при этом эквивалентное сопротивление нагрузки подстанций без источника тока ВГ возможно определять с погрешностью до 50%. В этом случае результат получается в пределах 13-14%.

12. При расчете уровня ВГ на шинах цеховой подстанции, от шин которой не питается источник ВГ сопротивление нагрузки без источника тока необходимо находить с погрешностью, не превышающей 30%, а погрешность нагрузки подстанции с источником тока- 50%. При этом погрешность результата не превышает 4%.

13. При расчете уровня ВГ в сети источника внешнего электроснабжения нагрузку трансформаторных подстанций возможно определять приближенно по мощности трансформатора подстанции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящая диссертационная работа посвящена развитию методов расчетов режимов ВГ в сетях электроснабжения промышленных предприятий. В диссертации получены следующие результаты, содержащие научную новизну и имеющие практическую ценность:

1. Разработан метод расчета несинусоидальных режимов, включающий в себя метод диакоптики с делением СЭС на подсистемы по узлам, системный подход, а так же деление на подсистемы с учетом структуры предприятия;

2. Разработанный метод реализован в виде алгоритма и программы для ЭВМ. Доказана вычислительная эффективность предлагаемого метода по сравнению с ранее применявшимися.

3. Установлено, что удельные пусковые проводимости асинхронных двигателей незначительно зависят от их номинальных мощностей, а эквивалентное сопротивление групп двигателей определяется главным образом их суммарной установленной мощностью. Предложен новый подход к моделированию групп двигателей при неполной и неопределенной информации об их параметрах и режимах работы. Для двигателей серии 4А получены конкретные рекомендации по определению их эквивалентных сопротивлений токам ВГ.

4. Получены формулы для расчета погрешности вычисления напряжения ВГ при неточности моделирования элементов СЭС предприятия. Использование этих формул позволяет сократить время анализа погрешности расчетов, вызванной неточностью определения исходных данных отдельных элементов.

5. Выделены три группы элементов, точность моделирования которых различным образом отражается на погрешности определения уровней ВГ. Установлено, что для получения результатов расчета параметров режимов ВГ с заданной точностью и уменьшения времени на сбор исходных данных сопротивления элементов первой группы необходимо вычислять по точным формулам, а второй и третьей групп- по приближенным, требующим малого количества исходных данных.

6. Для получения результатов расчетов напряжений ВГ в сети ЦТП 0,4 кВ с источником тока ВГ с погрешностью, не превышающей 10% необходимо величину тока ВГ определять с погрешностью менее 10%. Для этого необходимо разработать более точные модели источника ВГ, чем известные в настоящее время.

7. Выполнены исследования погрешностей определения напряжения ВГ на шинах ЦТП в зависимости от неточности задания параметров группы элементов СЭС. Исследования выполнены с применением метода статистических испытаний. Получены рекомендации по точности определения сопротивления нагрузки ЦТП в зависимости местоположения источника гармоник.

1. Адонц Г.Т. Метод расчета узловых сопротивлений электрической системы без процедуры обращения матрицы узловых проводимостей. Электричество, 1973, №11, С. 29-33.

2. Анисимов Я.Ф. Вероятностная оценка условий возникновения резонанса на высших гармониках в электроэнергетических системах с вентильными преобразователями. Изв. вузов. Энергетика, 1976, №12. — С. 2630.

3. Аррилага Д., Бредли Д., Боджер П. Гармоники в электрических системах. М.: Энергоатомиздат, 1989.-319 е., ил.

4. Баркан Я.Д., Маркушевич Н.С. Использование статистической информации о качестве напряжения в электрических сетях. М.: Энергия, 1972.-120 е., ил.

5. Бычков Е.И. Эквивалентирования частотных зарактеристик входного сопротивления системы системы промышленного электроснабжения с мощными нелинейными нагрузками: Автореф. Дис. канд. техн. наук. — Омск, 1991.- 12 с.

