автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Совершенствование методов анализа и средств повышения качества электрической энергии и эффективности электропотребления в точках общего присоединения тяговых подстанций

На правах рукописи

005016018

Машкин Анатолий Геннадьевич

Совершенствование методов анализа и средств повышения качества электрической энергии и эффективности электропотребления в точках общего присоединения тяговых подстанций

Специальность 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

з шп т.

Красноярск - 2012

005016018

Работа выполнена в ООО «ЗабСпецСтройПроект» г. Чита

Научный консультант:

Пантелеев Василий Иванович, доктор технических наук, профессор з ведующий кафедрой «Электротехнические системы и комплексы» С бирского федерального университета

Бульбик Янис Иванович, доктор технический наук, профессор, профе сор кафедры «Приборостроение» Сибирского федерального университ та

! Куликова Лидия Васильевна доктор технический наук, профессор, пр фессор кафедры электрификации производства и быта Алтайского гос дарственного технического университета

Нейман Владимир Юрьевич, доктор технический наук, профессор зав дующий кафедрой теоретических основ электротехники Новосибирскої государственного технического университета

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Сибирский государственный индустриальный университеї

] Защита диссертации состоится «16» мая 2012 года в 14.00 часов на зас дании диссертационного совета ДМ 212.099.07 при ФГАОУ ВПОІСибирскі федеральный университет по адресу: г. Красноярск, ул. Ленина, д. 70Гауд. 20'

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах заверенные печатью учрежд ния просим присылать по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО Сиби| ский федеральный университет по адресу: г. Красноярск, пр. Свободны

Официальные оппоненты:

79/10.

Автореферат разослан «16» апреля 2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета ДМ 212.099.07, к.т.н., доцент

Т.М. Чупак

Актуальность проблемы. Нарастание дефицита мощности в энергосистемах страны, проведение реформ в электроэнергетике, принятие новых статей Гражданского Кодекса Российской Федерации (ГК РФ) и закона об энергосбережении заставляют по-новому взглянуть на проблему качества электрической энергии (КЭ) в точках общего присоединения (ТОП) тяговых подстанций.

К настоящему времени накоплен значительный опыт по исследованию и анализу проблем КЭ в системах электроснабжения. Наиболее перспективным подходом решения проблем КЭ на границах раздела систем внешнего и тягового электроснабжения является повышение эффективности электропотребления в системах тягового электроснабжения (СТЭ).

До последнего времени проблема КЭ на границах раздела энергосистем и систем тягового электроснабжения находилась в «замороженном» состоянии и касалась двух хозяйствующих субъектов РАО «ЕЭС» и ОАО «РЖД». В связи с реформами в энергетике и железнодорожном транспорте, а также согласно новым статьям ГК (Гражданского Кодекса) РФ проблема КЭ в настоящее время стала касаться уже многих хозяйствующих субъектов, что приводит к возникновению конфликтных ситуаций. Последнее связано с тем, что согласно ГК РФ потребители, получающие питание от той же ТОП, что и тяговые подстанции, вправе требовать снижения оплаты за объёмы поставленной некачественной электроэнергии от снабжающих организаций.

Удовлетворение этих обоснованных требований будет способствовать росту тарифов на железнодорожные грузовые и пассажирские перевозки. Другими словами, проблема КЭ в ТОП тяговых подстанций, будет решаться за счет населения.

Разрешить сложившуюся ситуацию можно за счет установления количественной связи КЭ с энергосбережением, а также за счёт возможности объективно оценивать ущербы от потребления некачественной электроэнергии. Данные ущербы, в установившихся режимах, определяются объёмами потреблённой активной электроэнергии по обратной, нулевой последовательностям и активной энергии по высшим гармоникам. Такие виды энергии идентифицируются показателями КЭ: коэффициенты несимметрии по обратной и нулевой последовательностям, коэффициент искажения синусоидальности формы напряжения и коэффициенты я-ой гармонической составляющей.

Поэтому решение проблемы КЭ необходимо связывать с эффективностью мероприятий и технических решений, направленных на энергосбережение и уменьшение доли генерации некачественной электроэнергии, а также с разработкой способов и средств измерения и учёта электроэнергии идентифицированной по показателям КЭ.

Это становится особенно актуальным в настоящее время в связи со снижением системной надежности и ростом дефицита электрической мощности в большинстве энергосистем страны, что требует разработки технологий энергосбережения для одного из самых крупных и проблемных потребителей электрической энергии (ЭЭ) - электрифицированных железных дорог. Эти технологии электросбережения, обеспечивающие снижение электропотребления, должны исключать или резко уменьшать генерацию ЭЭ по показателям КЭ в

СТЭ. Объективно оценивать ущербы от потребления некачественной ЭЭ позволят способы и средства учёта и измерения некачественной ЭЭ идентифицированной по показателям КЭ.

Общие объёмы ЭЭ с идентификацией по показателям качества, которые генерируются тяговыми подстанциями, весьма существенны (1.18% от общего потребления), они распределяются среди потребителей ЭЭ, получающих питание от ТОП с тяговыми подстанциями, а также обуславливают дополнительные потери в элементах энергосистем. Основными составляющими ЭЭ с идентификацией по показателям КЭ являются две компоненты, одна из них это ЭЭ, обусловленная генерацией за счет асимметрии нагрузки тягового трансформатора на стороне тяги (двухфазная, неравномерная), которая определяется активной мощностью по обратной последовательности. Эта ЭЭ идентифицируется таким показателем КЭ как коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности. Потребитель, который получает эту ЭЭ и имеет двигательную нагрузку, вынужден для её нейтрализации и компенсации потреблять в два раза больше ЭЭ по прямой последовательности. При этом резко увеличиваются риски создания и развития аварийных ситуаций, ведущих к массовому недоот-пуску продукции, нарушению электро-, взрыво- и пожаробезопасное™ и т.п.

Второй компонентой является ЭЭ по высшим гармоникам, обусловленная нелинейным характером нагрузки тягового трансформатора и определяемая суммарной активной мощностью по высшим гармоникам. Эта ЭЭ идентифицируется таким показателем КЭ, как коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. Гармонические составляющие этой ЭЭ определяются активными мощностями по соответствующим гармоникам и их всегда можно идентифицировать по коэффициентам «-ой гармонической составляющей напряжения.

Исключение генерирования некачественной ЭЭ на тяговых подстанциях снизит электропотребление в СТЭ, а также повысит достоверность учёта. Снижение электропотребления определяется величиной неэффективного использования ЭЭ, которая затрачивается на генерирование некачественной ЭЭ. Это основной подход, который автор использует в данной работе. Чтобы реализовать его, в первую, очередь необходимо установить связь показателей качества ЭЭ с основными электроэнергетическими характеристиками объектов электроснабжения.

Действующий ГОСТ 13109-97 оценивает и нормирует только электрическую компоненту ЭЭ (напряжение), токовая и мощностная и (или) энергетическая компоненты этим стандартом оценке и нормированию не подлежат. Фактически существующий ГОСТ определяет качество напряжения в ТОП. По сути дела это означает, что некий товар, а ЭЭ и есть товар, оценивается только по одному показателю.

Все это дает основание считать, что существующий ГОСТ 13109-97 в указанных условиях недостоверно и необъективно оценивает качество ЭЭ.

Для того чтобы объективно оценивать КЭ, необходимо связать характеристики электропотребления объекта электроснабжения с показателями КЭ. Реализация данного подхода позволила разработать технические решения для по-

вышения КЭ, главным образом на границах СТЭ, что обеспечивает практически полное исключение генерации некачественной ЭЭ в системы внешнего и транзитного электроснабжения, снизит электропотребление в СТЭ и в смежных системах, повысит их надёжность, а также повысит достоверность учёта. Это дает возможность сертифицирования ЭЭ в ТОП, к которым подключены тяговые подстанции, а также экономить значительные объемы ЭЭ (от 3% до 8% от объёма ЭЭ на тягу поездов). При строительстве новых тяговых подстанций и реконструкции действующих, использование систем симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов даст экономию капитальных затрат за счет использования трансформаторов меньшей мощности.

Таким образом, существует техническая проблема, заключающаяся в некачественной электроэнергии, которая вызвана таким мощным потребителем как электрифицированная железная дорога. Ей соответствует научно-техническая проблем, заключающаяся в необходимости разработки методологических основ анализа сложных несимметричных систем электроснабжения на границе раздела систем тягового и общего электроснабжения при полигармонической форме токов и напряжений и технических решений по повышению качества ЭЭ и эффективности использования установленного энергетического электрооборудования.

Целью работы является разработка методологических основ анализа сложных несимметричных систем электроснабжения на границе раздела систем тягового и общего электроснабжения при полигармонической форме токов и напряжений и технических решений по повышению качества ЭЭ и эффективности использования установленного энергетического электрооборудования, что позволяет с единых позиций рассмотреть особенности и специфику электромагнитной совместимости этих систем и выработать рекомендации по энергосбережению и обеспечению КЭ.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- обоснование электрофизической природы и математического представления энергообменных процессов в линейных и нелинейных однофазных и трехфазных несимметричных сетях;

- разработка метода и алгоритма определения основных электроэнергетических характеристик объектов электроснабжения, учитывающих потоки некачественной ЭЭ;

- исследование и анализ электроэнергетических характеристик электропотребления СТЭ с учётом потоков некачественной ЭЭ в ТОП тяговых подстанций;

- разработка способов симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов, основанных на использовании выпрямительно-инверторных каскадах, построенных на элементной базе современной силовой электроники, снижающих долю потоков некачественной ЭЭ в ТОП тяговых подстанций;

- разработка способов повышения КЭ в ТОП тяговых подстанций, обеспечивающих использование (утилизацию) некачественной ЭЭ;

- разработка математических и физических моделей и исследование на них электроэнергетических характеристик способов и средств, обеспечивающих повышение КЭ в ТОП тяговых подстанций;

Основные методы научных исследований. В теоретической части работы были использованы методы теории и расчета электрических цепей, электромагнитного поля, тензорного анализа цепей, гиперкомплексных пространств и кватернионов, цифровых измерений и цифровой обработки сигналов, физики твердого тела. Экспериментальные исследования электроэнергетических характеристик способов симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов проводились на физических и математических моделях в среде МаИлЬ.

Основные методы научных исследований. В теоретической части работы были использованы методы теории и расчета электрических цепей, электромагнитного поля, тензорного анализа цепей, гиперкомплексных пространств и кватернионов, цифровых измерений и цифровой обработки сигналов, физики твердого тела. Экспериментальные исследования электроэнергетических характеристик проводились на физических и математических моделях в среде МаО.аЬ способов симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов и повышения КЭ.

Научная значимость и новизна работы. Научная новизна работы заключается в том, что:

- метод кватернионов расчета электрических цепей, являясь естественным расширением комплексного метода, позволяет углубить анализ процессов в линейных цепях, установить связь активных и реактивных параметров цепи с её энергетическими характеристиками;

- установлена связь между активными и реактивными параметрами последовательной и параллельной схемами замещения, установлены причины искажения номиналов параметров электрических цепей, найдены собственные значения параметров цепей;

- разработана система электроэнергетических характеристик, позволяющая полно и достоверно характеризовать процесс электропотребления в ТОП тяговых подстанций, а также определять характеристики искажения и величину неучтённой ЭЭ;

- разработаны способы симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов на основе использования выпрямительно-инверторных каскадов, построенных на основе современных силовых ключей;

- установлено, что для достоверности учёта электропотребления в ТОП тяговых подстанций необходимо учитывать ЭЭ идентифицированную по показателям КЭ, определяемых в п.п. 5.4, 5.5, 5.6 ГОСТ 13109-97:

- предложен способ учёта и счетчик, позволяющий учитывать ЭЭ в обеих направлениях в том числе и с идентификацией по показателям КЭ и уровням напряжения по первой гармонике прямой последовательности выше и ниже предельно допустимых

Достоверность научных положений и выводов подтверждена результатами теоретических, лабораторных и производственных исследований, их про-

веркой в СТЭ и на физических и математических моделях, а также сходимостью выводов и результатов расчетов с экспериментальными данными. Практическая ценность работы определяется тем, что:

- разработаны эффективные методы утилизации (использования) некачественной ЭЭ, позволяющие в системах электроснабжения, в том числе тягового электроснабжения снизить электропотребление;

- разработанные способы симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов дают возможность увеличить величину располагаемой мощности тяговых трансформаторов, снизить электропотребление и повысить КЭ в ТОП тяговых подстанций, а также практически полностью исключить потоки некачественной ЭЭ на границах СТЭ;

- применение современных силовых ключей ГСВТ, вТО в системах симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов позволит использовать высокие технологии с целью оптимальной адаптации характеристик объекта электроснабжения к показателям КЭ регламентируемых ГОСТ 13109-97;

- разработанная лицензированная программа расчета электроэнергетических характеристик позволяет объективно и достоверно определять и оценивать искажения, вносимые в системы электроснабжения различными объектами электроснабжения; а также определять объёмы неучтенной ЭЭ существующими системами учета ЭЭ, рассчитывать погрешность измерения реактивной энергии и мощности.

Основные положения, выносимые на защиту.

- метод кватернионов расчета электрических цепей в основе которого лежит алгебра матриц Клейна-Кэли, изоморфная алгебре кватернионов;

- алгоритм, обеспечивающий учет потоков и объёмов генерации некачественной ЭЭ, идентифицированной по показателям КЭ, и методологические основы его построения;

- результаты исследования и анализа электроэнергетических характеристик СТЭ, в том числе потоков некачественной ЭЭ в ТОП тяговых трансформаторов, с учетом характеристик и алгоритмов используемых средств учета ЭЭ;

- способы симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов и результаты математического и физического моделирования, принципы построения симметрирующих схем;

- способы повышения КЭ объектов электроснабжения и утилизации ЭЭ идентифицированной по показателям качества ЭЭ;

Реализация результатов работы. Программа расчета электроэнергетических характеристик объектов электропотребления внедрена в Читинской электрической компании, а также в филиале ОАО «РЖД» Энергосбыт Забайкальской железной дороги, рекомендации по симметрированию СТЭ приняты к использованию ОАО «МЭС Сибири» - филиал ФСК ЕЭС. Затраты на создание установки по симметрированию нагрузки тягового трансформатора (патенты № №2274940, № 2253931) окупаются за срок не более 8-10 месяцев. Это достигается за счет исключения генерации ЭЭ идентифицированной по показателям КЭ, снижения электропотребления СТЭ, обеспечения нормального полно-

фазного режима работы трансформатора со стороны тяговой нагрузки. Личный вклад автора

Автору диссертационной работы принадлежат постановка целей и задач исследования, определение путей их реализации и решения. Все эксперименты по исследованию эффективности способов повышения КЭ объектов электроснабжения выполнялись непосредственно автором работы. Часть экспериментов выполнено в соавторстве с исследователями, у которых автор является научным руководителем. Разработка способов и исследование результатов симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов выполнены в сотрудничестве с другими исследователями. Непосредственно автором или при его прямом участии дана интерпретация экспериментальных результатов, предложены описанные в диссертации новые физические модели, проведены их расчёт и теоретическое обоснование. В публикациях, в которых автор диссертации занимает первую позицию, основная роль в постановке задачи, полном или частичном получении экспериментальных результатов, их анализе и теоретическом обосновании, а также в написании и редактировании текста публикаций, принадлежат ему. В остальных публикациях автор участвовал в постановке задачи, получении ряда экспериментальных результатов и их обсуждении, а также разработке физических моделей, объясняющих результаты экспериментов.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ёе разделы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, межрегиональных конференциях и семинарах, научно-практических конференциях вузов страны, в том числе:

• IV международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности»..2007, Санкт-Петербург

• XII международная практическая конференция. СТТ 2007, 2008 г. Томск.

• Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005).

• 1-ая международная научно-практическая конференция. СПБ 2011: Научные и технические средства обеспечения энергосбережения и энергоэффективности в экономике РФ.

• Всероссийской научно-практической конференция «Энергетика в современном мире» (Чита, 2006).

• IV-VIII Всероссийские научно-практические конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2004-2008).

• Научно-методической конференции ученных и специалистов Заб.ж.д. (Чита, 1995).

• Межрегиональной научно-технической конференции «Энергетика в современном мире» (Чита, 2001).

• V всероссийский семинар ВУЗов Сибири и Дальнего Востока «Проблемы теплофизики и теплоэнергетики: материалы семинара вузов Сибири и Дальнего

Востока. Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» - Иркутск. 2008.

• Всероссийская научно-практическая конференция «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» - Томск. 2008.

Публикации. Основные научные положения и материалы по теме диссертации изложены в 38 печатных работах, включая 2 монографии, 1 официально зарегистрированную программу для ЭВМ, 6 патентов на изобретения, 8 научных статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, выполнена на 268 страницах машинописного текста, содержит 76 иллюстраций, 7 таблиц, список используемой литературы из 205 наименований и приложение на 32 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведён анализ состояния исследований и разработок по повышению КЭ и эффективности использования ЭЭ при полигармонических составах напряжений и токов. Обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, охарактеризована научная новизна и практическая ценность результатов работы, сформулированы защищаемые положения, показана апробация результатов работы, отражена структура диссертации.

