автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Совершенствование методов компенсации высших гармоник в электрических сетях 0,4-10 кВ

На правах рукописи

Боярская Наталия Петровна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КОМПЕНСАЦИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 0,4 -10 кВ.

Специальность 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 ЯН В 2012

Красноярск 2011

005007742

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» и ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Довгун Валерий Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дунаев Михаил Павлович кандидат технических наук, доцент Колмаков Олег Витальевич

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Новосибирский государственный

технический университет»

Защита диссертации состоится 25 января 2012 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.07 при ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» по адресу: г. Красноярск, ул. Ленина, 70, ауд. А 204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет».

Автореферат разослан « декабря 2011 г. Учёный секретарь

диссертационного совета

Т.М. Чупак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Характерной особенностью современных систем электроснабжения является увеличение числа потребителей с нелинейными вольт-амперными характеристиками, создающих при своей работе токи и напряжения несинусоидальной формы, которые можно представить в виде суммы гармоник с частотами, кратными основной частоте питающей сети. Высокий уровень содержания гармоник отрицательно влияет на эффективность работы промышленного электрооборудования, вычислительной техники, бытовых приборов, приводит к увеличению потерь электроэнергии, вызывает ускоренное старение изоляции, В связи с этим вопросам компенсации высших гармоник в электрических сетях уделяется значительное внимание.

Для обеспечения требуемого качества электрической энергии необходимо проведение комплекса организационных и технических мероприятий, включающих раздельное питание мощных нелинейных нагрузок, увеличение числа фаз в выпрямительных устройствах и т.д. Однако наибольший эффект дает использование специальных компенсирующих устройств - активных и пассивных фильтров гармоник.

Проблеме компенсации высших гармоник посвящены работы отечественных и зарубежных специалистов: Агунова А. В., Агунова М. В., Акаги X., Веникова В. А., Диксона Дж., Жежеленко И. В., Лабунцова В. А., Поссе А. В., Пенга Ф., Розанова Ю. К., Шидловского А. К., Чарнецки Л., Эмманюэля А. и других. Однако в большинстве работ рассматривается влияние на качество электроэнергии только крупных промышленных потребителей. Дополнительным фактором, способствующим ухудшению качества электроэнергии, является развитие энергосберегающих технологий, использование возобновляемых источников энергии, широкое распространение многочисленных распределенных нелинейных нагрузок малой мощности, характеристики которых могут быстро изменяться. Основными фильтрокомпенсирующими устройствами в настоящее время являются пассивные фильтры гармоник (ПФГ). Недостаток пассивных фильтров заключается в возможности возникновения резонанса токов в параллельном колебательном контуре, образуемом фильтром и индуктивностью питающей сети, на частотах, близких к частотам высших гармоник. Поэтому при проектировании таких устройств очень важно контролировать частотную характеристику системы фильтр - питающая сеть во всем диапазоне частот. Однако большинство существующих методов проектирования позволяет контролировать частотные характеристики фильтров только на частотах резонансов отдельных ветвей.

Активные фильтры гармоник (АФГ) являются новыми и значительно более сложными устройствами, чем их пассивные аналоги. Многие вопросы теории и практики применения этих устройств в электрических сетях 0,4-10 ьсВ еще не решены.

Сказанное требует дальнейшей} развития методов анализа несинусоидальных режимов и проектирования пассивных и активных фильтрокомпенсирующих устройств для электрических сетей 0,4-10 кВ, совершенствования алгоритмов управления такими устройствами. Цель работы - улучшение качества электроэнергии в сетях электроснабжения 0,4 - 10 кВ за счет совершенствования методов и средств компенсации высших гармоник.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

1. Проанализировать гармонический состав токов и напряжений в сетях электроснабжения 0,4-10 кВ (на примере ряда хозяйств агропромышленного комплекса Красноярского края).

2. Разработать метод анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями.

3. Разработать методы проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств на основе общей теории синтеза реактивных четырехполюсников.

4. Исследовать и развить адаптивные методы формирования управляющих сигналов для активных фильтрокомпенсирующих устройств.

Объект исследования.

Распределительные сети напряжением 0,4-10 кВ.

Предмет исследования.

Качество электроэнергии в распределительных электрических сетях и методы компенсации высокочастотных гармонических составляющих.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы основные положения теоретической электротехники, аппарат современных методов анализа и синтеза электрических цепей, элементы матричной алгебры, математического анализа, методы спектрального анализа. Теоретические решения сочетались с измерениями, экспериментальными исследованиями на основе имитационного моделирования, а также проверкой результатов с помощью современного программного обеспечения (пакеты MatLab, PSpice, среда визуального программирования Lab View).