6. Веников В.А., Суханов O.A. Кибернетические модели электрических систем. -М.: Энергоиздат, 1982.- 327 е., ил.

7. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Наука, 1969.- 576 е., ил.

8. Виленкин С.Я. Статистическая обработка результатов исследования случайных функций. — М.: Энергия, 1979. — 320 е., ил.

9. Гамазин С.И., Черепанов В.В. Применение алгебры матриц и теории вероятностей к решению задач электроснабжения. — Горький, ГТУ, 1979. — 94 е., ил.

10. Гераскин О.Т. Методы расчета электрических сетей сверхсложной конфигурации.- М.: ВИПКэнерго, 1982. 108 е., ил.

11. Гераскин О.Т. Разработка теории и методов анализа обобщенных параметров и режимов больших электроэнергетических систем. Дис. . докт. техн. наук. - Новосибирск, 1987. - 546 с.

12. Гераскин О.Т., Черепанов В.В. Методы расчета несинусоидальных и несимметричных режимов сложных систем электроснабжения промышленных предприятий. В кн.: Исследование качества электроэнергии в силовых электрических системах. - Братск, 1990.- С. 62-66.

13. Гераскин О.Т. Основы теории и методов расчета режимов больших электроэнергетических систем. М.: ИПК госслужбы, 1996.- 166 с.

14. Гераскин О.Т., Черепанов В.В. Применение вычислительной техники для расчета высших гармоник в электирческих сетях. — М.: ВИПКэнерго,1987.-53 е., ил.

15. Гераскин О.Т., Черепанов В.В., Декснис O.K. Две формы математического описания режима высших гармоник систем электроснабжения промышленных предприятий и метод их решения. — Изв. АН Латвийской ССР. Сер. Физических и технических наук, 1989, №3. С. 87-92.

16. Гераскин О.Т. Обобщенный закон Ома. М.: ИПК госслужбы , 1998, -108 с.

17. Гераскин О.Т. Обобщенные законы Кирхгофа. М.: ИПК госслужбы , 1999,-56 с.

18. Гераскин О.Т. Выбор системы независимых контуров, формирование и решение уравнений контурных токов в больших электроэнергетических системах // Изв. вузов. Проблемы энергетики. 1999. -№ 5-6. - С. 37-51.

19. ГОСТ 27389-87. Установки конденсаторов для повышения коэффициента мощности. Термины и определения. Общие технические требования. — М.: Изд. стандартов, 1988. -20 с.

20. ГОСТ 11677-85. Трансформаторы силовые. Общие технические условия. — Изд. стандартов, 1990. — 57 с.

21. ГОСТ 14794-79. Реакторы токограничивающие бетонные. Технические условия. М.: Изд. стандартов, 1979. - 28 с.

22. ГОСТ 183-74. Машины электрические вращающиеся. Общие технические требования. Изд. стандартов, 1982. — 43 с.

23. Гордеев В.И., Морхов А.Ю. Принципы расчета максимума мощности группы электроприемников в условиях неполной информации. Изв. вузов СССР. Электромеханника, 1988, №9.

24. Жежеленко И.В. О погрешностях расчета гармоник в электросетях. — В кн.: Проблемы технической электродинамики. — Киев: Наукова думка, 1975, вып. 55. С. 44-50.

25. Жежеленко И.В. Практические рекомендации по расчету уровней гармоник в системах электроснабжения металургических заводов: Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. М.: Энергия, 1971, №8. С. 3-12.

26. Жежеленко И.В. Гармоники напряжения в электрических сетях при резонансе. — В кн. Энергетика и электрификация, 1972, №5(65). С. 18-19.

27. Жежеленко И.В. Эквивалентирование гармоник тока вентильных преобразователей. В кн.: Проблемы технической электродинамики.- Киев: Наукова думка, 1972, вып. 37. - С. 50-52.

28. Жежеленко И.В., Липский A.M. Применение спектральных методов для анализа качества электроэнергии. — В кн.: Проблемы технической электродинамики.- Киев: Наукова думка, 1979. С. 48-51.