В первой главе представлен анализ основных электроэнергетических характеристик, которые используются для описания электропотребления объектами электроснабжения. Проанализированы основные разработки, направленные на повышение КЭ в ТОП тяговых подстанций, а также установлены потоки ЭЭ, не соответствующие требуемым показателям качества вследствие подключения тягового трансформатора и установлена проблема недостоверности учета электропотребления СТЭ существующими системами учета.

Анализ показал, что большинством современных микропроцессорных счетчиков ЭЭ и информационно-измерительными комплексами, предназначенными для измерения характеристик электропотребления и ПКЭ, ряд электроэнергетических характеристик не измеряются и не определяются. В первую очередь это относится к мощности искажения, характеристикам искажения, а также мощностям по обратной, нулевой последовательностям первой гармоники и мощности высших гармоник.

Выполненный анализ основных особенностей использования ЭЭ в СТЭ показывает нарушения следующих показателей КЭ: коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности (рис. 1), коэффициенты искажения синусоидальности кривой напряжения (рис. 2), коэффициенты п-ой гармонической составляющей напряжения (рис. 3) в ТОП тяговых подстанций.

Рис. 1. Динамика изменения коэффициентов несимметрии напряжения по обратной последовательности в ТОП тяговой подстанции

I

Показано, что статическая компенсация при динамическом характере нагрузки в СТЭ не обеспечивает компенсации реактивной мощности. Использование таких устройств приведёт к резкому увеличению потерь ЭЭ в контактной сети, рельсовом полотне и земле за счет протекания по ним токов основной и высших гармоник.

14:36 32 1 6:09:56 1 7:51:50 1 9:34:57 21:16:52 22:58:45 0:33:31 1:56:24 3:24:23 4:50:34 6:16:39 7:42

44 9:07:37 1 0:42.11 12.2401 14:07:05

Рис. 2. Коэффициенты искажения синусоидальной формы кривой напряжения в

ТОП тяговой подстанции

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Рис. 3. Коэффициенты и-ой гармонической составляющей напряжения

Разработанные к данному моменту времени системы симметрирования СТЭ обладают рядом существенных и принципиальных недостатков. Ими являются не апробированная однофазная распределенная сеть напряжением 94115 кВ, специальные сложной конструкцией трансформаторы большой мощно-

сти 63-80 MBA, усложнённая конструкция контактной сети с наличием двух напряжений 27.5 кВ и 66,4 кВ, однофазные трансформаторы с асимметричным питанием и т.д.

В работах Московского государственного открытого университета (МГОУ) предлагается, все виды активной ЭЭ обмен которыми постоянно происходит между энергоснабжающими организациями и их абонентами разбить по соответствующим ПКЭ. При этом с одной стороны каждый из измеряемых видов энергии соответствует одному из ПКЭ, а с другой, легко поддаётся учету, поскольку измеряется в одних и тех же единицах - кВтчасах.

На рис. 4 представлена диаграмма обмена некачественной активной ЭЭ между её продавцом и покупателем для случая, когда продавец имеет симметричную систему генерации, а покупатель - линейную несимметричную нагрузку (нет нулевой последовательности и нет искажения синусоидальности кривой напряжения).

На (рис. 5) приведена динамика изменения генерации активной мощности по 5-ой гармонике в ТОП одной из тяговых подстанций Забайкальской железной дороги (ЗабЖД).

Данный график показывает значительные объёмы генерации некачественной ЭЭ по этой гармонике, причём фактические объёмы генерации надо увеличивать не менее чем в два раза. Так как необходимо учесть потоки энергии по этой гармонике на стороне среднего напряжения (СП) тягового трансформатора, трансформаторов ДПР (два провода рельс), а также потерь ЭЭ по этой гармонике собственно в СТЭ.

9:16:43 11:17:35 13:16:28 15:15:21 17:14:15 19:13:09 21:13:14 23:12:07 0:51:44 2:32:21 4:11:47 5 5224 7:31:50 9:1228

Рис. 5. Активная мощность по 5-ой гармонике

Изложенное выше позволяет поставить вопрос об эффективности использования ЭЭ в СТЭ, а также смежными по ТОП потребителями тяговых подстанций как со стороны 220 (110) кВ, так и транзитными со стороны 6 (10,-35)

Активная энергия

прямой последовательности

Активная энергия обратной последовательности

Рис. 4. Диаграмма обмена некачественной активной ЭЭ

кВ. В стэ низкая эффективность использования ЭЭ обусловлена также и тем, что для генерации, выносимой из СТЭ энергии гармонических составляющих и энергии обратной последовательности, используется часть потребляемой качественной ЭЭ прямой последовательности первой гармоники.

ДПР

Рис.6. Потоки ЭЭ в СТЭ

На (рис. 6) приведены потоки ЭЭ втекающие и вытекающие из СТЭ. Что касается смежных по ТОП потребителей тяговых подстанций, то при потреблении некачественной ЭЭ для нейтрализации и компенсации её негативного воздействия на электроустановки и производственные процессы потребителю приходится увеличивать электропотребление, а также нести дополнительные затраты на оборудование: различные фильтрующие устройства, устройства симметрирования, стабилизаторы напряжения и т.д.

Необходимо отметить, что существующими системами учета электропотребления некачественная ЭЭ не регистрируется и не измеряется.

Во второй главе выводятся и анализируются основные электроэнергетические характеристики, с помощью которых описываются процессы в различных линейных системах, а также обосновывается теоретические основы метода кватернионов расчета цепей.

Существующий аппарат анализа и расчета цепей (символический метод) не позволяет анализировать процессы и явления, возникающие в цепях при встречном распространении в них электрической энергии. Это не дает возможность детально анализировать природу активных потерь и активной мощности, реактивных потерь и реактивной мощности, а также не позволяет выяснять генезис активных и реактивных параметров, например, с целью физически верного структурирования объектов измерения и диагностики.

Решение поставленных проблем производилось на основе анализа причинно-следственных связей, которые возникают при движении электромагнитной энергии с частотой 2 о от источника питания к реактивным элементам цепи, что сопровождается активными потерями на активных элементах цепи и

накоплением энергии на реактивных элементах. Возврат электромагнитной энергии накопленной на реактивных элементах к источнику питания сопровождается активными потерями на тех же активных элементах цепи.

Задавшись амплитудными значениями напряжения на входе цепи (анализируемый объект) ит и питающего тока цепи 1 щ при разности фаз (р между синусоидами тока и напряжения произведём следующие ортогональные преобразования (раз-иг J ложения) для действующих зна-

Рис. 7. Векторное представление ортого- чений векторов напряжения и нальных преобразований напряжения и тока рис.7, тока цепи на комплексной плоскости

и =иг+и0,

(1)

где модули и аргументы векторов иг,и0 соответственно равны

71

исоъ(р,и втриО,—.

I =1г + 1о.

(2)

где модули и аргументы векторов 1г,10 соответственно равны 1соь(р,1ъ'т<р и к

Эти взаимные ортогональные преобразования напряжений и токов обеспечивают неизменность величины мгновенной мощности как для параллельной и последовательной схем замещения цепи ( уравнения (3), (4)), так и для композиционной схеме замещения (уравнение (5))

...... (3)

р = ш = и(1г +10) = шг +ша = рг +р0,

р = (иг +ид)/ = иг1 + иа1 = рг+ р0, (4)

Р = {иг + ио Х'г + >о ) = (и.-'г + иг'о ) + (ио'г + "о'о ) = (иг'г + ио'г ) + (иг'о +11 о'о ), (5)

где ¡= 1тйпШ; и = 1/т5~т(М + (р), иг = Vт соб ^бш ю/,

71

и0 =ит ът(рзт{(а1 + —), /г = 1т С05,(р5т(б)! + (р),

iQ =Ims\xup sin(flrf + (p -

В уравнении (5) первая композиция отвечает последовательной схеме замещения, а вторая параллельной схеме. В обеих композициях первой парой мгновенных мощностей определяется мгновенная мощность на активном элементе, причём первый член (кг/г) определяет мгновенную мощность при движении электромагнитной энергии от источника питания, а второй (u2i0 или u0is в зависимости от схемы замещения) мгновенную мощность при обратном движении. Вторая пара определяет мгновенную мощность на реактивном элементе.

Из уравнений (3) и (4) следует, что разность мгновенных мощностей развиваемых на активных элементах параллельной и последовательной схемы замещения Ар определяется электромагнитным процессом, который не рассматривается в теории электромагнитного поля

^Р~Рг ~ Рг =UIs'm2(p sin(2®í + <р). ^

Это определяет неполную эквивалентность параллельной и последовательной схем замещения. Это следует из того, что (6) определяется разницей мгновенных мощностей на активных элементах при движении электромагнитной энергии обратно от реактивных элементов к источнику питания

Ар = и 0 i г - uai0. (7)

Рассмотрим квадраты действующих значений токов и напряжений и

2

определим квадрат полной мощности S анализируемого объекта:

/2=/2+/2, (8) u2 = u¡ + u2, №

s2 =U2I2=P2+Q2= (U2 + U2)(I¡ +I2) = U2I2+U2I¡+ U212 + U212 0°)

Найдем квадраты активной и реактивной мощностей P фактически это суммы квадратов полных мощностей активного и реактивного элементов.

р2 = u2I2 cos2 <р = Р% = (t/2 + U2)/2 = Р2 = U2{I2 +I2) (11)

Q2 = U2I2 sin2 <p = Q2 =(U2 + Uo)12 =Q] =U2(I2+ll) (12)

Из сравнений (10) - (12) имеем также две композиции для записи квадрата полной мощности:

sfj =(U¡ +U¡)I¡ +(U¡ +ul)I20

2,, 2

(13)

(14)

2 2

В обеих композициях общий член первой пары и^К есть квадрат полной мощности развиваемой на активном элементе при движении электромагнитной энергии от источника для любой схемы замещения. Второй член первой 2 2 2 2

пары и01г или иг 1а (в зависимости от схемы замещения) является квадратом полной мощности, развиваемой на активном элементе при обратном движении электромагнитной энергии соответственно для параллельной и последовательной схем. Очевидно, для любой композиции квадрата полной мощности объекта анализа справедливо тождество Брахмагупты (тождество двух квадратов):

(U¡ + U20 ){I¡ + 120) = (иг1г +и010)2.

(15)

Откуда можно получить уравнение для нахождения полной мощности цепи, содержащее две компоненты:

S = U¿Iz+U0I0 = Ssa+S00.

(16)

Полученное уравнение для полной мощности можно представить в виде S = Р cos (р + Q sin (р ,а активную мощность:

Р = Рг + Р0, (17)

где Рг, Р0 соответственно активная мощность при движении электромагнитной энергии от источника и обратно к источнику рис.8.

Рг Ро

Рис.8 Геометрическая интерпретация определения активных потерь и реактивной мощности при движении электромагнитной энергии в объекте анализа

Правые части уравнений (8)-(14) считаем квадратами норм соответственно кватернионов тока I, напряжения и, активных Ри , Рь реактивных <2и, 01 и

полных мощностей Би, Бр Данный подход позволяет естественным образом представить основные электрические величины объекта анализа в виде кватернионов.

Использование для анализа и расчета процессов в электрических цепях метода кватернионов является естественным развитием комплексного метода. Это связано и с тем, что алгебра кватернионов является расширением алгебры комплексных чисел, что позволяет представлять точку на мнимой оси комплексной плоскости плоскостью в пространстве, задаваемом мнимыми ортами Ь,М,Ы, а саму мнимую ось этим пространством.

Операции с кватернионами наиболее просты и наглядны при использование аппарата комплексных матриц Клейна-Кэли, что также связано с изоморфизмом алгебры кватернионов и алгебры матриц Клейна-Кэли. Алгебра кватернионов является разветвлением алгебры комплексных чисел, алгебра. В работе используются алгебры кватернионов и матриц Клейна-Кэли.

Кватернионы полных мощностей:

8и=ри+ди=и1 81=Р1+<Ь=Ш

8т, =

8,=

иг1г+]и010 -иг10+]и01г

¿и01г+иг10 иг1г-]и010

(1риг-]1оио Дгио-1оигл

[10иг + ]Г,и0 ]1оио+1гиг

( и г N '¡г -Iо

1 иг J {¡о ¡г

(I -I Л 1 г 'о

^г / ии0 иг )

(18) (19)

где

и =

' и г )и0

ии0 иг

1 =

¡г -¡о

матрицы Клейна-Кэли кватернионов

напряжения и тока.

Необходимо отметить, что кватернионы могут быть представлены матрицами 4x4 и в скалярно-векторном виде:

=-и010Ь + и01гМ + иг10Ы + иг1гЕ, ву = -и010Ь + иг10М + ио1гN + иг1гЕ , где умножение мнимых ортов подчинено правилу Гамильтона ЬМЫ = —Е.

Кватернионы активных и реактивных мощностей определяются следующими матрицами

Рп =

иг1г ¿и01г

]иа1г

иг1г

Ои =

]и0!0

иг1а

-и г! о

(20)

РІ =

игІг -Іоиг Іоиг игІг

<2і =

-]и0Г0 ]Іги0

]1г1]о ]ио'о

Из приведенных равенств следует, что нормы кватернионов активных и реактивных мощностей различных композиций равны друг другу

1риН1р||Н1р1> ІМЧІРіІНИ'

(22)

Эти равенства позволяют представить полную комплексную мощность ^ через нормы кватернионов активной и реактивной мощностей:

(23)

Рис. 9. Композиционная схема замещения для составления кватерниона Ъ\

Разделение активных и реактивных потерь при возвратно-поступательном движении энергии позволило составить кватернионы полного

Ъ\ активного Ііі и реактивного Хі сопротивлений, и композиционную схему замещения для последовательного соединения двухкомпонентных активного и реактивного элемента (рис.9).

/

А также кватернионы полной активной Си и реактивной У и прово-димостей и композиционную схему замещения для параллельного соединения двухкомпонентных активного и реактивного элемента (рис. 10).

Ri =

U-, U, . --cos ю — sin ф

I У г У

1г 1о

U г . U,

--Sin Ф--— COS®

I I

V 'о 'г

-гп -г,

(24)

-Ек.-Чз.

где

= —— COS ф

2 / ^ - активное сопротивление на котором теряется активная

мощность при движении электромагнитной энергии от источника питания, Ро иг .

Г„=~Нг = —81П ф

0 2 / ¥ - активное сопротивление на котором теряется активная

Л?

мощность при движении электромагнитной энергии от объекта анализа к источнику питания.

• V0 ■ ■ио

-_/—^Sin ф — J — СОВф

Лэ Л-»

.Un

М„

-J—^-COS(p J—-БІПф Ч I г І о /

~Рг Jxo

(25)

Яг У о <2о V о ■

где хг = -у = —- соб <р и х0 = = ат(р- две компоненты реактивного со-

I Іг Iі0

1г 1о

противления (рис.9).

Кватернион полного сопротивления ZI определяется суммой кватернионов (24) и 25.

Уравнения (24), (25) позволяют найти через нормы кватернионов активного и реактивного сопротивлений полное комплексное сопротивление Z последовательной схемы замещения (рис. 9):

Gu =

І, . І- . --—COSф —j ——sin ф

U

—/—^-sine?

. Uo

Un

U-

cos <p

£г So ~ So ~ Se

(26)

(27)

рг 1г -и ■

гДе£г = 2" = C0S(P и So = ~2= т(Р ' две комп°ненты активной про-

U,

Ро I*

ип

водимости (рис.10).

Ви =

■¡о ■ lo

j-^smu) ——cosa

Uo (/г

¡o -lo ■

——cosq> —/ ——sin®

ч Ue "o j

jbo Ьг -Ьг -jbo

(28)

где Ьг = ^ ° = l" eos <p и b0 = = —sin (p - две компоненты реактив-

u u°

UI иг

ной проводимости (рис.10).

Кватернион полной проводимости определяется суммой кватернионов (27) и (28).

Полная комплексная проводимость определяется через нормы кватернионов активной и реактивной проводимостей:

Yu=JGu -jMv

(29)

Очень часто при решении задач измерения, контроля и диагностики необходимо иметь простейшие аналитические соотношения между активными и реактивными параметрами схем замещения. Метод кватернионов позволяет это сделать:

д/fRlll ||Gu|| = cos2 ^JXjII [Bull = sin2 q>

или

2 • 2 raga = cos (p,xb = sin (p.

Очевидно, что все параметры схем замещения связаны простым тождеством:

гаЕа+хЬ = \. (30)

Третья глава посвящена обоснованию и выбору электроэнергетических величин для анализа полигармонических режимов и разработке алгоритма для определения мощностных характеристик искажения и её составляющих в том числе мощностей идентифицированных по показателям качества, а также характеристик искажений токов и напряжений возникающие при электропотреблении. Расчет на основе метода кватернионов был использован при анализе процессов методом эквивалентных синусоид.