Научная новизна:

1. Предложен метод анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями, основанный на спектральном представлении переменных и законов управления коммутируемыми элементами.

2. Разработан метод расчета пассивных фильтрокомпенсирующих устройств (ПФКУ), основанный на представлении фильтра в виде реактивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление питающей сети. Это позволяет использовать для проектирования ПФКУ хорошо разработанные методы синтеза пассивных цепей.

3. Предложен адаптивный метод управления характеристиками активных фильтрокомпенсирующих устройств, использующий алгоритмы цифровой обработки сигналов.

Практическая значимость проведенных исследований заключается в следующем:

1. На основе предложенного метода анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями разработано программное обеспечение для расчета гармонического состава токов и напряжений.

2. На основе предложенного метода синтеза пассивных фильтров гармоник разработана инженерная методика проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств.

3. С помощью разработанной методики спроектированы пассивные фильтры для компенсации высших гармоник в сетях с осветительной нагрузкой. Выполнены расчеты пассивных фильтрокомпенсирующих устройств для типовых нелинейных нагрузок. Разработаны практические рекомендации по реализации систем компенсации высших гармоник.

4. Предлагаемый метод формирования управляющих сигналов для активных фильтрокомпенсирующих устройств не требует предварительной настройки АФКУ на спектр сетевых частот. Его характеристики могут изменяться в режиме реального времени при изменении спектров несинусоидальных напряжений и токов.

Достоверность полученных научных положений подтверждается их сравнением с результатами, полученными при моделировании и расчете с помощью апробированного программного обеспечения, результатами экспериментальных исследований, а также результатами, полученными другими авторами.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Процедура синтеза пассивных фильтров гармоник, позволяющая контролировать частоты параллельных резонансов системы фильтр-питающая сеть, что дает возможность исключить резонансное усиление гармоник.

2. Адаптивный метод управления характеристиками активных фильтрокомпенсирующих устройств, основанный на использовании алгоритмов цифровой обработки сигналов, не требует предварительной настройки фильтра на спектр сетевых частот. Характеристики фильтра могут

изменяться в режиме реального времени при изменении спектров несинусоидальных напряжений и токов.

3. Метод анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями, который позволяет определить гармонический состав напряжений и токов без проведения анализа во временной области.

Апробация работы. Результаты работы докладывались автором на научно-технических конференциях, семинарах и симпозиумах:

1. Международном научно-техническом конгрессе «Энергетика в глобальном мире», г. Красноярск, 2010 г.

2. 9-м международном симпозиуме по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, С.-Петербург, 2011г.

3. Международных научно-практических конференциях «Актуальные проблемы энергетики АПК», Саратов, 2010-2011 г.

4. XII Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города», г. Красноярск, 2011г.

5. Межкафедральных семинарах Института энергетики и управления энергоресурсами АПК КрасГАУ в 2009 - 2011 годах.

6. Научных конференциях Красноярского государственного аграрного университета в 2009-2011 годах.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в четырнадцати статьях, в том числе 6 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора. Научные и практические результаты диссертации, положения, выносимые на защиту, разработаны и получены автором. Разработка и реализация общей научной идеи выполнена при участии научного руководителя.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, 14 таблиц, 4-х приложений и библиографического списка использованной литературы из 105 наименований. Работа содержит 144 страницы основного текста, приложения - 36 страниц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности проблемы управления качеством электроэнергии при несинусоидальных режимах, сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

В первой главе выполнен аналитический обзор научно-технической литературы по предмету исследования, проанализировано влияние несинусоидальных режимов на эффективность работы электрооборудования. Проведен анализ основных видов нелинейных нагрузок, вызывающих искажение напряжений и токов. Приведены некоторые результаты обследования качества электроэнергии предприятий агропромышленного

комплекса на примере ряда предприятий центральных районов Красноярского края.

Потребителей, использующих различные виды нелинейных нагрузок, можно условно разбить на три группы. К первой группе относятся промышленные потребители, основными нелинейными нагрузками которых являются трехфазные асинхронные двигатели с регулированием скорости вращения с помощью полупроводниковых преобразователей, установки дуговой сварки, а также люминесцентные лампы.

Вторую группу составляют потребители, основной нелинейной нагрузкой которых являются однофазные источники питания, электроосвещение с помощью люминесцентных ламп высокого и низкого давления. Это офисные здания, учебные заведения, предприятия АПК, использующие в производственном процессе, как его неотъемлемую часть электроосвещение помещений (теплицы, птичники, в меньшей степени - коровники и телятники). У этой группы потребителей доля нелинейной нагрузки может значительно превышать линейную составляющую. Такие потребители вызывают значительные искажения формы потребляемого тока, существенную долю которого составляют компоненты с частотой третьей гармоники. Поскольку токи с частотами порядка, кратного 3, во всех фазах тождественны, они суммируются в нейтральном проводе. При этом весьма вероятен перегрев нулевых проводов питающих линий. Эту группу называют офисными (коммерческими) потребителями.