29. Жежеленко И.В., Липский A.M., Чубарь Л.А. Инженерные методы расчета показателей качества электроэнергии, основанные на спектральных представлениях. В кн.: Проблемы преобразования параметров электрической энергии.- Киев: Наукова думка, 1979. - С. 48-51.

30. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Показатели качества электроэнергии и их контроль на промышленных предприятиях. 3-е изд., перераб. и доп. - М: Энергоатомиздат, 2000. — 252 е.,74 ил.

31. Жежеленко И.В., Шимановский О.Б. Электромагнитные помехи в системах электроснабжения промышленных предприятий. Киев: Вища школа, 1986.

32. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Взаимное сопротивление электрических сетей на частотах гармоник // Изв. вузов. Сер. Энергетика, 1990. №2.

33. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промпредприятий. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 2000. — 331 е., ил.

34. Железко Ю.С., Кордюков Е.И. Высшие гармоники и напряжения обратной последовательности в энергосистемах Сибири и Урала. //Электричество, 1989, №7, С. 62-65.

35. Железко Ю.С. Стратегия снижения потерь и повышения качества электроэнергии в электрических сетях. // Электричество, 1992, №5, С.6-12.

36. Железко Ю.С., Стан В.В. построение системы контроля и учета качества электроэнергии. Электричество, 1993, №11, с. 32-37.

37. Жовинский А.Н., Жовинский В.Н. Инженерный экспресс анализ случайных процессов. — М.: Энергия, 1979.- 112 с., ил.

38. Забродский P.O. Показатели качества электрической энергии питающей сети при работе нескольких шестифазных преобразователей. — Электротехника, 1975, №7. С. 26-30.

39. Идельчик В.И. Расчеты установившехся режимов электрических систем. -М.: Энергия, 1977. 189 е., ил.

40. Идельчик В.И. Расчеты и оптимизация режимов электрических сетей и систем -М: Энергоатомиздат, 1988.288 е., ил.

41. Калугина М.А., Фокин Ю.А. Расчет вероятностных характеристик коэффициента несинусоидальности в системах электроснабжения. — Труды МЭИ, 1979, вып. 406. С. 24-29.

42. Каменева В.В., Краснова B.C., Фокина Г.А. Влияние качества напряжения на производительность механизмов предприятий химической промышленности. Труды МЭИ, 1979, №409. - С. 11-15.

43. Каргаплыпев В.П., Черепанов В.В. Выбор оптимальной точности определения показателей качества электроэнергии. — В кн.: Повышение эффективности электроснабжения на промышленных предприятиях: Материалы конференции, Москва- Челябинск, 1990. С. 82-83.

44. Качанова H.A. Методика расчета на цифровых вычислительных машинах собственных и взаимных сопротивлений. Труды ин-та электродинамики АН УССР, 1962, вып. 19. - С. 75-78.

45. Константинов Б.А., Жежеленко И.В., Никифорова В.Н., Липский A.M., Слепов Ю.В. Система показателей и нормирование качества электрической энергии.- Электричество, 1978, №9.- С. 11-19.

46. Краммер Г. Математические методы статистики. — М.: Мир, 1975. — 648 е., ил.

47. Крахмалин И.Г., Солнцев Е.Б. Расчет ущерба при случайном характере изменения показателей качества электроэнергии. Изв. вузов. Электромезанника, 1985, №7, С. 60-63.

48. Кудрин Б.И. Электрика: некоторые теоретические основы// Электрификация металургических предприятий Сибири. — Томск: Изд. Томск, гос. ун-та, 1989, вып. 6.- С. 5-74.

49. Кудрин Б.И., Анчарова Т.В. САПР в электроснабжении промышленных предприятий. М.: Изд. МЭИ 1987. - 76 е., ил.