Рассмотрим построение составляющей мощности искажения -0)3, которая определяется межгармоничным взаимодействием двух гармоник 1-ой и 3-

ей напряжения и тока. Сначала найдём квадрат полной мощности для этого случая электропотребления:

52=(Л+^)2 + (е1+Йз)2 + ^2з ,

(31)

где Р\, Р3 и > бз ~ соответственно активные и реактивные мощности 1 -ой и 3-ей гармоник.

Рис.11. Геометрическая интерпретация полной мощности объекта электропотребления при 1-ой и 3-ей гармониках тока и напряжения

На рис.11 представлена геометрическая интерпретация уравнения (31),

/ 2 2 2 2 где Sq = д/(Л| + ) + (gj + Q3 ) - полная собственная мощность обусловлена

только активными и реактивными мощностями гармоник.

Уравнение (31) можно записать для /],/3 и (/j,C/3- действующих значений тока и напряжения этих гармоник

512 = (/,2 + /2)(t/2 + t/2),

откуда

S2 = uflf + C/f/f + t/f/2 + t/2/2. (32)

Соотношение (31) и (32) можно использовать для получения выражения которым определяется квадрат мощности искажения.

(/>1 + Р3)2 = i/2/2 cos2 (р\ + U^ll cos2 9)3 + 2U\U3Iil3 coscpi cos<p3,

(Ql+Ql)2 = f/2sin 2 <p, + G'f sin 2 <p3 + 20^/3 i\/3 sin <px sin tp3, то <33)

Z)2 =52-(А + Р3)2-(а+е3)2 = = г/2/2 + г/2/2 - 2^1/3/1/3 cos(^, - ^3).

Это же выражение для мощности искажения можно получить, используя комплексное представление ¿13, которое находим по формуле:

(34)

где 17 1 = [/,еЛй" + '//"1),/1 =1\

У(шг+|//(.) *

,и з =иъе

> Д-Ю/ + V /3 )

/3 = /Зе"

^ 1///| 1 (///3 - начальные фазы напряжения и тока первой и третей гармо-

2

ник. Квадрат £>13 определим как результат умножения комплекса мощности искажения (34) на комплекс мощности искажения сопряжённый

£>,2з = (и ! /3- и 3 Ь)(и {1г~и г!х) = + -

-2 ■

V',,-, -V'/! ) + е У С — V „, — V /3 +Г»з + ¥'/, =

= {/,2/32 + и £ 1\

2 ,2

2 гу! /3 и 3/! 2 соя( <Р! - </>3 )

Уравнение (34) определяет комплексное представление мощности искажения через разность комплексных взаимных мощностей 513,531- На рис.12, представлен треугольник мощностей, причём квадрат длины вектора £)]3 в этом треугольнике удовлетворяет теореме косинусов, что соответствует полученному соотношению для квадрата мощности искажения (33).

Изменение структуры (формы) результирующего поля по сравнению с поперечным полем первой гармоники надо связывать с гармоническим спектром электрических и токовых характеристик поля реакции (отклика) объекта электроснабжения. На основе выше изложенного, строится матрица полных мощностей, которая если учитывать только нечетные гармо-Рис. 12. Треугольник мощно- пики имеет вид. стей для определения мощности искажения

..........-V-

-5зі,533,5з5,5з7,.....^3/"

-551,-553,555,557,...^.. -571 ,-57З ,-575,577,..57і.

V

где собственная полная комплексная Рис. 13. Параллелепипед мощностей мощность гармоник %

комплексная мощность искажения по всем гармоникам И = — полная комплексная мощность

Из приведенной матрицы определяется любая совокупность мощностей важных для анализа тех или иных аспектов электропотребления. Например, мощность искажения первой гармоники, обусловленная всеми остальными гармониками: Г>\ 5,|). активную мощность по всем высшим гармоникам Р>і = . реактивную мощность по высшим гармоникам до 40-й включительно а<й<40 =-ЛиЕ^1<н<40 •

Величину полной мощности находим как диагональ параллелепипеда построенного в пространстве мощностей рис.13. Основанием параллелепипеда служит прямоугольник со сторонами равными активной и реактивной мощностям Л £>. а высотой мощность искажения О

ІУ

(36)

Более полно и достоверно охарактеризовать процесс электропотребления можно в токовом пространстве: активного 1а, реактивного 1Р токов и тока искажения /¿(рис. 14), а также в пространстве напряжений: активного иа, реактивного ир и напряжения искажения Ц/(рис. 15). Полный ток / он же среднеквадратичный ток электропотребления определяется по формуле:

/2 =/2+/2 72 1 а р сі.

(37)

Полное напряжение и оно же среднеквадратичное напряжение электропотребления в точке учета находится из уравнения:

и: =

и2 = и2а+и2р+и2

т IX III IX т ІА2

I2 - '=' Т~ - '=1 л т

IX' /=1 I иГ /=і IX 1 = 1

т IX т IX т IX;

;=1 Ц2 _ М и5 - ,=|

IX' /=і IX ' /=1 IX /=і

Рис. 15. Параллелепипед напряжений

1а

Рис. 14. Параллелепипед токов

Очевидно, что ток искажения 1п и напряжение искажения ип определяются по формулам:

/2=/2+/2 1 У! 1 Л 1 ' П I

и„ =иа+ир

(39)

(40)

Фазовые сдвиги эквивалентных синусоид активного, реактивного и искажающего тока по отношению к эквивалентной синусоиде питающего напряжения, а также фазовые сдвиги эквивалентных синусоид активного, реактивного и искажающего напряжения по отношению к эквивалентной синусоиде питающего тока определя-Рис. 16. Угловые соотношения ЮТСЯ по угловым соотношениям, показан-эквивалентных синусоид ным на (рис.16).

Методом кватернионов находятся энергетические характеристики и активные, реактивные и искажающие параметры объектов электропотребления.

На основе приведенной аналитики, была разработано программа обработки данных, позволяющая просчитывать весь комплекс электроэнергетических характеристик при любом выбранном интервале усреднения. Данная программа имеет официальную регистрацию.

На основе разработанной программы были определены основные характеристики электропотребления различных объектов.

и. Л

Тот искажен™ Ы

10:31:23 10:35:07 10:3Мб 10:4224 10:46:02 1049:«

65 000 60 ООО 55 МО 50 000 45 000 40 000 35000 30 000 25 000 20 000 15 000 10 000 5 000 0

и,, в

Напряжение искажения и-і

10:31:29 10:36:20 10:41:11 10:46:02 10:5154

.О, Ваи

1031-2Я 1(135-117 10»5.Ч 10 44-5(1 1П4Я41

Рис. 17. Гистограммы токов, напряжений и мощности искажений

На рис. 17 приведена динамика изменения характеристик искажения - токов, напряжений, а также мощностей искажения по фазам сети при электропотреблении в часовом формате на одной из тяговых подстанций ЗабЖД.

Кроме того, приведен анализ измерения реактивной мощности, который осуществляется счетчиками семейства Альфа и Евроальфа. Эти счетчики измеряют реактивную мощность которая учитывает как собственную реактивную мощность так и мощность искажения £>

(41)

Разность величин реактивных мощностей и ¿> по трем фазам тягового трансформатора в точке общего присоединения связаны с величиной мощности искажения:

Яо + Я

Относительную погрешность измерения реактивной мощности микропроцессорными счетчиками семейства Альфа можно рассчитать по формуле:

,2 (43)

Г =

<2о~Я в

100% = -

0®о + в)

-100%.

На (рис. 18) приведена динамика изменения относительной погрешности.

Относительная погрешность измерения реактивная мощности счетчиком Альфа

а

щ

15.31:06 1 5:34:44 15:38:23 1 5:42:02 15:45:40 15:49:18 1 5:52:56 1 5:56:35 1 6:00:13 16:03:51 16:07:29 1 6:11:09 1 6:14:47 1 6:1625 16:22:04

Рис. 18. Относительная погрешность измерения реактивной мощности микропроцессорными счетчиками семейства Альфа

Относительная погрешность измерения реактивной мощности в приемлемых пределах 1,5-4,7 % имеет место только для фазы В, которая не нагружена со стороны тяги. Учет реактивной мощности и энергии на основе показаний счетчиков семейства Альфа, является недостоверным.

На (рис.6) приведены потоки активной мощности на границах раздела энергосистем и СТЭ (мест установки микропроцессорных счетчиков) с разделением на качественную активную мощность (активная мощность по первой гармонике прямой последовательности) и некачественную активную мощность (активная мощность по первой гармонике обратной последовательности и активная мощность по высшим гармоникам).

Нагрузка со стороны 6(10. 35) кВ и ДПР имеет незначительную ассимет-рию, и в ней практически отсутствуют источники высших гармоник, поэтому потоки активной энергии прямой последовательности и потоки активной энергии обратной последовательности и активной энергии по высшим гармоникам совпадают по направлению. Данные потребители оплачивают активную энергию обратной последовательности и высших гармоник по действующим тарифам за электроэнергию.

Следует считать, что только на стороне 220 (110) кВ тяговых подстанций потоки активной энергии по первой гармонике прямой последовательности и активной энергии по первой гармонике обратной последовательности и по высшим гармоникам имеют противоположные направления. В данном случае имеет место занижение электропотребления по прямой последовательности на

величину генерации активной мощности по обратной последовательности и высшим гармоникам.

На (рис. 19) и (рис. 20) приведены почасовые объемы генерации активной энергии соответственно по обратной последовательности и по высшим гармоникам до сороковой включительно, а на (рис. 21) показано почасовое потребление активной энергии прямой последовательности.

10:19:21 122039 14:21:59 16:23:17 10:24:36 20:25:55 2227:13 0:20:41 223 56 4:31:11 6:3225 8:33:40

Рис. 19. Генерация активной энергии по обратной последовательности

И/г4а,КВт*Ч

t

>

10:19:21 12:20:39 1 4:21:59 16:23:17 18:24:36 20:25:55 2227:13 0:28:41 229:56 4:31:11 6:32:25 8:33:40

Рис. 20. Генерация активной энергии по высшим гармоникам

ф И/1,кВт*ч

14 ООО 12 ООО 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000

и

10.19:21 12 20 39 14:21:59 16:23:17 18:24:36 20:25:55 22:27:13 0 28 41 229:56 4:31:11 6:32:25 8:33:40

Рис. 21. Общее потребление активной энергии по прямой последовательности

Расчет потоков активной энергии производился программой, которая совместима с любым средством учета или анализатором КЭ, имеющим открытый формат данных на одной из тяговых подстанций. В данном случае объём суточной генерации активной энергии по обратной последовательности и по высшим гармоникам составил 1,64 % от регистрируемого счетчиками электрической энергии потребления активной энергии. Изложенное выше позволяет говорить о парадоксальной ситуации по учету электропотребления, которая

сложилась на стороне 220(110) кВ тяговых подстанций: чем выше степень асимметрии и несинусоидальности со стороны тяги или другими словами, чем больше тяговая нагрузка, тем больше «экономится» активной энергии. «Экономия» активной энергии определяется генерируемой в СТЭ величиной активной энергии по обратной последовательности и высшим гармоникам.

Последнее связано с тем, что счетчики электрической энергии регистрируют баланс между общим потреблением активной энергии прямой последовательности и активной энергии, которая генерируется в СТЭ. Фактическое почасовое потребление активной энергии определяется разностью между общим потреблением активной энергии по прямой последовательности и активной энергией по обратной последовательности и высшим гармоникам.

Оценочный расчет по учету активной энергии на тяговых подстанциях сети электрифицированных железных дорог страны позволяет говорить о существенных объёмах неучтенной активной энергии. Например, при 1 % неучета электрической энергии объём неучтенной электроэнергии прямой последовательности составляет сотни млн. кВг-час. Те же самые сотни млн. кВт-час. но в виде активной энергии обратной последовательности и высших гармоник потребляются смежными потребителями ТОП тяговых подстанций и теряются в элементах энергосистем. В первом случае, как правило, потребителям приходится увеличивать электропотребление для нейтрализации действия некачественной электроэнергии, а для исключения аварийных и предаварийных ситуаций при работе технологического оборудования использовать средства симметрирования, фильтрации и стабилизации напряжения. Во втором случае, ухудшается работа трансформаторов и генераторов, увеличивается электромагнитное влияние линий, интенсифицируются процессы старения изоляции, что ведет к снижению системной надежности.

Четвёртая глава посвящена разработке методов симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов на основе использования выпрямительно-

инверторных каскадов.

Тяговая нагрузка представляет собой две независимые резкопере-менные и нелинейные однофазные нагрузки, соответственно левого и правого плеч тяговой подстанции (рис. 21). Эта нагрузка представлена полными сопротивлениями контактного провода, электроподвижного состава и рельса с учетом влияния земли соответственно для левого плеча гкл, и грл, а для правого Ът. £эп и Z¡>п. Так как плечи тяговой подстанции получают питание от фаз 1 и 2 тягового трансформатора, а фаза 3 является ненагруженной, то суммарная номинальная мощность тяги не может быть больше 66,6 % от номинальной мощности тягового трансформа-

Рис. 21. Схема замещения тяговой нагрузки

тора. Последнее означает, что на тягу по существующей схеме принципиально не может быть использована значительная часть от установленной мощности тяговых трансформаторов (по сети дорог до 10 ГВА). Мощность трансформаторов ДПР (два провода - рельс), ввиду её малости 1 % от мощности тягового трансформатора) в дальнейшем изложении не учитываем.

Таким образом, предлагаемые решения по установке дополнительного трансформатора ведут к парадоксальному результату: росту «законсервированной» мощности на стороне тяги. Сегодня есть решения о строительстве тяговых подстанций на базе 3-х трансформаторов мощностью по 40 МВА в этом случае «законсервированная» мощность составит те же 40 МВА. При параллельной работе 2-х тяговых трансформаторов генерация мощности по обратной последовательности, обуславливая снижение КЭ, существенно возрастает, а вместе с тем возрастают и дополнительные потери ЭЭ. Этот рост может составить 100 % и больше от существующего (потери во втором трансформаторе, появление уравнительных токов и пр.).

Поэтому наиболее эффективным путём решения перечисленных выше проблем является использование на тягу мощности ненагруженной фазы трансформатора. Данный подход можно назвать симметрированием нагрузки трансформатора. Разработано несколько вариантов симметрирования нагрузки тягового трансформатора. Элементной базой для технической реализации этого направления служат «идеальные» ключи GTO, IGCT и 1GBT. Данные приборы широко представлены на рынке и обладают необходимым набором свойств и

характеристик. Основными свойствами, которые обуславливают выбор этих приборов, являются: большая единичная мощность (несколько МВА), малые потери, высокие время - частотные характеристики и разработанные системы управления. Высокие энергетические и технико-экономические показатели преобразователей на этих приборах обуславливают простоту реализации данного направления. На (рис. 22) приведено схемное решение одного из вариантов симметрирования нагрузки тягового трансформатора.

К ненагруженной фазе 4 тяговой подстанции подключен однофазный трансформатор 5, от него запитан выпрямительный преобразователь 6, к выводным зажимам которого подключены инверторы 7 и 8. Инверторы 7 и 8 через однофазные трансформаторы 9 и 10 подключены к рельсу 3 и соответственно к опережающей и отстающей фазам контактной сети 1, 2.

Рис. 22 Схема симметрирования нагрузки тягового трансформатора

Из-за того, что нагрузка по плечам тягового трансформатора может различаться очень значительно (на порядок и даже более), данный способ не позволяет полностью устранить асимметрию по обратной последовательности. Для устранения этого недостатка разработан способ полного симметрирования нагрузки тягового трансформатора. Это техническое решение обеспечивается тем, что нагрузка фаз контактной сети через однофазные инверторы и трехфазный выпрямитель равномерно распределяется по всем трем фазам трансформатора. И, как следствие этого, режим работы тягового трансформатора становится симметричным как по тяговой обмотке, так и обмотки высокого напряжения.

На (рис. 23) приведена принципиаль-8 ная схема установки, обеспечивающей пол-

ное симметрирование нагрузки тягового трансформатора, где использованы следующие обозначения 1,2 - контактная сеть (опережающая и отстающая фазы); 3 -рельсовое полотно; 4- тяговый трансформатор; 5-трехфазный выпрямитель; 6,7-автономные однофазные инверторы; 8,9-однофазные трансформаторы, обеспечивающие питание схем управления автономных однофазных инверторов 6 и 7.

Для обоих способов симметрирования было произведено физическое моделирование.

Рис. 23 Принципиальная схема установки по полному симметрированию нагрузки тягового трансформатора

Моделирование для неполного сим-

метрирования нагрузки тягового трансформатора производилось по схеме (рис. 24), где, 1- трехфазный трансформатор; 2 - нагруженные фазы вторичной обмотки; 3 - ненагружен-ная фаза вторичной обмотки; 4 -ключ;5 - выпрямитель; 6 и 7 - нелинейная переменная нагрузка; 8 и 9 — инверторы, ведомые сетью; 10 и 11 -однофазные трансформаторы; 12 -анализатор электропотребления ЛЯ. 5; 13 - схема, моделирующая внешнюю схему электроснабжения.