К третьей группе потребителей отнесен жилой сектор. Главная особенность этого вида потребителей заключается в том, что большая часть нелинейных нагрузок является однофазной, имеет малую мощность и распределена по сети. Такая нагрузка генерирует токи резко несинусоидальной формы. Анализ литературных источников и результаты проведенных измерений показали, что рост нелинейных нагрузок в жилом секторе является одной из основных причин ухудшения качества электроэнергии. Из-за распределенного характера нелинейной нагрузки установка фильтрокомпенсирующих устройств в таких сетях представляет серьезную техническую проблему и требует значительных капитальных вложений. Для улучшения качества электроэнергии таких потребителей наиболее эффективны гибридные фильтрокомпенсирующие устройства, которые представляют собой сочетание активного и пассивного фильтра гармоник. На рис. 1 - 3 приведены суточные графики изменения коэффициентов несинусоидальности для сельскохозяйственных потребителей, полученные в результате проведенных измерений.

Результаты проведенного обследования, а также анализ литературных источников показывают, что внедрение энергосберегающих технологий может приводить к увеличению гармонических искажений напряжений и токов.

Рис. 2.Суточные графики коэффициентов несинусоидальности для коттеджного поселка

иВчАЛ-^ЧП уа-лл-лл I vu.uu.uu газики I I v4.ii.vv из-лл-^и11 Uf.00.VV 1 мч.24

Суточные графики коэффициентов несинусоидальности для цеха переработки

молока

Рис. 3. Суточные графики коэффициентов несинусоидальности для птицефабрики

Вторая глава посвящена разработке метода анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями, являющимися наиболее распространенным видом нелинейных нагрузок. Проведен обзор алгоритмического и программного обеспечения, используемого для анализа несинусоидальных режимов в электрических сетях.

Анализ цепей с вентильными преобразователями сопряжен с серьезными трудностями. Причина в том, что коммутации изменяют топологию цепи, поэтому работа вентильного преобразователя представляет собой периодическую последовательность различных режимов и схем. В настоящее время для моделирования цепей с вентильными преобразователями применяют универсальные программы

схемотехнического моделирования либо программы расчета электромагнитных переходных процессов. Эти программы используют для расчета сложные модели высокого порядка (так называемые «глобальные

модели»). Анализ несинусоидальных режимов в таких программах осуществляется во временной области. Для определения параметров, характеризующих качество электроэнергии, необходима информация о гармоническом составе несинусоидальных напряжений и токов. Для определения спектрального состава параметров электрической цепи в этих программах используется процедура быстрого преобразования Фурье. Таким образом, при использовании типовых программ процедура расчета параметров, определяющих качество электроэнергии, является многоступенчатой: анализ во временной области - определение гармоник тока и напряжения с помощью быстрого преобразования Фурье - расчет коэффициентов несинусоидальности.

В главе рассмотрен метод анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями, основанный на спектральном представлении токов и напряжений сети и законов управления коммутируемыми элементами. Предлагаемый метод позволяет упростить расчет показателей качества электроэнергии. Его особенности заключаются в следующем:

1. Уравнения цепи формируются в частотной области. Результатом расчета являются комплексные амплитуды гармоник токов и напряжений сети.

2. Коммутируемые элементы представляются непрерывными моделями, содержащими зависимые источники напряжения и тока.

3. Математическая модель сети представляет систему линейных уравнений в смешанном координатном базисе напряжений узлов и токов коммутируемых элементов.

Представим анализируемую цепь в виде структуры, показанной на рис. 4. Здесь Я - непрерывная часть цепи, М- коммутируемый элемент.

[Щ [Н]

Рис. 4. Структурная схема исследуемой цепи

Связь между спектральными составляющими переменных цепи определяется компонентными уравнениями. Компонентные уравнения непрерывной части цепи (учтены гармоники с индексами к-1, к, к +1) имеют вид

№№2]+М (1)

В уравнении (1) М^Ь)*-! (х^)к (^-Л'

[Х2]=[(лг2)а 1 (х2)к {■*2)а+11 - комплексные амплитуды гармоник

входных (управляющих) и выходных (управляемых) переменных коммутируемого элемента,

[н] = <Иаё1н\_х [Н]к [Я] 4+1] ~ блочно-диагональная матрица параметров непрерывной части цепи,

[[/] = [(С/))1 1 (и)к ([/)А+1| - вектор внешних воздействий (токов и напряжений источников).