50. Кудрин Б.И., Лизогуб П.П., Шулепов Н.В. О законе распределения ремонтируемых электродвигателей// Электрификация металургических предприятий Сибири. — Томск: Изд. Томск. Гос. ун-та, 1971. — С. 145-152.

51. Курбацкий В.Г., Яременко В.Н. Распределение коэффициента несинусоидальности по отдельным нелинейным потребителям энергосистем // Промышленная энергетика. 1989. №6.

52. Кучумов Л.А., Эль-Амин Хусейн, Изельд К.-Д. О погрешностях расчета гармонических составляющих токов и напряжений преобразователя при резонансных явлениях в питающих сетях. Промышленная энергетика, 1983, №2. С. 26-29.

53. Кучумов Л.А., Кузнецов A.A. Методики расчета высших гармоник токов намагничивания понижающих трансформаторов. // Электричество, 1998, №3, С. 13-20.

54. Львовский E.H. Статистические методы построения имперических формул. М.: Высшая школа, 1988. - 239 е., ил.

55. Мазовер В.В. Совершенствование методов расчета высших гармоник в электрических сетях: Автореф. Дис. . канд. техн. Наук.- Новочеркасск, 1989.-16 с.

56. Марушкевич Н.С., Солдаткина Л.А. Качество напряжения в городских электрических сетях. М.: Энергия, 1975. - 256 е., ил.

57. Махнитко А.Е. Метод расчета установившегося режима энергосистемы по отдельным подсистемам. Электричество, 1977, №4.- С. 26-30.

58. Мельников H.A., Тимофеев Д.В. Приближенное определение несимметрии режима. Промышленная энергетика, 1972, №4. - С. 35-38.

59. Мирошник А.И., Диев С.Г. Методика определения экономического ущерба от отклонения напряжения на предприятиях нефтехимического комплекса. — В кн. Надежность и экономичность электроснабжения нефтехимических заводов. Омск, 1980. С. 76-83.

60. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. — М.: Наука, 1971. 576 е., ил.

61. Новицкий П.В., Зоргаф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд.-ние, 1985.- 248 е., ил.

62. Новицкий П.В. Об особых свойствах 95% -ной квантили большого класса распределений и предпочтительных значениях доверительной вероятности при указании погрешностей приборов и измерений. — Метрология, 1979, №2, с. 18-24.

63. Розенов В.И. Алгоритмы и средства для экспериментального определения частотных характеристик систем промышленного электроснабжения с нелинейными и несимметричными нагрузками. — Автореф. Дис. канд. техн. Наук. — Москва, 1982. 19 с.

64. Ройзман О.М. Оценка, моделирование и управление качеством электроэнергии с применением теории нечетких множеств. Автореф. Дис. . канд. техн. Наук.- Новосибирск 1990. - 16 с.

65. Россман Д.М., Разгонов E.JL, Трофимов Г.Г. Оценка погрешности прогнозирования уровней высших гармоник в электрических сетях. — В кн.: Рабочие процессы и усовершенствование теплотехнических устройств и электрических систем. -Алма-Ата, 1979. С. 20-26

66. Тимофеев Д.В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками. —Л.: Энергия, 1965. 224 е., ил.

67. Тимофеев Д.В. Режимы в электрических системах с тяговыми нагрузками. —Л.: Энергия, 1972. 296 е., ил.

68. Тимофеев Д.В. Упрощенный вероятностный метод расчета несимметричных и несинусоидальных режимов в электрических сетях с однофазными тяговыми нагрузками. — Электричество, 1963, №9. — С. 48-54.

69. Трофимов Г.Г. Качество электроэнергии и его влияние на работу промышленных предприятий. Алма-Ата: КазНИИНТН, 1986.- 75 е., ил.

70. Трофимов Г.Г., Мазовер В.В. Применение метода неполной релаксации для расчета уровней высших гармоник. Изв. вузов. Энергетика, 1985, №7.- С. 57-60.