Моделирование установки дало следующие результаты: при включенном ключе 4 нагрузку трансформатора можно увеличить на 35 % от начального, при этом значение коэффициента

моделирующая симметрирование нагрузки тягового трансформатора

KUj снизилось с 5,26 до 1,14, tg ц снизился с 0,84 до 0,17, коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения с 6,8 до 1,96.

Моделирование для полного симметрирования нагрузки производилось по схеме (рис. 25), где, 10- микропроцессорный счетчик Альфа +; 11- обмотка высшего напряжения; 12- обмотка низшего напряжения моделируемого трансформатора; 13- трехфазный управляемый выпрямитель; 14 и 15- автономные однофазные инвертора, схемы управления которых запитаны от фаз обмотки низшего напряжения 12; 16 и 17- переменная и нелинейная нагрузка; 18- анализатор элсктропотрсбления AR.5; 19 и 20- токовые клещи анализатора электропотребления 18; 21- заземление.

Моделирование устройства полного симметрирования нагрузки трансформатора производилось при различных соотношениях нагрузки. Так при соотношении нагрузки 1:7 разность получасового электропотребления фазами

обмотки высшего напряжения не превосходило 1 %, а значение величин коэффициента обратной последовательности снизилось с 3,8 % до 0,29 %.

Таким образом, данная установка позволяет осуществить симметрирование тягового трансформатора, за счет равномерного распределения нагрузки контактной сети по его фазам, а также обеспечить снижение значений коэффициента несимметрии по обратной последовательности практически до нуля и увеличить съём мощности с трансформатора на 50% и повысить надежность его работы.

Было осуществлено компьютерное моделирование в среде MATLAB. Ниже представлены результаты моделирования существующей СТЭ и СТЭ построенной на основе симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов при использовании пакета Simulink ver. 6.4 (R2006a). При моделировании напряжение системы внешнего электроснабжения устанавливалось равным 115 кВ, нагрузка тягового трансформатора принималась статической с активно- индуктивным характером, а её величина задавалась активной и реактивной мощностями, сопротивление контактной сети принималась индуктивным. За ТОП принимался высоковольтный ввод трансформатора, смежные потребители принимались симметричными, при активно-индуктивном характере нагрузки.

Необходимо отметить, что выпрямительный и инверторные каскады узла симметрирования нагрузки трансформатора являются фильтрами высших гармоник напряжения контактной сети.

В таблице 1 приведены основные режимные характеристики, полученные при моделировании существующей СТЭ и СТЭ с симметрированием нагрузки при одинаково нагруженных плечах тягового трансформатора. В таблице 2

Рис. 25. Принципиальная схема установки реализующей модель по симметрированию нагрузки тягового трансформатора

приведены режимные характеристики, полученные для этих моделей при одном нагруженном плече тягового трансформатора.

Таблица 1. Основные режимные параметры моделей при обеих нагруженных

иа, В иь,в 1!с, В Іа, А 1Ь, А 1с, А Р,МВт 0,кВАр Ш.пл. 1)п.пл.

\2,3 273\ 65759 66062 63079 57.82 148.5 137.32 22.275 154.18 28945 29022

ЧШ? 0,21\ 64388 64552 64410 137.91 137.87 142.17 26.936 0,404 26596 26887

Таблица 2. Основные режимные параметры моделей при одном нагруженном

К„1,% иа, иь, 11с, 1а, 1Ь, 1с, Р, <3, ил.п., ип.п.,

К,,,% В В В А А А МВт кВАр В В

\1.6 674 649 6405 57.4 116. 58.9 15.19 113.73 30313 —

95.2 X, 62 12 0 4 3 4 9

ХР75 65554 65892 65567 48.57 48.81 52.21 9.814 0,289 27981 —

0,28\

Пояснения к табл.1 и табл.2: иа, 1_ГЬ, (_)с и 1а, 1Ь, 1с - соответственно фазные напряжения и токи на стороне ТОП трансформатора; Р,(3 - потребляемая трансформатором активная и реактивная мощности; ил.п., ип.п. - напряжение на вводах контактных сетей соответственно левого и правого плече; К1к, К, -коэффициенты асимметрии напряжения и тока по обратной последовательности.

СТЭ с симметрированием нагрузки тягового трансформатора обеспечивает высокую степень симметрии напряжений в ТОП с коэффициентом асимметрии напряжения по обратной последовательности не превышающим 0,2% и тока с коэффициентом асимметрии по обратной последовательности не превышающим 1%.

При значительной разнице нагрузок в плечах трансформатора, что очень часто имеет место на практике, электропотребление в существующих СТЭ становится больше, нежели в СТЭ с симметрированием нагрузки. Этот факт можно объяснить практически полным исключением генерации мощности по обратной последовательности при симметрировании нагрузки и значительным объёмом её генерации в существующих СТЭ, что, как известно, учитывается в величине общего электропотребления.

Результаты моделирования показывают, что симметрирование нагрузки исключает потребление реактивной мощности.

Пятая глава посвящена разработке способов повышения КЭ, анализу работы на основе лабораторных исследований, а также созданию эскизного проекта установки симметрирования тягового трансформатора и уменьшения мощности искажения (УСТУМИ) и счётчика ЭЭ с идентификацией по показателям качества.

Для точного и достоверного анализа основных электромагнитных процессов протекающих в устройствах реализующих «Способ повышения качества электрической энергии в электрической сети» была разработана, собрана и испытана лабораторная установка. На (рис. 26) приведена принципиальная схема лабораторной установки для исследования эффективности повышения КЭ.

Для регистрации, измерения, обработки и сохранения информации использовался анализатор ПКЭ ИВК «ОМСК-М» с программным обеспечением «ОМСК - ПКЭ», а также зарегистрированный программный продукт «Расчет электроэнергетических характеристик объектов электроснабжения».

Измерения проводились при различных значениях сопротивления нагрузки от короткого замыкания до холостого хода, в ряде случаев параллельно подключалась ёмкость С. Несинусоидальность тока и напряжения задавалась нелинейными индуктивностями ¿а,Ь1>,Ьси диодом V. Несимметрия в цепи задавалась и корректировалась путем изменения сопротивлений ЯаЬ, ЯсЬ.

В таблице 3 приведены параметры электропотребления по первой гармонике до включения установки.

Таблица 3. Параметры электропотребления по первой гармонике до включения установки_

Величины Значения Значения Значения Сумма

по фазе А по фазе С по фазе С

1.[А1 0,007 0,212 0.355

Величины Значения Значения Значения Сумма

по фазе А по фазе С по фазе С

U,[B1 120,2 109.72 237.91

Pi [Вт] 0,287 16,639 83,099 100,025

0,[вар] -0,746 16,311 -14,591 0.974

Si[BA] 0.799 23,301 84,37 108.47

COS 0,359 0.714 0,985

Tg " -2.599 0,98 -0.176

Рис. 26. Принципиальная схема лабораторной установки

На рис.27 приведены кривые фазных напряжений и токов при отключенных трансформаторах Та, ТЬ, Тс. Из рисунка видно, что в фазе А имеет место однополупериодное выпрямление напряжения.

Рис. 27. График мгновенных значений тока и напряжения при активно-емкостной нагрузке

В таблице 4 приведены значения параметров КЭ.

Таблица 4. Параметры КЭ по напряжению

Величины Значения

К0(коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности), % 58,64

Величины Значения

Кц (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения) по фазе А, % 42,09

Кц (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения) по фазе В, % 8,98

Кц (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения) по фазе С, % 2,44

После включения устройства по повышению КЭ, наблюдалось значительное его повышение. На рис. 28 приведены трехфазные системы токов и напряжений нагрузки после включения установки, из сравнения с кривыми (см. рис. 28), следует, что данная установка восстанавливает форму переменного напряжения в фазе А, делая его практически синусоидальным.

Рис. 28. График мгновенных значений тока и напряжения в момент включения установки

В таблице 5 приведены действующие значения тока и напряжения, а также активная, реактивная, полная мощности и значения cos ц и tg ц по первой гармонике после включения установки по повышению КЭ.

Таблица 5. Параметры электропотребления по первой гармонике после включения установки____

Величины Значения по Значения по Значения по Сумма

фазе А фазе В фазе С

IiA] 0.048 0,282 0,172

U,B1 233.49 281,5 412,03

Pi Вт] 4,211 73,052 66,442 144,705

QiBap] 10,311 31,028 -24,945 16,394

S,BA] 11,138 79,368 70,971 161,477

COS 0,378 0.92 0,936

Tg 2,449 0,425 -0,375

Из сравнения данных таблиц 3 и 5 следует, что нагрузка по фазам становится более равномерной, при этом резко возрастают напряжения на фазах асимметричной нагрузки, причем напряжение на фазе А становится практически равным фазному, напряжение на фазе В становится почти в 1.5 раза больше фазного, а на фазе С напряжение становится больше линейного.

Из сравнения данных таблицы 4 и таблицы 6 следует, что коэффициент несимметрии по нулевой последовательности снижается более чем в 45 раз, а также обеспечивается выравнивание и снижение коэффициента искажения синусоидальной формы кривой напряжения по фазам сети.

В таблице 6 приведены параметры КЭ после включения установки.

Величины Значения

Ко( коэффициент несимметрии напряжений по нулевой последовательности). % 1,3

Ки (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения) по фазе А, % 15.13

Ки (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения) по фазе В, % 4,31

Ки (коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения) по фазе С, % 9,43

Рис. 29. Установка по использованию ЭЭ обратной последовательности и высших гармоник

На рис.29 приведена принципиальная схема установки реализующая «Способ повышения эффективности использования ЭЭ», обеспечивающая использование ЭЭ обратной последовательности и высших гармоник. На схеме использованы следующие обозначения: 1 -шины потребителя; 2,3,4 - однофазные трёхобмоточные трансформаторы; 5,6,7 — обмотки трансформаторов, подключенные к трёхфазной системе напряжений системы электроснабжения; 8 - источник элек-

11

трической энергии эталонного качества; 9 - фильтр; 10,11,12 - обмотки трансформаторов, подключенные к источнику электроэнергии эталонного качества,

эти обмотки включены встречно обмоткам

5,6,7,13,14,15; 16 - программируемый коммутатор; 17 -утилизаторы некачественной электроэнергии; 18 - выпрямитель; 19 — аккумуляторная батарея; 20 — инвертер; 21 — нагрузка по постоянному току; 22 - нагрузка по переменному току.

Испытания данной установки показали её эффективность по повышению КЭ на шинах потребителя. Было достигнуто снижение коэффициента несимметрии напряжения по обратной последовательности на 40%, а

_ _

5 — 8 — 13

—

_

В — 10 — 14

Рис. 30. Принципиальная схема счётчика ЭЭ

коэффициента несинусоидальности кривой напряжения на 50%.

Для широкого использования установок, обеспечивающих повышения КЭ и использующих ЭЭ идентифицированных по показателям качества, необходимы средства учёта, позволяющие учитывать потоки некачественной ЭЭ в обоих направлениях. Для решения этого вопроса разработан способ учёта и счётчик ЭЭ. Принципиальная схема счётчика представлена на рис. 30.

Предлагаемый счётчик производит учёт качественной ЭЭ. Это ЭЭ прямой последовательности 1-ой гармоники при допустимых значениях напряжения. А также осуществляет учёт ЭЭ идентифицированной по показателям качества в обоих направлениях, а именно, ЭЭ по обратной последовательности 1-ой гармоники, ЭЭ по нулевой последовательности 1-ой гармоники, ЭЭ по высшим гармоникам, ЭЭ прямой последовательности по 1-ой гармонике при напряжениях выше предельно допустимого значения напряжения, ЭЭ прямой последовательности по 1-ой гармонике при напряжениях ниже предельно допустимого значения напряжения.

На рис.30 1 и 2 - входные трехфазные напряжения и токи; 3 и 4 - аналоговые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц; 5 и 6 - аналоговые полосовые фильтры «пробка» 50 Гц напряжений и токов; 7,8,9,10 - аналого-цифровые преобразователи; 11 и 12-цифровые полосовые фильтры напряжений и токов 50 Гц; 13 и 14 - цифровые полосовые фильтры типа «пробка» 50 Гц напряжений и токов; 15,16,17,18,19,20 - соответственно, цифровые фильтры напряжений и токов нулевой, прямой и обратной последовательностей; 21,22,23,24,25 - блоки расчёта мощностей по нулевой, прямой и обратной последовательностям; 26 — блок сравнения отклонения напряжения по прямой последовательности; 27, 28, 29, 30, 31 - расчёт энергий нулевой, прямой и обратной последовательностей; 32 - блок расчёта мощности высших гармоник; 33 -блок расчёта энергии высших гармоник.

Увеличение объёмов электропотребления и дефицит мощности при непрерывном росте тарифов требуют более эффективного использования ЭЭ. В связи с этим встаёт вопрос об ответственности за снижение КЭ. Именно поэтому автором рассматривается возможность изменения правовых отношений между абонентом и поставщиком ЭЭ, связанная с низким КЭ. Изучение гражданско-правовых отношений позволил выделить ряд актуальных проблем и пути их решения:

- Отсутствие правовых механизмов ответственности за ухудшения КЭ, поддержанных арбитражной практикой, может приводить к росту цен и тарифов на различные виды продукции и услуги, снижать эффективность использования ЭЭ ;

- Ответственность энергоснабжающей организации в настоящее время сводится к п.2 ст. 542 ГК РФ;

- Реально применяемая мера юридической ответственности за снижение КЭ - административная ответственность по ст. 19.19 КоАП РФ.

Автор считает, что установление законодательной и нормативной базы, в том числе по учёту и тарификации ЭЭ идентифицированной по показателям качества осуществляемой средствами учёта ЭЭ, позволит объективно оценивать

ущербы от потребления некачественной ЭЭ и служить стимулом к энергосбережению и повышению эффективности использования ЭЭ.

Основные результаты работы

1.Предложен метод кватернионов расчета электрических цепей на основе алгебры комплексных матриц Клейна-Кэли изоморфной алгебре кватернионов, являющийся естественным расширением символического метода, который позволяет более достоверно характеризовать энергообменные процессы в электрических цепях;

2. Разработаны алгоритм, обеспечивающий измерение и учет объёмов генерации некачественной ЭЭ, структурированной по показателям КЭ и методологические основы, позволяющие рассчитывать и определять реальные характеристики искажения объекта электроснабжения.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что при использовании для учёта счётчиков семейства АЛЬФА и ЕВРОФЛЬФА, величинами активных мощностей идентифицированных по ПКЭ при генерации их в СТЭ определяется недоучёт ЭЭ потребляемой тяговой нагрузкой.

4. Выявлены степень и характер погрешностей счетчиков семейства АЛЬФА, ЕВРОАЛЬФА при измерении реактивных мощностей и энергий и установлена связь величин мощности искажения с величиной их погрешностей, достигающих по нагруженным со стороны тяги фазам 187%.

5. Разработаны способы симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов, основанные на применение выпрямительно-инверторных каскадов, построенных на основе современных силовых ключей ЮВТ, СТО и обеспечивающих рост располагаемой мощности на стороне тяги до 50%.

6. Выявлено на физических моделях, а также математическим моделированием симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов, что использование разработанных в диссертации систем симметрирования снижает несимметрию напряжения 5-8 раз, а применение системы полного симметрирования исключает появление в ТОП тяговых подстанций обратной последовательности и высших гармоник, генерируемых на стороне тяги.

7. Экспериментальные исследования и моделирование в среде МАТЬАВ реализации способа повышения качества ЭЭ показали его высокие функциональные свойства, обеспечивающие снижение коэффициента несимметрии по нулевой последовательности в 45 раз, повышение фазных значений напряжения, снижение значений коэффициента искажения синусоидальной формы кривой напряжения.

8. Разработан счетчик, позволяющий учитывать ЭЭ в обоих направлениях, с идентификацией по ПКЭ: коэффициентам несимметрии по обратной и нулевой последовательностям первой гармоники, коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и уровням напряжения по первой гармонике прямой последовательности выше и ниже предельно допустимых.

9. Разработана система учёта и тарификации ЭЭ идентифицированной по ПКЭ, базирующая на выполнении пункта 2 статьи 542 ГК РФ о компенсации энергосбытовой компании неосновательного сбережения, которое имеет абонент при

потреблении им некачественной ЭЭ. Неосновательное сбережение ищется как разность между стоимостью потреблённой качественной ЭЭ и привёденными затратами, которые возникают, когда потребитель использует технические средства позволяющие устранить потребление некачественной ЭЭ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах: Публикации по теме диссертации, опубликованные в журналах, рекомендованных Перечнем ВАК:

1. Машкин А.Г. Эффективное усиление тягового электроснабжения [Текст] / А.Г. Машкин, А.П. Балаганский // Проблемы энергетики. Известия вузов. № 12. 2006. С. 24-28.

2. Машкин А.Г. Симметрирование нагрузки тяговых трансформаторов [Текст] / А.Г. Машкин, В.И. Пантелеев // Промышленная энергетика. № 3. 2006. С. 30-32.