Поскольку умножению функций времени соответствует свертка их спектров, компонентное уравнение коммутируемого элемента имеет вид:

Компонентная матрица в формуле (2) имеет теплицеву структуру (учитываются гармоники с индексами -1,0, 1):

(2)

[М] =

К Н-, 0 И Н

. о и н

Решая уравнения (1) и (2), получим:

кмм-мит

(3)

Система уравнений (3) позволяет определить комплексные амплитуды гармоник токов и напряжений сети.

Эквивалентная схема, соответствующая равенствам (1) и (2), представляет собой многополюсник, имеющий 2пх(2к + \) зажимов. Здесь п - число управляющих переменных коммутируемого элемента, к - число учитываемых гармоник. Размер системы уравнений зависит от числа учитываемых гармоник. Точность результатов анализа можно контролировать, варьируя число гармоник, учитываемых при анализе. Предложенный метод анализа является основой иерархического подхода, позволяющего проектировщику изменять сложность математической модели сети в зависимости от решаемой задачи. Он может быть использован для анализа качества электроэнергии, а также для исследования спектрального состава колебаний в сетях с нелинейными нагрузками. Разработано интерактивное программное обеспечение для анализа несинусоидальных режимов в электрических сетях.

В главе также проведен сравнительный анализ критериев, характеризующих энергетические соотношения в установившемся несинусоидальном режиме. Появление цифровых приборов, позволяющих проводить измерение отдельных спектральных составляющих, вызвало необходимость ввести критерии, объективно характеризующие качество электроэнергии при несинусоидальных режимах. Такие критерии должны позволять оценивать эффективность компенсирующих устройств, устанавливаемых в сети. В качестве критерия, определяющего эффективность фильтрокомпенсирующих

устройств, предложено использовать коэффициент мощности, определяемый выражением

Я и cos ф;ки = cos ф( , * .

^ + {kwf+(kr!f

V ? J ? ^

Здесь = п"40-,кГ[= "~4°- - коэффициенты искажения

Ux ij

напряжения и тока соответственно, по ГОСТ 13109-97.

Такой критерий позволяет разделить полную мощность основной гармоники и составляющие мощности, обусловленные высшими гармониками. Это позволяет сохранить традиционные определения и термины для мощностей основной гармоники и ввести критерии, определяющие эффективность фильтрокомпенсирующих устройств.

Третья глава посвящена разработке метода проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств, основанного на использовании методов синтеза реактивных четырехполюсников. Пассивный фильтр гармоник (ПФГ) представляет собой частотно-селективную цепь, обеспечивающую подавление или ослабление высших гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой. Основной конфигурацией ПФГ является последовательный колебательный контур, настроенный на частоту определенной гармоники. Для подавления нескольких гармоник используют составные фильтры, образованные параллельным соединением нескольких колебательных контуров. Каждый контур настроен на частоту одной из гармоник. Существующие методы проектирования пассивных фильтров гармоник заключаются в расчете параметров колебательных контуров, обеспечивающих подавление гармоник тока определенной частоты. Такие методы позволяют контролировать частотные характеристики только на частотах резонансов параллельных ветвей. Однако составной фильтр гармоник представляет сложную резонансную систему, в которой необходимо учитывать взаимное влияние ветвей фильтра и сопротивления питающей сети. Отдельные ветви фильтра образуют параллельные колебательные контуры с индуктивностью сети. На частотах параллельных резонансов отдельные гармоники тока могут возрасти в несколько раз, что может привести к аварийным ситуациям. Таким образом, при проектировании пассивных фильтров гармоник очень важно контролировать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) системы фильтр - питающая сеть не только на частотах подавляемых гармоник.

В главе рассмотрен общий метод проектирования пассивных фильтров гармоник, основанный на представлении фильтра в виде реактивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление сети. Это позволяет

использовать для проектирования фильтра регулярные методы синтеза пассивных цепей. Спроектированный фильтр выполняет одновременно функции фильтра высших гармоник и компенсатора реактивной мощности основной гармоники.

Представим реализуемый фильтр в виде реактивного четырехполюсника, образованного каскадным соединением звеньев (рис. 5). Каждое звено образовано поперечной ветвью второго порядка. Нагрузкой четырехполюсника является сопротивление сети . Источник тока Зг моделирует нелинейную нагрузку.

Л

5ЬС

Рис. 5. Структура синтезируемого фильтра

Функция передачи токов системы фильтр-питающая сеть является дробно-рациональной функцией комплексной переменной 5:

Н (Л-.1*-. __ А")

(4)

входное сопротивление реактивного

Здесь М{5) = (в{з)- М(з))/зЬс;

пи®;)

7-1

четырехполюсника, реализующего фильтр гармоник.