71. Трофимов Г.Г., Мазовер В.В. Применение теории многомерных матриц для расчета высших гармоник. — Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт, 1987, №1.- С. 76-81.

72. Фролов A.C. Определение методом статистических испытаний одномерной функции распределения величины модуля тока (напряжения). -Труды ВНИИЭ, 1963, вып. 15.-С. 166-179.

73. Хачатрян B.C. Решение уравнений установившихся режимов больших электрических систем с применением методов декомпозиции.-Электричество, 1976, №6. С. 12-19.

74. Хэпп X. Диакоптика и электрические цепи. -М.: Мир, 1974.- 344 е., ил.

75. Черепанов В.В., Коновалов С.Л. Исследование погрешностей математического моделирования режимов высших гармоник систем электроснабжения. В кн.: Кибернетика электрических систем: Материалы конференции, Гомель, 1991.-С. 178.

76. Черепанов В. В. Расчеты несинусоидальных и несимметричных режимов систем электроснабжения промышленных предприятий. Горький: изд.ГТУ, 1989.-88 е., ил.

77. Черепанов В.В. Вероятностно- статистические модели режима высших гармоник системы электроснабжения предприятий. В кн.: Кибернетика электрических систем: Материалы конференции, Абакан, 1989. — С. 153.

78. Черепанов В.В., Родыгин А.В. Вероятностно-статистические методы расчета режимов высших гармоник систем электроснабжения промышленных предприятий. Горький; изд. ГТУ, 1990. - 86 с.

79. Черепанов В.В. Системный подход к анализу установившихся несинусоидальных и несимметричных режимов сложных систем электроснабжения промышленных предприятий. — Киров, 1990. — 10 с. — Деп. ЦНТИ Информэнерго, №3244-ЭН90.

80. Черепанов В.В. Применение методов диакоптики для расчета режимов высших гармоник систем электроснабжения промышленных предприятий. Изв. вузов. Электромеханника, 1991, №1.- С. 113-116.

81. Черепанов В. В., Гераскин О.Т., Коновалов С.Л. Программа расчета несинусоидальных режимов в сложнозамкнутых электрических сетях методовм диакоптики. М.: Гос. ФАП СССР, Инв №50910000063, 1991. - 57 с.

82. Черепанов В.В., Горбунов В.П. Схемы замещения цеховых подстанций на высоких частотах. Труды МЭИ, 1975, вып. 218. - С. 100-106.

83. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества. -М.: Мир, 1970.- 368 е., ил.

84. Экономический аспект проблемы качества электроэнергии в системах электроснабжения промпредприятий.- В кн. : Инструктивные указания по проектированию электротехнических промышленных установок. — М.: Энергия, 1977, №8.-С. 13-20.

85. A methodology for assement of Harmonic Impast and compliansewith standarts for distribution systems / G.T. Heyclt, D.J. Kish, J. Hill // Proc 4 intern. Conf. On Harmonics in Power Systems. Badapest. 1990.

86. Czarnecki L.S. Powes in nonsinusoidal networks: their interpretation, analysis and measurement. IEEE. Trans. Instr. Meas., Vol. IM-39, №2, April 1990

87. Heydt G.T., Kraft L.A., Hart D.W. Carlson D.L., Crane L.P. The practical evalution and testing of the harmonic power flow study program. "Trends Eles. Util. Res.", New York, e.a., 1984. - P. 3-9.

88. Lo K.L., Goh K.M. Harmonic analysis for power networks.- "Elec. Power syst. Res.", 1986, v. 10, №3. P. 189-203.

89. McGranaghan M.F., Dugan R.C., Sponsler W.L. Digital simulation of distribution system frecuency-response characteristics.- IEEE Tpans, 1981, Vol. PAS-100.-P. 1362-1369.

90. Rowe N.B. The summation of randomy-varying phazors or vectors with particular referense to harmonic levels.- International Conference on Sources and Effets of Power System Disturbances, London, 1974, Proceedings. P. 177-181.