3. Машкин А.Г. Моделирование симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов [Текст] / А.Г. Машкин, Д.Е. Федотов, В.А. Машкин // Промышленная энергетика. № 8. 2007. С. 46-48.

4. Машкин А.Г. Математические модели рельсовых цепей и контактной сети [Текст] / П.Ю. Лукьянов, А.Г. Машкин // Мир Транспорта. № 3. 2007. С. 3133.

5. Машкин А.Г. О повышении качества электрической энергии в точках общего присоединения тяговых подстанций [Текст] / А.Г. Машкин, Д.Е. Федотов // Промышленная энергетика. № 9. 2009. С. 42-45.

6. Машкин А.Г. Проблема учета электрической энергии на границах системы тягового электроснабжения [Текст] / А.Г. Машкин, В.А. Машкин // Промышленная энергетика. № 11. 2007. С. 29-31.

7. Машкин А.Г. Учёт и тарификация электрической энергии идентифицированной по показателям качества, - оптимальный путь повышения эффективности её использования [Текст] / А.Г. Машкин, В. И. Пантелеев // Промышленная энергетика. № 5. 2011. С. 2-5.

8. Машкин А.Г. Модернизация системы тягового электроснабжения переменного тока [Текст] / В.И. Пантелеев, А.Г. Машкин, П.Ю. Лукьянов // Энергетик. №7. 2011. С. 13-14.

Патенты и программы для ЭВМ:

9. Патент на изобретение РФ. Машкин А.Г., Машкина С.Ю. Способ учёта электрической энергии. № 2424532 от 20.07.2011, Бюл. № 16 .

Ю.Патент на изобретение РФ. Машкин А.Г., Машкин В.А. Способ симметрирования нагрузки тягового трансформатора. № 2413351 от 27.01.2011. Бюл. №6.

11.Патент на изобретение РФ. Машкин А.Г., Машкин В.А. Способ повышения эффективности использования электрической энергии. № 2320067 от 20.03.2008, Бюл. № 8.

12.Патент на изобретение РФ. Машкин А.Г. Способ симметрирования нагрузки тягового трансформатора. № 2274940 от 20.04.2006, Бюл. № 11.

13.Патент на изобретение РФ. Машкин А.Г. Способ симметрирования тяго-

вого трансформатора. № 2253931 от 10.06.2005, Бгол. № 16. М.Патент на изобретение РФ. Машкин А.Г. Способ повышения качества электрической энергии. № 2237334 от 27.09.2004, Бюл. № 27.

15.Программа расчета электроэнергетических характеристик объектов электроснабжения. А.Г. Машкин, В.А. Машкин. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2006613353 от 25.09.2006.

Другие научные публикации по теме диссертации:

16.Машкин А.Г. Повышение эффективности использования электрической энергии в системах тягового электроснабжения: монография [Текст] / А.Г. Машкин. - Чита: Поиск, 2006. - 152 с.

17.Машкин А.Г. Основы метода кватернионов расчета электрических цепей: монография [Текст] / А.Г. Машкин. - Чита: ЧитГУ, 2009. - 120с.

18.Машкин А.Г. О повышении качества электрической энергии в точках присоединения тяговых подстанций [Текст] / А.Г. Машкин, Д.Е. Федотов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. № 2. 2010. С. 32-35.

19.Машкин А.Г. Ответственность за снижение качества электроэнергии обзор арбитражной практики [Текст] / А.Г. Машкин, A.A. Якимов A.A., В.А. Машкин // Новости электротехники. № 6 (54). 2008. С. 54-55.

20.Машкин А.Г. Расчет электрических цепей методом кватернионов [Текст] / А.Г. Машкин, В.А, Машкин // Научное обозрение. № 3. 2008. С. 43-50.

21.Машкин А.Г. Мощность искажения и проблемы компенсации реактивной мощности в системах тягового электроснабжения [Текст] / А.Г. Машкин // Научное обозрение. № 6. 2005. С. 8-12.

22.Машкин А.Г. Отклик в простейших линейных системах [Текст] / А.Г. Машкин // Научное обозрение. № 1. 2006.С.87-97.

23.Машкин А.Г. Электроэнергетические характеристики объектов электроснабжения [Текст] / А.Г. Машкин // Научное обозрение. № 5. 2005. С. 83-87.

24.Машкин А.Г. Мощность искажения в системах тягового электроснабжения [Текст] / А.Г. Машкин // Электрика. № 6. 2006. С. 28-30.

25.Машкин А.Г. Перспективы энергосберегающих технологий [Текст] / А.Г. Машкин, В.А. Бывалый, Н.В. Раевский. Межрегиональная научно-техническая конференция «Энергетика в современном мире» (тезисы докладов). Чита. 2001. С. 162-164.

26.Машкин А.Г. Разработка системы определения качества электрической энергии [Текст] / А.Г. Машкин // IV межрегиональная научно-техническая конференция «Кулагинские чтения». Чита. 2004. С. 191-193.

27.Машкин А.Г. Эффективный метод уменьшения провалов напряжения в контактной сети [Текст] / А.Г. Машкин // Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте: Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Красноярск. 2005. С. 54-56.

28.Машкин А.Г. Расчет электроэнергетических характеристик объектов электропотребления в формате ИВК «ОМСК-М» [Текст] / А.Г. Машкин, В.А. Машкин // V Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения». Чита. 2005. С. 147-149.'

29.Машкин А.Г. Средства и методы измерения электрической энергии

[Текст] / А.Г. Машкин, С.Ю. Машкина, В.А. Машкин // Всероссийская научн практическая конференция «Энергетика в современном мире». Чита. 2006. 147-149.

30.Машкин А.Г. Энергетические процессы в линейных цепях [Текст] / А Машкин, В.А. Машкин, С.Ю. Машкина // VI Всероссийская научг практическая конференция «Кулагинские чтения». Чита. 2006. С. 184-187.

31.Машкин А.Г. Повышение качества электрической энергии в системах эле троснабжения [Текст] / С.Ю. Машкина, А.Г. Машкин, В.А. Машкин // 5 международная практическая конференция. СТТ 2007. Томск. 2007. С. 66-68.

32.Машкин А.Г. Связь качества электрической энергии (качество напряжет с качеством электрической изоляции [Текст] / В.А. Машкин, А.Г. Машкг С.Ю. Машкина // XII международная практическая конференция. СТТ 20( Томск. 2007. С. 69-71.

33.Машкин А.Г. К вопросу ответственности участников рынка электроэнерг за несоблюдение качества электрической энергии [Текст] / В.А. Машкин, А Машкин, С.Ю. Машкина // VII Всероссийская научно-практическая конфере ция «Кулагинские чтения». Чита. 2007. С. 243-245.

34.Машкин А.Г. Разрешение проблемы качества электрической энергии в с временном законодательстве Российской Федерации [Текст] / В.А. Машкр А.Г. Машкин, С.Ю. Машкина // IV международная научно-практическая кс ференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий промышленности». Высокие технологии, фундаментальные и прикладные i следования, образование. Т. 11. Санкт-Петербург. 2007. С. 59-63.

35.Машкин А.Г. К вопросу симметрирования нагрузки тяговых трансформат ров [Текст] / А.Г. Машкин, Д.Е. Федотов, В.А. Машкин // Проблемы теплоф зики и теплоэнергетики: материалы семинара вузов Сибири и Дальнего Воет ка. Повышение эффективности производства и использования энергии в ycj виях Сибири: материалы Всероссийской научно практической конференвд Иркутск. 2008. С. 450-453.

36.Машкин А.Г. Применение гиперкомплексных чисел при расчете электри1 ских цепей [Текст] / А.Г. Машкин, А.Г. Машкин, С.Ю. Машкина // Электр энергия: от получения и распределения до эффективного использования: мат риалы Всероссийской научно-технической конференции. Томск. 2008. С. 43.

37.Машкин А.Г. К вопросу ответственности за ухудшение качества электри1 ской энергии [Текст] / В.А. Машкин, A.A. Якимов, А.Г. Машкин, С.Ю. Ма кина // XIV международная научно практическая конференция. СТТ 20( Томск. 2008. С. 69-70.

38. Машкин А.Г. Модернизация систем тягового электроснабжения переме ного тока на основе симметрирования тяговых трансформаторов [Текст] / А Машкин, П.Ю. Лукьянов, С.Ю. Машкина // Научные и технические средст обеспечения энергосбережения и энергоэффективности в экономике РФ. I-международная научно-практическая конференция. СПБ 2011. С. 90-91.

Введение.

Глава 1 Анализ существующих систем повышения эффективности использования электрической энергии в СТЭ.

1.1 Анализ основных электромагнитных (энергетических, мощностных) характеристик в системах электроснабжения.

1.2 Основные особенности использования (потребления). электрической энергии СТЭ.

1.3 Проблемы измерения и компенсации реактивной мощности.

1.4 Симметрирование в СТЭ.

1.5 Проблемы снижения величин высших гармоник в контактной сети.

1.6. Генерация некачественной электрической энергии.

1.7 Показатели качества ЭЭ и качество электрической изоляции.

Выводы.

Глава 2 Электроэнергетические характеристики линейных систем.

2.1 Отклик в простейших линейных системах при установившихся режимах

2.2 Электромагнитные составляющие на элементах цепи.

Найдем составляющие мгновенных мощностей (электромагнитные составляющие) на сопротивлении г и индуктивности Ь:.

2.3 Связь отклика с составляющими результирующего тока и напряжения (первая пара дуальных цепей).

2.4 Отклик во второй паре дуальных цепей.

2.5 Расчёт энергии и мощности действующего фактора и отклика на входе линейного двухполюсника.

2.6. Особенности существующих методов расчета электрических цепей при анализе процессов передачи ЭЭ в них.

2.7 Представление в форме кватернионов действующих значений тока, напряжения, полной, активной и реактивной мощностей электрической цепи

2.8. Представление кватернионов мощностей в других формах.

2.10. Расчет компонент кватернионов активного и реактивного сопротивления и активной и реактивной проводимости цепи.

2.11. Примеры использования метода.

Выводы.

Глава 3 Разработка и обоснование системы электроэнергетических характеристик объектов электропотребления с учётом ПКЭ и компьютерной программы для её определения.

3.1 Особенности дискретизации мгновенных значений токов и напряжений микропроцессорными средствами учёта электропотребления и измерения показателей качества объекта электроснабжения.

3.2 Особенности алгоритмов определения основных. электроэнергетических величин.

3.3 Номенклатура электроэнергетических характеристик объекта электроснабжения.

3.5 Электроэнергетические характеристики объектов электроснабжения.

3.6 Токовые и электрические характеристики объектов. электроснабжения.

3.7 Программа расчета электроэнергетических характеристик объектов электроснабжения.

3.8 Анализ характеристик электропотребления. Основные соотношения.

3.8 Анализ характеристик электропотребления и ПКЭЭ в ТОП тяговых подстанций.

3.9 Погрешность измерения реактивной мощности микропроцессорными счетчиками семейства Альфа.

Микропроцессорные счетчики семейства Альфа согласно их алгоритму измеряют общею реактивную мощность, которая учитывает мощность искажения.

3.10 Расчет, анализ и измерение ЭЭ, идентифицированный по ПКЭ.

Выводы.

Глава 4 Симметрирование нагрузки тяговых трансформаторов.

4.1 Вводные замечания.

4.2 Анализ существующих СТЭ на переменном токе.

4.3 Симметрирование нагрузки тягового трансформатора как решение проблемы КЭ в ТОП тяговых подстанций.

4.4 Основные положения разработанной системы электроснабжения.

4.5 Устранение провалов напряжения в контактной сети.

4.6 Полное симметрирование нагрузки тягового трансформатора.

4.7 Математическое моделирование полного симметрирования тягового трансформатора.

4.8 Краткий анализ известных систем управления качеством. электрической энергии в ТОП тяговых подстанций.

4.9 Сравнение вариантов и выбор основного оборудования установки по симметрированию нагрузки трансформатора и уменьшения мощности искажения.

4.10 Неполное симметрирование нагрузки тягового трансформатора за счёт частичной разгрузки его наиболее загруженной фазы.

4.11 Анализ перспектив развития СТЭ.

Выводы.

Глава 5 Разработка способа учёта и тарификации ЭЭ идентифицированной по показателям качества и средств использования (утилизации) некачественной

5.1 Учет электрической энергии идентифицированной по показателям качества.

5.3 Установка по использованию (утилизации) некачественной электрической энергии контактной сети.

5.4 Анализ основных экспериментальных данных по утилизации. некачественной ЭЭ.

5.5 Способ повышения эффективности использования электрической энергии

Выводы.

Актуальность проблемы. Нарастание дефицита мощности в энергосистемах страны, проведение реформ в электроэнергетике, принятие новых статей Гражданского Кодекса Российской Федерации (ГК РФ) и закона об энергосбережении заставляют по-новому взглянуть на проблему качества электрической энергии (КЭ) в точках общего присоединения (ТОП) тяговых подстанций.

К настоящему времени накоплен значительный опыт по исследованию и анализу проблем КЭ в системах электроснабжения. Наиболее перспективным подходом решения проблем КЭ на границах раздела систем внешнего и тягового электроснабжения является повышение эффективности электропотребления в системах тягового электроснабжения (СТЭ).

До последнего времени проблема КЭ на границах раздела энергосистем и систем тягового электроснабжения находилась в «замороженном» состоянии и касалась двух хозяйствующих субъектов РАО «ЕЭС» и ОАО «РЖД». В связи с реформами в энергетике и железнодорожном транспорте, а также согласно новым статьям ГК (Гражданского Кодекса) РФ проблема КЭ в настоящее время стала касаться уже многих хозяйствующих субъектов, что приводит к возникновению конфликтных ситуаций. Последнее связано с тем, что согласно ГК РФ потребители, получающие питание от той же ТОП, что и тяговые подстанции, вправе требовать снижения оплаты за объёмы поставленной некачественной электроэнергии от снабжающих организаций.

Удовлетворение этих обоснованных требований будет способствовать росту тарифов на железнодорожные грузовые и пассажирские перевозки. Другими словами, проблема КЭ в ТОП тяговых подстанций, будет решаться за счет населения.

Разрешить сложившуюся ситуацию можно за счет установления количественной связи КЭ с энергосбережением, а также за счёт возможности 6 объективно оценивать ущербы от потребления некачественной электроэнергии. Данные ущербы, в установившихся режимах, определяются объёмами потреблённой активной электроэнергии по обратной, нулевой последовательностям и активной энергии по высшим гармоникам. Такие виды энергии идентифицируются показателями КЭ: коэффициенты несимметрии по обратной и нулевой последовательностям, коэффициент искажения синусоидальности формы напряжения и коэффициенты л-ой гармонической составляющей.

Поэтому решение проблемы КЭ необходимо связывать с эффективностью мероприятий и технических решений, направленных на энергосбережение и уменьшение доли генерации некачественной электроэнергии, а также с разработкой способов и средств измерения и учёта электроэнергии идентифицированной по показателям КЭ.

Это становится особенно актуальным в настоящее время в связи со снижением системной надежности и ростом дефицита электрической мощности в большинстве энергосистем страны, что требует разработки технологий энергосбережения для одного из самых крупных и проблемных потребителей электрической энергии (ЭЭ) - электрифицированных железных дорог. Эти технологии электросбережения, обеспечивающие снижение электропотребления, должны исключать или резко уменьшать генерацию ЭЭ по показателям КЭ в СТЭ. Объективно оценивать ущербы от потребления некачественной ЭЭ позволят способы и средства учёта и измерения некачественной ЭЭ идентифицированной по показателям КЭ.

Общие объёмы ЭЭ с идентификацией по показателям качества, которые генерируются тяговыми подстанциями, весьма существенны (1.18% от общего потребления), они распределяются среди потребителей ЭЭ, получающих питание от ТОП с тяговыми подстанциями, а также обуславливают дополнительные потери в элементах энергосистем. Основными составляющими ЭЭ с идентификацией по показателям КЭ являются две компоненты, одна из них это ЭЭ, обусловленная генерацией за счет асимметрии нагрузки тягового трансформатора на стороне тяги (двухфазная, неравномерная), которая определяется активной мощностью по обратной последовательности. Эта ЭЭ идентифицируется таким показателем КЭ как коэффициент несимметрии напряжения по обратной последовательности. Потребитель, который получает эту ЭЭ и имеет двигательную нагрузку, вынужден для её нейтрализации и компенсации потреблять в два раза больше ЭЭ по прямой последовательности. При этом резко увеличиваются риски создания и развития аварийных ситуаций, ведущих к массовому недоотпуску продукции, нарушению электро-, взрыво-и пожаробезопасности и т.п.

Второй компонентой является ЭЭ по высшим гармоникам, обусловленная нелинейным характером нагрузки тягового трансформатора и определяемая суммарной активной мощностью по высшим гармоникам. Эта ЭЭ идентифицируется таким показателем КЭ, как коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения. Гармонические составляющие этой ЭЭ определяются активными мощностями по соответствующим гармоникам и их всегда можно идентифицировать по коэффициентам п-ой гармонической составляющей напряжения.