Нули передаточной функции совпадают с нулями входного

сопротивления четырехполюсника, а полюсам Z(s) соответствуют единичные значения #с(5)- Частоты максимумов #с можно

варьировать, изменяя расположение полюсов входного сопротивления. Это дает возможность заранее определить частоты параллельных резонансов системы фильтр-питающая сеть и исключить возникновение таких резонансов на частотах гармоник.

Процедура проектирования составного фильтра гармоник включает два основных этапа. На первом этапе формируется функция входного сопротивления реактивного четырехполюсника, реализующего фильтр. На этом этапе определяются частоты экстремумов передаточной функции

системы фильтр-питающая сеть, а также значение на основной частоте, определяющее реактивную мощность, которую должен генерировать фильтр. На втором этапе рассчитываются параметры звеньев фильтра. На основе предложенного метода синтеза разработана инженерная методика проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств. Здесь же приведен ряд примеров расчета пассивных фильтров гармоник, иллюстрирующих предложенный метод. Для типовых видов нелинейной нагрузки выполнены расчеты и сформулированы практические рекомендации по расчету пассивных фильтров гармоник. Разработанная методика использована для проектирования устройств компенсации высших гармоник в системах освещения, использующих светильники с газоразрядными лампами. Такие системы освещения являются основной нелинейной нагрузкой многих сельскохозяйственных потребителей. Газоразрядные лампы имеют нелинейную вольтамперную характеристику, которая вносит искажения в форму кривой тока, потребляемого из сети. Важная особенность осветительных нагрузок заключается в том, что в спектре тока доминирующими являются 3-я и 5-я гармоники. В зависимости от типа ламп относительное значение тока третьей гармоники может составлять от 4 до 18-19% тока основной гармоники. Серьезной проблемой таких систем являются большие уровни токов нейтрального провода даже при симметричной нагрузке. Основную долю тока нейтрального провода составляют токи третьей гармоники. Большие уровни токов третьей гармоники приводит к дополнительному нагреву обмоток трансформаторов, повреждению их изоляции и сокращению сроков эксплуатации. При использовании фильтров, рассчитанных по предлагаемой методике, удается избежать перегрузки нейтрального провода систем освещения теплиц, птичников и т.п. потребителей с большой долей осветительной нагрузки.

Четвертая глава посвящена исследованию методов управления характеристиками активных фильтров гармоник. Такой фильтр представляет собой коммутируемое устройство, характеристики которого формируются с помощью специального закона управления. Активный фильтр гармоник может выполнять одновременно несколько функций: подавление высших гармоник, коррекция коэффициента мощности, уменьшение фликкера. Такой широкий спектр возможностей активных фильтров гармоник объясняется тем, что они представляют собой адаптивные устройства, характеристики которых изменяются в зависимости от режима работы сети и характеристик нагрузки. Поэтому более точное название таких устройств -активные фильтрокомпенсирующие устройства (АФКУ). Принцип действия АФКУ основан на том, что они генерируют токи или напряжения гармоник в противофазе с ними, и тем самым компенсируют искажения потребляемых токов. Значительный прогресс, достигнутый в

последние годы в совершенствовании характеристик силовых полупроводниковых приборов, а также уменьшение стоимости последних делают активные фильтры гармоник конкурентоспособными с их пассивными аналогами.

Силовая часть АФКУ представляет собой инвертор с последовательно включенным сглаживающим фильтром. На выходе инвертора формируется ток, изменяющийся по закону, задаваемому системой управления. Накопителями энергии в инверторе на стороне постоянного тока являются конденсаторы или реакторы.

Ядром активного фильтрокомпенсирующего устройства, определяющим его основные характеристики как в установившемся, так и в переходном режимах является система формирования управляющих сигналов. Характерйстики АФКУ в очень большой степени зависят от метода формирования управляющих сигналов.

Методы формирования управляющих сигналов можно разделить на две группы. К первой группе отнесем методы формирования управляющих сигналов в частотной области. Вторую группу образуют алгоритмы формирования управляющих сигналов во временной области. Они обладают большим быстродействием и поэтому используются чаще. Наиболее распространенными являются метод мгновенной реактивной мощности, и методы, основанные на использовании цифровой обработки сигналов, а также нейронных сетей.