Исключение генерирования некачественной ЭЭ на тяговых подстанциях снизит электропотребление в СТЭ, а также повысит достоверность учёта. Снижение электропотребления определяется величиной неэффективного использования ЭЭ, которая затрачивается на генерирование некачественной ЭЭ. Это основной подход, который автор использует в данной работе. Чтобы реализовать его, в первую, очередь необходимо установить связь показателей качества ЭЭ с основными электроэнергетическими характеристиками объектов электроснабжения.

Действующий ГОСТ 13109-97 оценивает и нормирует только электрическую компоненту ЭЭ (напряжение), токовая и мощностная и (или) энергетическая компоненты этим стандартом оценке и нормированию не подлежат. Фактически существующий ГОСТ определяет качество напряжения в ТОП. По сути дела это означает, что некий товар, а ЭЭ и есть товар, оценивается только по одному показателю.

Все это дает основание считать, что существующий ГОСТ 13109-97 в указанных условиях недостоверно и необъективно оценивает качество ЭЭ.

Для того чтобы объективно оценивать КЭ, необходимо связать характеристики электропотребления объекта электроснабжения с показателями КЭ. Реализация данного подхода позволила разработать технические решения для повышения КЭ, главным образом на границах СТЭ, что обеспечивает практически полное исключение генерации некачественной ЭЭ в системы внешнего и транзитного электроснабжения, снизит электропотребление в СТЭ и в смежных системах, повысит их надёжность, а также повысит достоверность учёта. Это дает возможность сертифицирования ЭЭ в ТОП, к которым подключены тяговые подстанции, а также экономить значительные объемы ЭЭ (от 3% до 8% от объёма ЭЭ на, тягу поездов). При строительстве новых тяговых подстанций и реконструкции действующих, использование систем симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов даст экономию капитальных затрат за счет использования трансформаторов меньшей мощности.

Таким образом, существует техническая проблема, заключающаяся в некачественной электроэнергии, которая вызвана таким мощным потребителем как электрифицированная железная дорога. Ей соответствует научно-техническая проблем, заключающаяся в необходимости разработки методологических основ анализа сложных несимметричных систем электроснабжения на границе раздела систем тягового и общего электроснабжения при полигармонической форме токов и напряжений и технических решений по повышению качества ЭЭ и эффективности использования установленного энергетического электрооборудования.

Целью работы является разработка методологических основ анализа сложных несимметричных систем электроснабжения на границе раздела систем тягового и общего электроснабжения при полигармонической форме токов и напряжений и технических решений по повышению качества ЭЭ и эффективности использования установленного энергетического электрооборудования, что позволяет с единых позиций рассмотреть особенности и специфику электромагнитной совместимости этих систем и выработать рекомендации по энергосбережению и обеспечению КЭ.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

- обоснование электрофизической природы и математического представления энергообменных процессов в линейных и нелинейных однофазных и трехфазных несимметричных сетях;

- разработка метода и алгоритма определения основных электроэнергетических характеристик объектов электроснабжения, учитывающих потоки некачественной ЭЭ;

- исследование и анализ электроэнергетических характеристик электропотребления СТЭ с учётом потоков некачественной ЭЭ в ТОП тяговых подстанций;

- разработка способов симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов, основанных на использовании выпрямительно-инверторных каскадах, построенных на элементной базе современной силовой электроники, снижающих долю потоков некачественной ЭЭ в ТОП тяговых подстанций;

- разработка способов повышения КЭ в ТОП тяговых подстанций, обеспечивающих использование (утилизацию) некачественной ЭЭ;

- разработка математических и физических моделей и исследование на них электроэнергетических характеристик способов и средств, обеспечивающих повышение КЭ в ТОП тяговых подстанций;

Основные методы научных исследований. В теоретической части работы были использованы методы теории и расчета электрических цепей, электромагнитного поля, тензорного анализа цепей, гиперкомплексных пространств и кватернионов, цифровых измерений и цифровой обработки сигналов, физики твердого тела. Экспериментальные исследования электроэнергетических характеристик проводились на физических и математических моделях в среде МаИ^аЬ способов симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов и повышения КЭ.

Научная значимость и новизна работы. Научная новизна работы заключается в том, что:

- метод кватернионов расчета электрических цепей, являясь естественным расширением комплексного метода, позволяет углубить анализ процессов в линейных цепях, установить связь активных и реактивных параметров цепи с её энергетическими характеристиками;

- установлена связь между активными и реактивными параметрами последовательной и параллельной схемами замещения, установлены причины искажения номиналов параметров электрических цепей, найдены собственные значения параметров цепей;

- разработана система электроэнергетических характеристик, позволяющая полно и достоверно характеризовать процесс электропотребления в ТОП тяговых подстанций, а также определять характеристики искажения и величину неучтённой ЭЭ;

- разработаны способы симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов на основе использования выпрямительно-инверторных каскадов, построенных на основе современных силовых ключей;

- установлено, что для достоверности учёта электропотребления в ТОП тяговых подстанций необходимо учитывать ЭЭ идентифицированную по показателям КЭ, определяемых в п.п. 5.4, 5.5,5.6 ГОСТ 13109-97:

- предложен способ учёта и счетчик, позволяющий учитывать ЭЭ в обеих направлениях в том числе и с идентификацией по показателям КЭ и уровням напряжения по первой гармонике прямой последовательности выше и ниже предельно допустимых

Достоверность научных положений и выводов подтверждена результатами теоретических, лабораторных и производственных исследований, их проверкой в СТЭ и на физических и математических моделях, а также сходимостью выводов и результатов расчетов с экспериментальными данными.

Практическая ценность работы определяется тем, что:

- разработаны эффективные методы утилизации (использования) некачественной ЭЭ, позволяющие в системах электроснабжения, в том числе тягового электроснабжения снизить электропотребление;

- разработанные способы симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов дают возможность увеличить величину располагаемой мощности тяговых трансформаторов, снизить электропотребление и повысить КЭ в ТОП тяговых подстанций, а также практически полностью исключить потоки некачественной ЭЭ на границах СТЭ;

- применение современных силовых ключей ЮВТ, ОТО в системах симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов позволит использовать высокие технологии с целью оптимальной адаптации характеристик объекта электроснабжения к показателям КЭ регламентируемых ГОСТ 13109-97;

- разработанная лицензированная программа расчета электроэнергетических характеристик позволяет объективно и достоверно определять и оценивать искажения, вносимые в системы электроснабжения различными объектами электроснабжения; а также определять объёмы неучтенной ЭЭ существующими системами учета ЭЭ, рассчитывать погрешность измерения реактивной энергии и мощности.

Основные положения, выносимые на защиту.

- метод кватернионов расчета электрических цепей в основе которого лежит алгебра матриц Клейна-Кэли, изоморфная алгебре кватернионов;

- алгоритм, обеспечивающий учет потоков и объёмов генерации некачественной ЭЭ, идентифицированной по показателям КЭ, и методологические основы его построения;

- результаты исследования и анализа электроэнергетических характеристик СТЭ, в том числе потоков некачественной ЭЭ в ТОП тяговых 12

X ?

-? л трансформаторов, с учетом характеристик и алгоритмов используемых средств учета ЭЭ; способы симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов и результаты математического и физического моделирования, принципы построения симметрирующих схем;

- способы повышения КЭ объектов электроснабжения и утилизации ЭЭ идентифицированной по показателям качества ЭЭ;

Реализация результатов работы. Программа расчета электроэнергетических характеристик объектов электропотребления внедрена в Читинской электрической компании, а также в филиале ОАО «РЖД» Энергосбыт Забайкальской железной дороги, рекомендации по симметрированию СТЭ приняты к использованию ОАО «МЭС Сибири» -филиал ФСК ЕЭС. Затраты на создание установки по симметрированию нагрузки тягового трансформатора (патенты № №2274940, № 2253931) окупаются за срок не более 8-10 месяцев. Это достигается за счет исключения генерации ЭЭ идентифицированной по показателям КЭ, снижения электропотребления СТЭ, обеспечения нормального полнофазного режима работы трансформатора со стороны тяговой нагрузки.

Личный вклад автора

Автору диссертационной работы принадлежат постановка целей и задач исследования, определение путей их реализации и решения. Все эксперименты по исследованию эффективности способов повышения КЭ объектов электроснабжения выполнялись непосредственно автором работы. Часть экспериментов выполнено в соавторстве с исследователями, у которых автор является научным руководителем. Разработка способов и исследование результатов симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов выполнены в сотрудничестве с другими исследователями. Непосредственно автором или при его прямом участии дана интерпретация экспериментальных результатов, предложены описанные в диссертации новые физические модели, проведены их расчёт и теоретическое обоснование. В публикациях, в которых автор диссертации занимает первую позицию, основная роль в постановке задачи, полном или частичном получении экспериментальных результатов, их анализе и теоретическом обосновании, а также в написании и редактировании текста публикаций, принадлежат ему. В остальных публикациях автор участвовал в постановке задачи, получении ряда экспериментальных результатов и их обсуждении, а также разработке физических моделей, объясняющих результаты экспериментов.

Апробация работы. Основные положения диссертации и отдельные ёе разделы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, межрегиональных конференциях и семинарах, научно-практических конференциях вузов страны, в том числе:

• IV международная научно-практическая конференция «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности».2007, Санкт-Петербург

• XII международная практическая конференция. СТТ 2007, 2008 г. Томск.

• Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Ресурсосберегающие технологии на железнодорожном транспорте» (Красноярск, 2005).

• 1-ая международная научно-практическая конференция. СПБ 2011: Научные и технические средства обеспечения энергосбережения и энергоэффективности в экономике РФ.

• Всероссийской научно-практической конференция «Энергетика в современном мире» (Чита, 2006).

• IV-VIII Всероссийские научно-практические конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2004-2008).

• Научно-методической конференции ученных и специалистов Заб.ж.д. (Чита, 1995).

• Межрегиональной научно-технической конференции «Энергетика в современном мире» (Чита, 2001).

• V всероссийский семинар ВУЗов Сибири и Дальнего Востока «Проблемы теплофизики и теплоэнергетики: материалы семинара вузов Сибири и Дальнего Востока. Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» - Иркутск. 2008.

• Всероссийская научно-практическая конференция «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» - Томск. 2008.

Публикации. Основные научные положения и материалы по теме диссертации изложены в 38 печатных работах, включая 2 монографии, 1 официально зарегистрированную программу для ЭВМ, 6 патентов на изобретения, 8 научных статей в рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Выводы

1. Разработанный способ учёта и счётчик ЭЭ обеспечивают учёт в обоих направлениях идентифицированной по показателям качества ЭЭ в том числе и ЭЭ прямой последовательности первой гармоники при напряжениях выше и ниже допустимых значений так и при напряжениях в допустимых значениях.

2. Предложена и обоснована тарификация ЭЭ структурализованной по ПКЭ, основанная на нахождении неосновательного сбережения у абонента при потреблении им некачественной ЭЭ.

3. Неосновательное сбережение ищется как разница между стоимостью потреблённой ЭЭ и приведёнными затратами на аппаратные средства, которые обеспечивают подачу потребителю качественной ЭЭ.

4. Разработан способ повышения КЭ, который позволяет повысить не только КЭЭ, но и эффективность использования электрической энергии за счет утилизации (использования) части некачественной энергии.

5. Лабораторные исследования показали, что реализация способа позволяет восстанавливать форму фазного напряжения после однополупериодного выпрямления, повышать напряжение на фазах нагрузки, выравнивать и снизить величины коэффициентов искажения синусоидальности формы кривой напряжения по фазам сети, а также практически полностью исключать асимметрию по нулевой последовательности.

6. Анализ экспериментальных данных показывает, что предложенный способ может быть альтернативой известным способам фильтрации тока и напряжения, в том числе и в контактной сети, так как обеспечивает не только повышение качества электрической энергии, но и эффективность использования электрической энергии.

7. Увеличение эффективности использования ЭЭ за счёт увеличения утилизации некачественной электрической энергии по сравнения со способом повышения качества ЭЭ достигнуто в способе повышения эффективности использования ЭЭ.

8. Исходя, из правовых отношений между абонентом и энергоснабжающей организацией статья 542 ГК РФ можно считать, что стоимость неосновательного сбережения, которое получает абонент при использовании электроэнергии не соответствующей требованиям к качеству энергии, является оплатой за электроэнергию в этих случаях.

9. Стоимость неосновательного сбережения можно рассчитать по величинам тарифов и объёмам электропотребления структурированной по показателям качества электроэнергии.

10. Выбор тарифов по номенклатуре структурированной по показателям качества электроэнергии это метод нахождения компромисса между компенсацией негативного действия некачественной электроэнергии на электроустановки потребителя и получения энергоснабжающей организацией стоимости за поставленную электроэнергию, а также способ повышения качества и эффективности использования электроэнергии.

Заключение

В результате выполнения диссертационной работы:

1 Предложен метод кватернионов расчета электрических цепей на основе алгебры комплексных матриц Клейна-Кэли изоморфной алгебре кватернионов, являющийся естественным расширением символического метода, который позволяет более достоверно характеризовать энергообменные процессы в электрических цепях;

2. Разработаны алгоритм, обеспечивающий измерение и учет объёмов генерации некачественной ЭЭ, структурированной по показателям КЭ и методологические основы, позволяющие рассчитывать и определять реальные характеристики искажения объекта электроснабжения.

3. Экспериментальными исследованиями установлено, что при использовании для учёта счётчиков семейства АЛЬФА и ЕВРОФЛЬФА, величинами активных мощностей идентифицированных по ПКЭ при генерации их в СТЭ определяется недоучёт ЭЭ потребляемой тяговой нагрузкой.

4. Выявлены степень и характер погрешностей счетчиков семейства АЛЬФА, ЕВРОАЛЬФА при измерении реактивных мощностей и энергий и установлена связь величин мощности искажения с величиной их погрешностей, достигающих по нагруженным со стороны тяги фазам 187%.

5. Разработаны способы симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов, основанные на применение выпрямительно-инверторных каскадов, построенных на основе современных силовых ключей ЮВТ, СТО и обеспечивающих рост располагаемой мощности на стороне тяги до 50%.

6. Выявлено на физических моделях, а также математическим моделированием симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов, что использование разработанных в диссертации систем симметрирования снижает несимметрию напряжения 5-8 раз, а применение системы полного симметрирования исключает появление в ТОП тяговых подстанций обратной последовательности и высших гармоник, генерируемых на стороне тяги.

7. Экспериментальные исследования и моделирование в среде МАТЪАВ реализации способа повышения качества ЭЭ показали его высокие функциональные свойства, обеспечивающие снижение коэффициента несимметрии по нулевой последовательности в 45 раз, повышение фазных значений напряжения, снижение значений коэффициента искажения синусоидальной формы кривой напряжения .

8. Разработан счетчик, позволяющий учитывать ЭЭ в обоих направлениях в том числе и с идентификацией по показателям КЭ: коэффициентам несимметрии по обратной и нулевой последовательностям, коэффициенту искажения синусоидальности кривой напряжения и уровням напряжения по первой гармонике прямой последовательности выше и ниже предельно допустимых.

9. Разработана система учёта и тарификации ЭЭ идентифицированной по ПКЭ, базирующая на выполнении пункта 2 статьи 542 ГК РФ о компенсации энергосбытовой компании неосновательного сбережения, которое имеет абонент при потреблении им некачественной ЭЭ. Неосновательное сбережение ищется как разность между потреблённой качественной ЭЭ и привёденными затратами, которые возникают, в случае если потребитель использует технические средства позволяющие устранить потребление некачественной ЭЭ.

1. Родькии Д.И. Показатели энергопроцессов в сети с полигармоническиминапряжением и током / Д.И. Родькин, A.B. Бялобржеский, А.И. Ломонос // Электротехника. № 6. 2004. С. 43-46.

2. Родькин Д.И. Декомпозиция составляющих мощности полигармоническихсигналов / Д.И. Родькин // Электротехника. № 3. 2003. С. 24-26.

3. Агунов М.В. Определение реактивной мощности на основеэлектромагнитного поля в нелинейной среде / М.В. Агунов, A.B. Агунов //Электричество. № 2. 1993. С. 16-19.

4. Кадомский Д.Е. Интегральное определение реактивной мощности внелинейных цепях. Проблемы нелинейной электротехники / Д.Е. Кадомский // Тез. докл. Всес. научн. техн. конф. Киев. 1981. С.37-39 .

5. Савиновский Ю.А. К интегральному понятию «реактивная мощность» /

6. Ю.А. Савиновский, С.Я. Королёв, A.B. Стратонов // Изв. Вузов. Энергетика. № 7. 1981. С. 6-9.

7. Маевский O.A. Энергетические показатели вентильных преобразователей /

8. O.A. Маевский. М.: Энергия. 1978. - 178.

9. Хусаинов Ш.Н. Мощностные характеристики несинусоидальных режимов

10. Ш.Н. Хусаинов // Электричество. № 9. 2005. С. 7-11.

11. Küsters N.L. On the definition of reactive power under non sinusoidalconditions / N.L. Küsters, W.J.M. Moore // IEEE Trans. On PAS. 1980. vol. (PAS-99). № 5.

12. Крогерис А. Мощность переменного тока / А. Крогерис, К. Рашевиц, Э.

13. Трейманис, Я. Шинка. -Рига: Изд. Физ-энергетич. института. Латвия. АН. 1993.

14. Агунов М.В. Об энергетических соотношениях в электрических цепях снесинусоидальными режимами / М.В. Агунов, A.B. Агунов // Электричество. № 4. 2005. С. 17-19.

15. Мельников H.A. Реактивная мощность в электрических сетях / H.A.

16. Мельников. М.: «Энергия», 1975. 169 с.

17. Патент РФ. Способ измерения мощности искажений электрической сетиэлектронным счетчиком и устройство его осуществления. Дубинский Е.В., Казанский Е.Б., Кугаенко Е.П., Рожнов Е.И., Рябов A.A., Федярин П.А. 1997.09.27.

18. Контча А. Асимметрия в трёхфазных линиях, питающих тяговые сети 25 кВ, 50 Гц / А. Контча, П. Шмид // Железные дороги мира. № 8. 2000. С. 4853.

19. Амелькина H.A. Определение фактического вклада несимметричных потребителей в искажении качества электрической энергии в точке общего присоединения / Н.А Амелькина, С.С. Бодрухина, С.А. Цырук // Электрика. № 4. 2005 С. 15-18.

20. Демирчян К.С. Теоретические основы электротехники: В 3-х т. Учебникдля вузов. Том 1.- 4-е изд. / К.С. Демирчян, JI.P. Нейман, Н.В. Коровкин, B.JI. Чечурин. СПб.: Питер, 2004. - 463 с.

21. Бессонов JI.A. Теоретические основы электротехники / JI.A. Бессонов.1. М.: Высш. Школа. 1978.

22. Бородулин Б.М. Симметрирование токов и напряжений на действующихтяговых подстанциях переменного тока / Б.М. Бородулин // Вестник ВНИИЖТ. № 2. 2003. С. 32-35.

23. Конюхова Е.А. Электроснабжение объектов / Е.А Конюхова: Учеб.пособие для студ. Учреждений сред. Проф. Образовании. М.: «Мастерство»; Высшая школа, 2001. - 320 с.

24. Железко Ю.С. Повышение экономичности работы электрических сетей и качества электроэнергии / Ю.С. Железко. М.: Энергия. 1986. - 102 с.

25. Галанов В.П., Галанов В.В. О влиянии нелинейных и несимметричных нагрузок на качество электрической энергии / В.П. Галанов, В.В. Галанов // Промышленная энергетика. № 3. 2001. С. 24-28.

26. Кумаков Ю. Инверторы напряжения со ступенчатой модуляцией и активная фильтрация высших гармоник / Ю. Кумаков // Новости электротехники. № 6. 2005. С. 67-69.

27. Григорьев O.A. Влияние электронного оборудования на условия работы систем электроснабжения зданий / O.A. Григорьев, B.C. Петухов, В.А. Соколов, И.А. Красилов //Технологии электромагнитной совместимости. № 1. 2003. С. 11-17.

28. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах / Ю.С. Железко. М.: Энергия. 1981. 200 с.

29. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электрической энергии / Ю.С. Железко. М.: Энергия. 1985. 224 с.

30. Железко Ю.С. Выбор мероприятий по снижению потерь электроэнергии в электрических сетях / Ю.С. Железко. М.: Энергия. 1989. - 172 с.

31. Марквардт К.Г. Электроснабжение электрифицированных железных дорог

32. К.Г. Марквардт. Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Транспорт. 1982. -528 с.

33. Справочник по электропотреблению в промышленности. Под ред. Г.П.

34. Минина, Ю.В. Копытова. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Энергия, 1978. -496 с.

35. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т. 3. Кн. 2. Использованиеэлектрической энергии/ Под общ. ред. Профессоров МЭИ В.Г. Герасимова, П.Г. Грудинского, JI.A. Жукова и др. 6-е изд., испр. и доп. - М.: Энергоиздат, 1982. - 560 е., ил.

36. Патент РФ. Устройство фильтрации гармоник тока и компенсации реактивной мощности в тяговой сети 27,5 кВ, 50 Гц. Мамошин P.P. 2001.10.02.

37. Патент РФ. Устройство широкополосной фильтрации гармоник и компенсации реактивной мощности для тяговых сетей 27,5 кВ, 50 Гц. Мамошин P.P., Василянский A.M. № 2237349 от 06.09.2003.

38. Мюллер К. Влияние сетевых фильтров на распространение гармоник в тяговой сети переменного тока / К. Мюллер //Железные дороги мира. № 4. 1999. С. 52-57.

39. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ДЯИМ.411152.001

40. РЭ. М.: Совместное предприятие ABB ВЭИ Метроника.

41. Патент РФ. Трансформатор с симметрирующим эффектом для тяговой подстанции переменного тока. Мамошин P.P., Василянский A.M. 2001.09.26.

42. Патент РФ. Трансформатор с симметрирующим эффектом для системы распределённого электроснабжения железной дороги. Мамошин P.P., Василянский A.M. 2001.12.20.

43. Василянский А. М. Совершенствование системы тяговогоэлектроснабжения железных дорог, электрифицированных напеременном токе 27,5 кВ, 50 Гц / А. М. Василянский, P.P. Мамошин, Г.Б.

44. Якимов // Железные дороги мира. № 8. 2002. С. 16-21.

45. Патент РФ. Система распределённого электроснабжения переменного тока железной дороги с трёхфазными симметрирующими и однофазными трансформаторами. Мамошин P.P., Василянский A.M. 2001.12.20.

46. Литовченко В.В. Определение энергетических показателей электроподвижного состава переменного тока с «4Q-S» преобразователями / В.В. Литовченко // Электротехника. № 5. 1993. С. 2326.

47. Соколов B.C. Проблемы установления ответственности за ухудшениекачества электрической энергии и пути их решения / B.C. Соколов, М.А.

48. Ермилов, A.B. Серков, А.В.Громов, Н.В Чернышова // Промышленнаяэнергетика. № 8. 2000. С. 13-16.

49. Соколов B.C. Идентификация источников искажений качества энергииэлектрических сетей / B.C. Соколов // Технологии ЭМС. № 1(1). 2003. С.29.32.

50. Соколов B.C. Актуальные вопросы мониторинга качества электрическойэнергии / B.C. Соколов, A.A. Созыкин, Р.В. Коровкин, П.А. Шейко, В.В.

51. Левиков, Ю.И. Дидик // Промышленная энергетика. № 1(2). 2002. С. 1721.

52. Соколов B.C. Как работают электросчетчики при низком качестве энергии

53. Источник Интернет. / B.C. Соколов. http://ppke.ru/Docs/novel.2004.doc.

54. Соколов B.C. Контроль, мониторинг и управление качествомэлектрической энергии / B.C. Соколов // Электро. № 5 2003. С 31-34.

55. Соколов B.C. Проблемы мониторинга качества электроэнергии /

56. В.С.Соколов//Промышленная энергетика. № 1. 2004. С. 6-11.

57. Шидловский А.К. Вентильные преобразователи переменной структуры. -Киев.: Техника, 1990. 332 с.

58. Кочкин В.А. Реактивная мощность в электрических сетях. Технологии управляемой компенсации / В.А. Кочкин // Новости электротехники. № 3(45). 2007. С. 78-82.

59. Жежеленко И.В. Качество электроэнергии на промышленных предприятиях / И.В. Жежеленко, M.JI. Рабинович, В.М. Божко Киев.: Техника. 1982.160с.

60. Галанов В. П., Галанов В. В. Влияние качества электрической энергии науровень ее потерь в сетях. Электр, станции. 2001 . N 5. С. 54

61. Сапунов М.В. Вопросы качества электроэнергии / М.В. Сапунов //Новости электротехники. № 4. 2001. С. 87-92.

62. Справочник по электротехническим материалам: В 3 т. Т. 2/Под редакцией

63. ЮВ. Корецкого и др. 3-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1987. -464с.

64. Машкин В.А, Связь качества электрической энергии (качество напряжения) с качеством электрической изоляции / В.А. Машкин, А.Г. Машкин, С.Ю. Машкина // XII международная практическая конференция. СТТ 2007, Томск, с. 132-135.

65. Жежеленко И.В., Саенко Ю.Л. Реактивная мощность в задачах электроэнергетики / И.В. Жежеленко, Ю.Л. Саенко // Электричество. № 8. 1998. С. 12-16.

66. Кулигин В.А. Тензор энергии-импульса электромагнитного поля / В.А.

67. Кулигин НиТ, 2004. (http://www.n-t.ru/tp/ns/eo.htm)

68. Яворский Б.М. Справочник по физике / Б.М. Яворский, A.A. Детлаф. М.,1. Наука», 1974. 944 с.

69. Машкин А.Г. Расчет электрических цепей методом кватернионов / А.Г. Машкин, В.А. Машкин // Научное обозрение. № 3. 2008. С. 87-92.

70. Машкин А.Г. Отклик в простейших линейных системах / А.Г. Машкин // Научное обозрение. № 1. 2006. С. 7-13.

71. Крон Г. Тензорный анализ сетей / Г. Крон. М.: Советское Радио, 1978.720 с.

72. Крон Г. Исследование сложных систем по частям диакоптика / Г. Крон.

73. М.: Советское Радио, 1972. 453 с.

74. Петров А.Е. Тензорный метод двойственных сетей. Диссертация насоискание ученной степени доктора технических наук. Специальность 05.13.01 Управление в технических системах. Москва, 1998.

75. Машкин А.Г. Повышение эффективности использования электрической энергии в системах тягового электроснабжения. Чита: Поиск, 2006. 152 с.

76. Поливанов K.M. Теоретические основы электротехники / К.М.Поливанов-М.: Энергия. 1972. 324 с.

77. Калашников С.Г. Электричество: Учебное пособие. 5-е изд. / С.Г.

78. Калашников М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1985. 576с.

79. Теоретические основы электротехники. Учебник для вузов. В трёх т. Подобщ. ред. K.M. Поливанова. Т.З. K.M. Поливанов. Теория электромагнитного поля. М., «Энергия», 1969. 352 е.: ил.

80. Нейман Л.Р. Теоретические основы электротехники. Ч. 3 / Л.Р. Нейман,

81. К.С. Демирчян М. Л.: «Энергия». - 1966.

82. Зевеке Г.В. Основы теории цепей. / Г В Зевеке. М.: Энергоатомиздат,1989.

83. Атабеков Г.И. Основы теории цепей / Г.И. Атабеков- М.: Энергия. 1969. с. 412.

84. Малыгин В. М. Вектор плотности потока энергии в R- и RLэлектрических цепях постоянного и переменного тока / В. М. Малыгин //

85. Электрика. № 9. 2006. С. 27-32.

86. Агунов М.В. Определение составляющих полной мощности в электрических цепях с несинусоидальными напряжениями и токами методами цифровой обработки сигналов / М.В. Агунов, A.B. Агунов, Н.М. Вертова //Электротехника. № 7. 2005. с. 37-42.

87. Патент РФ. Способ определения составляющих мощности. Агунов A.B. № 2191393 от 09.08.2000.

88. Агунов М.В., Агунов A.B. Новый подход к измерению электрической мощности / М.В. Агунов, A.B. Агунов //Промышленная энергетика. № 2. 2004. с. 22-26.

89. Ханукаев Ю.И. О кватернионах. Конечные перемещения тела и точки /

90. Ю.И. Ханукаев // http://ptci.ru.

91. Казанова Г. Векторная алгебра / Г. Казанова. М.: Мир, 1979. - 120 с.

92. Машкин А.Г. Основы метода кватернионов расчета электрических цепей: монография / А.Г. Машкин. Чита: ЧитГУ, 2009. - 126 с.

93. Маделунг Э. Математический аппарат физики / Э. Мадалунг. М.: Наука, 1968.-571 с.

94. Кантор И.Л. Гиперкомплексные числа / И.Л. Кантор, A.C. Солодовников. -М.: Наука, 1973. 144 с.

95. Арнольд В.И. Геометрия комплексных чисел, кватернионов и спинов / В.И. Арнольд. М.: МЦНМО, 2002. - 40 с.

96. Каратаев Е.А. Гиперкомплексные числа. Классификатор /http://ekarat.chat.ru

97. ЭРИС-КЭ.06. Счетчик активной и реактивной электроэнергии трёхфазный. Измеритель показателей качества электрической энергии. Руководство по эксплуатации 4222-005-02066411-03-РЭ.

98. ГОСТ 13109 97. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения.

99. Теоретические основы электротехники: В 3-х т. Учебник для вузов. Том 1.- 4-е изд. / К.С. Демирчян, Л.Р. Нейман, Н.В. Коровкин, B.JI. Чечурин. -СПб.: Питер, 2004. 463 е.: ил.

100. Кухлинг X. Справочник по физике: Пер. с нем. 2-е изд. М.: Мир, 1985.520 с.

101. Салтыков В.М. Обеспечение электромагнитной совместимости дуговых сталеплавильных печей с системой электроснабжения по допустимой нагрузке и показателям качества напряжения / В.М. Салтыков, А.О. Салтыкова, A.B. Салтыков //Электрика. № 1. 2006. с. 18-21.

102. Гамазин С.Н. Расчетно-экспериментальные исследования области допустимых несимметричных режимов в системе электроснабжения до 1000 В / С.Н. Гамазин, М.А. Зеленская //Электрика. № 3. 2003. с. 31-33.

103. Гамазин С.Н. Обеспечение надёжности электроснабжения и качества электроэнергии / С.Н. Гамазин, В.М. Пупин, Ю.В. Марков //Промышленная энергетика. 2006. - №11. - с. 17-22.

104. Кучумов JL, Кузнецов А., Сапунов М. Исследователи ждут большего отсовременных измерительных приборов / JL Кучумов, А. Кузнецов, М. Сапунов // Новости электротехники. № 4. 2004.

105. Климов В.П., Москалёв А.Д. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания / В.П. Климов, А.Д. Москалёв// Материалы семинара «Средства измерения качества электрической энергии». -Москва. МЭИ. 28-29 января 2003 г. с. 142-146.

106. Сапронов A.A. Некачественная электроэнергия дополнительная составляющая коммерческих потерь энергопредприятия / A.A. Сапронов, Д.С. Гончаров // Сборник «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими». - 2006 г. - с. 53-57.

107. Сапронов A.A. Анализ структуры коммерческих потерь электроэнергии в распределительных электрических сетях / A.A. Сапронов //Энергосбережение и водоподготовка. № 8. 2006. с. 37-43.

108. Киселёв В.В., Пономаренко И.С. Влияние несинусоидальности напряжения и тока на показания электронных счётчиков электроэнергии / В.В. Киселёв, И.С. Пономаренко//Промышленная энергетика. № 2. 2004. с. 27-31.

109. Баламетов А.Б.Об определении реактивной мощности при несинусоидальных режимах / А.Б. Баламетов, Э.Д. Хамудов, Т.М. Исаев //Проблемы энергетики. № 1. 2005. с. 61-66.

110. Машкин А.Г. Электроэнергетические характеристики объектов электроснабжения / А.Г. Машкин // Научное обозрение. № А.Г.5 2005г.

111. Гордеев A.C. Анализ искажений, вносимых некоторыми нелинейными потребителями / A.C. Гордеев, C.B. Кириллов //Электрика. № 4. 2005. с. 14-19.

112. Патент РФ. Способ измерения мощности искажения в однофазной цепи переменного тока. Гольдштейн Е.И., Сулайманов А.О. 2004.02.10.

113. Машкин А.Г. Мощность искажения в системах тягового электроснабжения / А.Г Машкин // Электрика. № 6. 2006.

114. Машкин А.Г. Мощность искажения и проблемы компенсации реактивной мощности в системах тягового электроснабжения / А.Г Машкин // Научное обозрение. № 6. 2005.

115. Тамм И.Е. Основы теории электричества / И.Е. Тамм. М.: Наука, 1976.616с.

116. Павлов П.В.Физика твёрдого тела / П.В. Павлов, А.Ф. Хохлов: Учеб. 3-еизд., стер. М.: Высш. Шк., 2000. - 494с.

117. Акчурин И.А. «Философские проблемы физики элементарных частицтридцать лет спустя)» / И.А. Акчурин. РАН, Институт философии. М.,1995.-427 с.

118. Калантаров П.В. Расчет индуктивностей / П.В. Калантаров, JI.A. Цейтлин.

119. М.: «Энергия», 1970.416 с.

120. Программа расчета электроэнергетических характеристик объектов электроснабжения. А.Г. Машкин, В.А. Машкин, С.Ю. Машкина. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. № 2006613353 от 25.09.2006.

121. Бакнелл JI. Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi. Библиотека программиста / JI. Бакнелл. СПб.: «Питер», 2006, 560 с.

122. Архангельский A.A. Учебник по классическим версиям Delphi / A.A. Архангельский. М.: «Бином», 2006,1152 с.