Анализ литературных источников, проведенный в гл. 4, показал, что использование методов цифровой обработки сигналов для управления характеристиками АФКУ является весьма перспективным. Применение технологий цифровой обработки сигналов для управления характеристиками АФКУ позволяет использовать разнообразные хорошо разработанные адаптивные методы спектрального оценивания и компенсации помех, а также эффективные аппаратные средства, такие как цифровые процессоры обработки сигналов (ЦПОС). Это направление начало интенсивно развиваться в последние годы. Поэтому многие вопросы, касающиеся применения этих методов в энергетике, остаются нерешенными. Структурная схема адаптивного цифрового режекторного фильтра, компенсирующего гармонику основной частоты, показана на рис. 6.

На основной вход подается сигнал, пропорциональный несинусоидальному току или напряжению сети. Сигнал, поступающий на опорный вход, пропорционален основной гармонике напряжения. На выходе фильтра формируются отсчеты компенсирующего сигнала е(п). На рис. 6 IV[г) -передаточная функция адаптивного фильтра.

Рис. 6. Структурная схема адаптивного режекторного фильтра

Структурная схема адаптивного фильтра с конечной импульс ной характеристикой (КИХ-фильтра) в форме цифровой линии задержки, реализующего передаточную функцию показана на рис. /.

Функциональными узлами цифрового фильтра являются умножители, сумматоры и элементы задержки. На рис. 7 а1 - весовые коэффициенты

фильтра.

г-------------п

Рис. 7. Структура КИХ-фильтра в форме линии задержки с отводами

Выходным сигналом фильтра является сигнал ошибки е(п) (рис. 6), равный разности между основным сигналом ¿(и) и откликом КИХ - фильтра:

Ы-1

е(п)~- -к) + с!(п).

к=0

Весовые коэффициенты фильтра анеобходимо подстроить таким образом, чтобы минимизировать сумму квадратов ошибки предсказания на выходе фильтра. Для этой цели использован алгоритм метода наименьших квадратов (МНК) Уидроу-Хоффа. Его основные достоинства - простота программной реализации и малые вычислительные затраты.

В соответствии с алгоритмом МНК коррекция весовых коэффициентов адаптивного фильтра проводится по формуле:

aKf n + lj = aK( n) — 2\ie( n)x( n-k).

(5)

Из (5) следует, что для определения уточненного значения весового коэффициента ак необходимы отсчет сигнала ошибки и отсчет входного сигнала х{п - к). Параметр ß определяет скорость и устойчивость процесса адаптации. На каждой итерации алгоритм МНК требует выполнения 2N +1 операций.

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование характеристик предложенного устройства управления параметрами АФКУ. Показано, что структура на рис. 8 представляет собой режекторный цифровой фильтр, настроенный на частоту синусоидального сигнала, поступающего на опорный вход. Исследована зависимость характеристик АФКУ от основных параметров адаптивного фильтра. Определены параметры фильтра, обеспечивающие требуемые характеристики.

Для экспериментальной проверки алгоритма был разработан измерительный комплекс на базе контрольно-измерительной платформы Elvis II фирмы National Instruments. Цифровой адаптивный фильтр реализован в программной среде Lab VIEW 8.6.

Платформа N1 ELVIS II представляет лабораторную станцию для подключения к ПК с графической средой программирования LabVIEW. Объединение этих компонентов в рамках единой системы делает N1 ELVIS II мощной и гибкой контрольно-измерительной платформой. Рабочая станция осуществляет обмен данными с программным обеспечением, разработанным в LabVIEW для измерения и передачи сигналов.

Структурная схема проведенного эксперимента представлена на рис. 8.

ПК

Сеть

\ _ ELVIS-II____LabVIEW j

—П d(r>)\ ~ em) I

Til-!

Нелинейная нагрузка

-w-

uiti

АЦП

Г

=LJ

АЦП

Г

W/z)

V(nj

Алгоритм МНК

Рис. 8. Структурная схема эксперимента

Проведенные эксперименты показали, что предлагаемый метод формирования управляющих сигналов не требует предварительной настройки АФКУ на спектр сетевых гармоник. Его характеристики могут изменяться в режиме реального времени при изменении спектров несинусоидальных напряжений и токов. С его помощью можно эффективно подавить высшие гармоники несинусоидальных напряжений и токов, а также компенсировать реактивную составляющую первой гармоники тока. В качестве иллюстрации приведем результаты компенсации высших гармоник тока на входе двухполупериодного мостового выпрямителя с

Рис. 9. Сигнал на основном входе режекторного фильтра На рис. 9 показан сигнал на основном входе режекторного фильтра, пропорциональный току выпрямителя. Спектр входного тока - на рис.10.

1,А

Рис. 10. Спектр тока на входе выпрямителя

Рис. 11. Восстановленный сигнал

На рис. 11 показан восстановленный сигнал. Спектр восстановленного сигнала показан на рис. 12. Коэффициент несинусоидальности до установки фильтра был 25,86%, после установки фильтра — 6,32%.

0,10,080,060,040,02050 100 150 250 350 400

Рис.12. Спектр восстановленного сигнала

Результаты экспериментов показывают, что с помощью предложенного метода можно эффективно подавить высшие гармоники несинусоидальных напряжений и токов.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. На основании анализа гармонического состава токов и напряжений в сетях электроснабжения 0,4 - 10 кВ (на примере ряда предприятий агропромышленного комплекса Красноярского края) установлено, что использование энергосберегающих технологий и энергоэкономичного оборудования, имеющего нелинейные вольтамперные характеристики, может приводить к значительному ухудшению показателей качества электроэнергии в сельских электрических сетях, что требует установки фильтрокомпенсирующих устройств.

2. Разработан метод анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями, основанный на спектральном представлении переменных и законов управления коммутируемыми элементами. Метод отличается от ранее известных тем, что расчет проводится в частотной, а не во временной области. Метод может быть использован для анализа качества электроэнергии, а также для исследования спектрального состава колебаний в сетях с нелинейными нагрузками. Для анализа несинусоидальных режимов в сетях электроснабжения на основании предложенных алгоритмов разработано интерактивное программное обеспечение (Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011616504).

3. Предложен новый метод проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств. Отличие предлагаемого метода от известных заключается в том, что он позволяет контролировать амплитудно-частотную характеристику фильтра не только на частотах резонансов

отдельных ветвей. Это позволяет заранее определить частоты параллельных резонансов системы фильтр-питающая сеть и исключить возникновение таких резонансов на частотах гармоник.

На основе предложенного метода проектирования разработана методика расчета пассивных ФКУ. Спроектированное устройство выполняет одновременно функции фильтра высших гармоник и компенсатора реактивной мощности основной гармоники. С использованием этого метода синтезированы пассивные фильтры гармоник для сетей ряда предприятий АПК, которые позволяют уменьшить коэффициент несинусоидальности в 2-3 раза. 4. Разработан адаптивный метод управления характеристиками активных фильтрокомпенсирующих устройств (АФКУ), он основан на использовании алгоритмов адаптивной цифровой обработки сигналов. Основой системы формирования управляющих сигналов является режекторный цифровой фильтр, настраиваемый с помощью алгоритма Уидроу-Хоффа. Проведена экспериментальная проверка предложенного метода управления АФКУ. Установка такого фильтра позволяет уменьшить коэффициент несинусоидальности более чем в 4 раза. Отличие расчетных и экспериментальных данных не превышает 7%. Показано, что система управления не требует предварительной настройки на спектр сетевых гармоник. Характеристики АФКУ изменяются в режиме реального времени при изменении спектров несинусоидальных напряжений и токов сети.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации:

Статьи, опубликованные в рекомендованных ВАК изданиях:

1. Боярская Н. П., Довгун В. П.. Гармонический анализ процессов в электрических сетях с нелинейными нагрузками. Вестник КрасГАУ, 2010, №

2, с. 135-141.

2. Боярская Н. П., Довгун В. П. Влияние гармонического состава токов и напряжений на эффективность энергосбережения. Вестник КрасГАУ, 2010, №4, с. 130- 134.

3. Боярская Н. П., Довгун В. П. Передаточные функции пассивных фильтров гармоник. - Вестник КрасГАУ, 2010, № 8, с. 130 - 138.

4. Боярская Н. П., Дербенев А. М., Довгун В. П. Адаптивная система формирования управляющих сигналов для активных фильтров гармоник. Ползуновский вестник, 2011, № 2/1, с. 25 - 30.

5. Боярская Н. П., Довгун В. П. Компенсация высших гармоник в сетях с осветительной нагрузкой. - Вестник КрасГАУ, 2011, № 9, с. 270 - 276.

6. Боярская Н.П., Довгун В.П., Новиков В.В. Синтез пассивных фильтрокомпенсирующих устройств. - Известия ВУЗов. Проблемы энергетики, 2011, № 9-10,

Публикации в других изданиях:

7. Боярская Н. П., Довгун В. П. Использование пассивных фильтров для компенсации гармоник в сетях с вентильными преобразователями. Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы Международной научно-практической конференции / Под ред. А. В. Павлова. - Саратов,

2010, с. 68-74.

8. Боярская Н. П., Довгун В. П., Барыбин П. А. Моделирование установившихся режимов в сетях с вентильными преобразователями. Энергетика в глобальном мире: сб. тезисов докладов первого Международного научно-технического конгресса. - Красноярск, 2010, с. 4647.