123. Тейксейра П. Borland Delphi 6. Руководство разработчика / П. Тейксейра, С. Пачеко. М.: «Вильяме», 2002, 1120 с.

124. Лишнер К. Delphi. Справочник. / К. Лишнер. М.: «Символ-Плюс», 2001, 640 с.

125. Эбнер Р. Delphi 5. Руководство разработчика / Р. Эбнер. Киев: «BHV-Киев», -2000,480 с.

126. Правила применения скидок и надбавок к тарифам на электрическую энергию за потребление и генерацию реактивной энергии: Утв. Главгосэнергонадзором Минтопэнерго РФ 01.01.94.-М.: 1993. 15с.

127. IEC 61000-4-7:2002 Electromagnetic compatibility (EMC) Part 4—7: Testing and measurement techniques — General guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation, for power supply systems and equipment connected thereto.

128. Смирнов C.C. Свойства режимов высших гармоник сети 110 кВ, питающей тяговые нагрузки железной дороги. Технологии ЭМС. №1(1),2003.

129. В.Д. Вейгель. Современный трехфазный тяговый привод-состояние иперспективы. Железные дороги мира, 2003, №10.

130. Верзанов Е.И. Договор снабжения электрической энергии в гражданском праве России. Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата юридических наук. Иркутск. - 2006.

131. Гражданский кодекс Российской Федерации (Часть вторая) от 26.01.1996 N 14-ФЗ; принят ГД ФС РФ 22.12.1995; ред. от 29.12.2004.

132. Галанов В.П. Влияние качества электрической энергии на уровень ее потерь в сетях / В.П. Галанов, В.В. Галанов // Электрические станции. 2001 .N5.-С.54

133. Патент РФ на изобретение. Способ повышения качества электрической энергии. Патентообладатель А.Г. Машкин, №2237334 от 27.09.2004 Бюл. №27.

134. Агунов А.В. Спектрально-частотная последовательная силовая активная фильтрация напряжения / А.В. Агунов // Электротехника. № 102004.

135. Шидловский А.К. Анализ и синтез фазо- преобразовательных цепей / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1979. 251 с.

136. Железко Ю.С. О нормативных документах в области качества электрической энергии и условий потребления реактивной мощности / Ю.С. Железко //Электрика. № 1. 2003. с. 12-19.

137. Черепанов В.В. Продолжаем дискуссию по статье Ю.С. Железко «О нормативных документах в области качества электрической энергии иусловий потребления реактивной мощности» / В.В. Черепанов //Электрика. № 6. 2003. с. 5 11.

138. Никифорова В.Н. Сертификация эффективный механизм государственной политики обеспечения качества электроэнергии / В.Н. Никифорова, В.В. Суднова //Вестник Госэнергонадзора. № 2. 2000г. - с. 23-25.

139. Чэпмэн Д. Цена низкого качества электроэнергии / Д Чэпмэн //Энергосбережение. № 1. 2004. с. 67-69.

140. Гамазин С.Н. Определение фактического вклада потребителя в искажении параметров качества электрической энергии / С.Н. Гамазин, В.А. Петрович//Промышленная энергетика. № 1. 2003. с. 31-35.

141. Григорьев O.A. Высшие гармонию! в сетях электроснабжения 0.4 кВ / O.A. Григорьев, B.C. Петухов, В.А. Соколов, И.А. Красилов // Новости электротехники. № 6. 2002. с. 32-37.

142. Григорьев O.A. Высшие гармоники в сетях электроснабжения 0.4 кВ / O.A. Григорьев, B.C. Петухов, В.А. Соколов, И.А. Красилов //Новости электротехники. № 1. 2003. с. 12-18.

143. Осика А.К. Функциональные требования к измерительным приборам для целей коммерческого учёта электроэнергии в условиях рыночных преобразований в энергетике / А.К. Осика. www.izmerenie.ru.

144. Электротехнический справочник. Т.З. Производство, передача и распределение электрической энергии. М.: МЭИ. 2004.

145. Андрианов М.В. Устройство для измерения активной мощности в трёхфазных сетях несинусоидального напряжения М.В. Андрианов, Р.В. Родионов //Электротехника. № 12. 2004. с. 51-55.

146. Попов A.A. О потерях в асинхронных двигателях, о погрешностях индукционных счётчиков электроэнергии в системах с частотными преобразователями / A.A. Попов, А.О. Фугулёв, A.A. Горменков, С.М. Клеванский //Электрика. № 5. 2004. с. 24-27.

147. Могиленко A.B. Потери электроэнергии в электрических сетях различных государств / A.B. Могиленко //Электрика. № 3. 2005. с. 22-25.

148. Морозов A.B. Определение потерь электрической энергии с помощью корреляционно-регресионных моделей / A.B. Морозов //Электрика. № 3. 2005. с. 17-21.

149. Портнягин A.B. Влияние несинусоидальности на работу фильтров напряжения обратной последовательности / A.B. Портнягин, И.Ф. Суворов //Электрика. №11. 2005. с. 25-27.

150. Боев М.В., Басс В.И. Технико-экономический расчет параметров резонансных фильтров высших гармоник / М.В. Боев, В.И. Басс //Электрика. № 5. 2002. с. 18-22.

151. Кудрин Б.И. О потерях электрической энергии и мощности в электрических сетях / Б.И. Кудрин // Электрика. № 3. 2003. с. 17-22.

152. Наумов И.В. О качестве электрической энергии и дополнительных потерях мощности в распределительных сетях низкого напряжения России и Германии / И.В. Наумов //Электрика. № 11. 2005. с.13-16.

153. Патент РФ на изобретение. Способ симметрирования тягового трансформатора. Патентообладатель А.Г. Машкин, № 2253931 от 10.06.2005 Бюл. №16.

154. Машкин А.Г. Эффективное усиление тягового электроснабжения / А.Г. Машкин, А.П. Балаганский // Проблемы энергетики: Известия вузов. № 12, 2006.

155. Карташёв И.И. Управление качеством электроэнергии / И.И. Карташёв,

156. B.Н. Тульский, Р.Г. Шаманов, Ю.В. Шаров, А.Ю. Воробьёв М.: МЭИ. 2006. - 320с.

157. Шидловский А.К. Введение в статистическую динамику систем электроснабжения / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1984. 271 с.

158. Шидловский А.К. Измерительные и преобразовательные устройства для электроэнергетике / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1989. 120с.

159. Шидловский А.К. Оптимизация несимметричных режимов систем электроснабжения / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1987. 173с.

160. Сюсюкин А.И. Нормативное регулирование взаимоотношений между поставщиками и потребителями по реактивной энергии / А.И. Сюсюкин // Электрика. № 7. 2003. с. 11-17.

161. Черепанов В.В. Продолжаем дискуссию по статье Ю.С. Железко «О нормативных документах в области качества электроэнергии и условий потребления реактивной мощности» /В.В. Черепанов, С.П. Лохов, Е.Г. Ивакина, С.А. Шишкин // Электрика. № 6. 2003. с. 17-19.

162. Блинов В.А. Дискуссия по статье Ю.С. Железко «О нормативных документах в области качества электроэнергии и условий потребления реактивной мощности» / В.А. Блинов, В.А. Ставцев, E.H. Перепёлкин,

163. C.А. Шишкин //Электрика. № 4. 2003. -- с. 16-18.

164. Горюнов И.Т. Проблемы обеспечения качества электрической энергии / И.Т. Горюнов, B.C. Мозгалёв, В.А. Богданов //Энергетика. № 1(41). 2004. с. 27-32.

165. Жежеленко И.В. Режимы напряжения в городских электрических сетях / И.В. Жежеленко. Киев. «Наука и техника». - 1984. - 127 с.

166. Жежеленко И.В. Электромагнитные помехи в системах электроснабжения промышленных предприятий / И.В. Жежеленко. Киев. -«Наука и техника». 1986. - 117 с.

167. Шидловский А.К. Повышение качества электрической энергии / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1983. 195с.

168. Шидловский А.К. Повышение качества энергии в электрических сетях / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1985. 267с.

169. Шидловский А.К. Проблемы технической электродинамики / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1978. 119с.

170. Шидловский А.К. Симметрирование однофазных и двух-плечевых электротехнологических установок / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1977. 160с.

171. Шидловский А.К. Симметрирующие устройства с трансформаторными фазосдвигающими элементами / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1981. 202с.

172. Жежеленко И.В. Высшие гармоники в системах электроснабжения промышленных предприятий / И.В. Жежеленко. Киев. «Наука и техника». - 1984. - 160 с.

173. Жежеленко И.В. Методы вероятностного моделирования в расчет характеристик электрических нагрузок потребителей / И.В. Жежеленко. Киев. «Наука и техника». - 1990. - 124 с.

174. Жежеленко И.В. Показатели качества электрической энергии и их контроль на промышленных предприятиях / И.В. Жежеленко. Киев. -«Наука и техника». 1986. - 166 с.

175. Шидловский А.К. Стабилизация параметров электрической энергии в распределительных сетях / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1989. 311с.

176. Шидловский А.К. Уравновешивание режимов многофазных цепей / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1990. 270с.

177. Хабигер Э. Электромагнитная совместимость. Основы её обеспечения в технике / Э. Хабигер. М.: Энергия. 1995. 296 с.

178. Маркушевич Н.С. Использование статистической информации о качестве напряжения в электрических сетях / Н.С. Маркушевич. Киев.: Техника, 1972.120с.

179. Маркушевич Н.С. Качество напряжения в городских электрических сетях /Н.С. Маркушевич. Киев.: Техника, 1975. 256с.

180. Маркушевич Н.С. Регулирование напряжения и экономия электроэнергии / Н.С. Маркушевич. Киев.: Техника, 1984. 102с.

181. Баннов Ю.В. Проектирование электрической части электростанций с применением ЭВМ / Ю.В. Баннов. М.: Энергия. 1991. - 272 с.

182. Гитгарц Д.А. Симметрирующие устройства для однофазных электротермических установок / Гитгарц Д.А. М.: Энергия. 1974. - 119 с.

183. Константинов Б.А. Качество электроснабжения промышленных предприятий / Б.А. Константинов. М.: Энергия. 1974. - 80 с.

184. Шидловский А.К. Схемы симметрирования однофазных нагрузок в трёхфазных цепях/А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1973. 219с.

185. Шидловский А.К. Тиристорные преобразователи постоянного напряжения для низковольтного электротранспорта / А.К. Шидловский. Киев.: Техника, 1982. 185с.

186. Дьяконов В.Г. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании / В.Г. Дьяконов. С-Пб: Питер, 2002.

187. Кондратов В.Е., Королёв С.Б. MATLAB как система программирования научно-технических расчётов / В.Е. Кондрашов, С.Б. Королёв. М.: Мир, 2000.

188. Потёмкин В.Г. MATLAB 6: среда проектирования инженерных приложений / В.Г. Потёмкин. М.: Диалог-МИФИ, 2003.

189. Steven Т. Karris/ Circuit Analysis II with MATLAB Applications. Orchard Publications. 2003.

190. Новгородцев А.Б. Расчёт электрических цепей в MATLAB: учебный курс / А.Б. Новгородцев. С-Пб: Питер, 2003.

191. Справочник по электроснабжению железных дорог. Т.1 / Под ред. К.Г. Марквардта. М.: Транспорт. 1980. - 256 с.

192. Бардушко В. Д. Режимы работы системы тягового электроснабжения напряжением 94 кВ с симметрирующими трансформаторами / В. Д. Бардушко, В.П. Закарюкин, A.B. Крюков Вестник ВНИИЖТ, 2005, №3.

193. Бородулин Б.М. Симметрирование токов и напряжений на действующих тяговых подстанциях переменного тока / Б.М. Бородулин. -Вестник ВНИИЖТ, 2003, №2.

194. Карпов Ф.Ф. Компенсация реактивной мощности в распределительных сетях / Ф.Ф. Карпов М.: Энергия, 1975. 182 с.

195. Лукьянов П.Ю. Поправки на поверхностный эффект при расчете на ЭВМ переходных и установившихся процессов в ЛЭП, контактной сети и рельсовом полотне методом РИУ / П.Ю. Лукьянов. Научное обозрение, 2005, №6.

196. Сукер К. Силовая электроника. Руководство разработчика / К. Сукер -М.: Издательский дом «Додэка XXI», 2008. 252с.: ил. (Серия «Силовая электроника»).

197. Соколов B.C. Предложения по инженерному решению проблемы качества электрической энергии / B.C. Соколов, Н.В. Чернышова Промышленная энергетика. № 8. 2001.

198. Кармашев B.C., Протасов С.Н. Опыт контроля качества электрической энергии / B.C. Кармашев, С.Н. Протасов Технологии ЭМС. № 4(4). 2003.

199. Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов: Второе издание / Р. Лайонс. Пер. с анг. М: ООО «Бином-Пресс», 2007 г., - 656.

200. Машкин А.Г. Средства и методы измерения электрической энергии / А.Г. Машкин, С.Ю. Машкина, В.А. Машкин // Всероссийская научно-практическая конференция «Энергетика в современном мире» (тезисы докладов). Чита: ЧитГУ, 2006. с. 53-56.

201. Машкин А.Г. Энергетические процессы в линейных цепях / А.Г. Машкин, С.Ю. Машкина, В.А. Машкин // VI Всероссийская научнопрактическая конференция «Кулагинские чтения» (материалы iконференции). Чита: ЧитГУ, 2006. с. 72-76.

202. Патент на изобретение РФ. Машкин А.Г, Буглаг Н.Ю., Балаганский А.П., Лукьянов П.Ю., Машкин В.А. Способ симметрирования нагрузки тягового трансформатора. № 2274940 от 20.04.2006, Бюл. № 16.

203. Машкина С.Ю. Повышение качества электрической энергии в системах электроснабжения / А.Г. Машкин, С.Ю. Машкина, В.А. Машкин // XII международная практическая конференция. СТТ 2007, Томск, с. 135-138.

204. Машкин А.Г. Моделирование симметрирования нагрузки тяговых трансформаторов / А.Г. Машкин, Д.Е. Федотов, В.А. Машкин // Промышленная энергетика. № 8. 2007.

205. Машкин А.Г. О повышении качества электрической энергии в точках общего присоединения тяговых подстанций / А.Г. Машкин, Д.Е. Федотов // Промышленная энергетика. № 9, 2009.

206. Машкин А.Г. Ответственность за снижение качества электроэнергии обзор арбитражной практики / А.Г. Машкин, A.A. Якимов, В.А. Машкин // Новости электротехники. №6 (54), 2008.

207. Машкин А.Г. Проблемы качества и учета электроэнергии на границах системы тягового электроснабжения / А.Г. Машкин, В.А. Машкин // Промышленная энергетика. №11. 2007.

208. Машкин А.Г. Математические модели рельсовых цепей и контактной сети / А.Г. Машкин, П.Ю. Лукьянов //. Мир Транспорта. № 3. 2007.

209. Машкин А.Г. Симметрирование нагрузки тяговых трансформаторов /

210. A.Г. Машкин, В.И. Пантелеев // Промышленная энергетика. № 2, 2006.

211. B.П. Суров. Красноярск: Изд-во «Гротеск», 2005. 632 с.

212. Машкин А.Г. Разработка системы определения качества электрической энергии / А.Г. Машкин // IV межрегиональная научно-техническая конференция «Кулагинские чтения». Чита: ЧТУ, 2004 г.

213. Патент РФ. Способ повышения эффективности использования электрической энергии. Машкин А.Г., Машкин В.А. Патент РФ. № 2320067 от 20.03.2008 Бюл. №8.

214. Машкин В.А. К вопросу ответственности за ухудшение качества электрической энергии / В.А. Машкин, A.A. Якимов, А.Г. Машкин, С.Ю. Машкина // XIV международная научно практическая конференция. СТТ 2008, Томск, с. 69-72.

215. Машкин А.Г., Федотов Д.Е. О повышении качества электрической энергии в точках общего присоединения тяговых подстанций / А.Г. Машкин, Д.Е. Федотов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. № 2. 2010.

216. Войтов О.Н. Анализ неоднородностей электроэнергетических систем / О.Н. Войтов, Н.И. Воропай, А.З. Гамм, И.И. Голуб, Д.Н. Ефимов и др. Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН, 1999.- 256 с.

217. Машкин А.Г. Учёт и тарификация электрической энергии, идентифицированной по показателям качества оптимальный путь повышения эффективности её использования / А.Г. Машкин, В.И. Пантелеев // Промышленная энергетика. № 5. 2011.

218. Воропай Н.И. Методы управления физико-техническими системами энергетики в новых условиях / Н.И. Воропай, H.H. Новицкий, Е.В. Сеннова и др. Новосибирск: Наука, Сибирская издательская фирма РАН. 1995. - 335 с.

219. Патент на изобретение. Способ учёта электрической энергии. Машкин А.Г., Машкина С.Ю. №2424532 от 20.07.2011 Бюл. № 20.

220. Пантелеев В.И. Модернизация систем тягового электроснабжения переменного тока / В.И. Пантелеев, А.Г. Машкин, П.Ю. Лукьянов // Энергетик № 7. 2011.