9. Боярская Н. П. Синтез пассивных фильтров гармоник в сетях с осветительными нагрузками. Актуальные проблемы энергетики АПК: Материалы II Международной научно-практической конференции /Под ред. А.В.Павлова. - Саратов, 2011, с. 47-54.

Ю.Боярская Н.П., Довгун В.П., Дербенев А.М. Синтез составных пассивных фильтров гармоник: 9-й международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: труды симпозиума. - С. Петербург, 2011, с. 79-83.

И.Боярская Н.П., Довгун В.П., Дербенев A.M. Адаптивный алгоритм формирования управляющих сигналов для активных фильтров гармоник. 9-й международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии: труды симпозиума. - С. Петербург, 2011, с.84-89.

12.Боярская Н.П., Балабанов А. С., Довгун В.П. Программа расчета установившихся несинусоидальных режимов в электрических сетях. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2011616504.

13.Боярская Н.П„ Довгун В.П., Темербаев С.А. Обеспечение электромагнитной совместимости в электрических сетях с коммерческими нагрузками. Материалы XII всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города», г. Красноярск, 2011, с. 201-204.

И.Боярская Н.П., Темербаев С.А. Качество электроэнергии в распределительных сетях сельскохозяйственных предприятий. Материалы XII всероссийской научно-практической конференции

«Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города», г. Красноярск,

2011, с. 226-231.

Подписано в печать 07.12.2011 Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,1 Тираж 100 экз. Заказ 5641

Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041 Красноярск, пр. Свободный, 82а Тел/факс (391)249-74-81,249-73-55 E-mail: print_sfo@mail.ru; http://lib.sfu-kras.ru

61 12-5/1640

ФГБОУ ВПО «КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

ФГАОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ КОМПЕНСАЦИИ ВЫСШИХ ГАРМОНИК В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 0,4 - 10 кВ.

Специальность: 05.14.02 - «Электрические станции и электроэнергетические системы»

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На права и

БОЯРСКАЯ НАТАЛИЯ ПЕТРОВНА

Научный руководитель: д.т.н., профессор Довгун Валерий Петрович

Красноярск 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение............................................................................... 5

1. АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

13

В СЕТЯХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 0,4 - 10 кВ.............................

1.1. Несинусоидальные режимы в сетях 0,4 - ЮкВ....................................................13

1.2. Влияние высших гармоник на эффективность электроснабжения... 16

1.3. Источники высших гармоник в электрических сетях......................................18

1.4. Анализ качества напряжений и токов в сетях электроснабжения предприятий АПК (на примере ряда хозяйств центральных районов 27 Красноярского края)................................................................

1.5. Выводы по главе 1............................................................................................................................34

2. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ УСТАНОВИВШИХСЯ НЕСИНУСОИДАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 35 0,4- ЮкВ................................................................................

2.1.Гармонический анализ цепей с вентильными преобразователями... 35

2.2 Модели коммутируемых устройств........................................................................36

2.3. Анализ спектрального состава токов и напряжений в сетях с

38

вентильными преобразователями...............................................

2.4. Анализ цепей с вентильными преобразователями..........................................42

2.5. Модели вентильных преобразователей для гармонических ^ составляющих токов и напряжений.............................................

2.6. Энергетические соотношения при несинусоидальных режимах..........51

2.7. Выводы по главе 2............................................................................................................................59

3. СИНТЕЗ ПАССИВНЫХ ФИЛЬТРОКОМПЕНСИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ...............................................................

3.1. Общие свойства пассивных фильтрокомпенсирующих устройств... 61

3.2. Процедура синтеза пассивных фильтрокомпенсирующих ^ устройств..............................................................................

3.3. Расчет пассивных фильтрокомпенсирующих устройств для линий ^ электроснабжения 0,4-10 кВ......................................................

3.4. Компенсация высших гармоник в сетях с осветительной ^ нагрузкой..............................................................................

3.5.Практические рекомендации по расчету и проектированию

88

пассивных фильтрокомпенсирующих устройств.............................

3.6. Выводы по главе 3.............................................................. 90

4. АДАПТИВНЫЕ АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СЕТЯХ 0,4-10 кВ ...................................

4.1. Общая характеристика активных фильтров гармоник.................. 92

4.2. Классификация активных фильтрокомпенсирующих устройств..... 95

4.3. Алгоритмы формирования управляющих сигналов для силовой

99

части активных фильтрокомпенсирующих устройств.......................

4.4. Адаптивный алгоритм управления характеристиками активных фильтрокомпенсирующих устройств............................................

4.5. Анализ характеристик режекторного цифрового фильтра, используемого в системе формирования управляющего сигнала.........

4.6. Методика экспериментальных исследований предложенного ^ алгоритма.............................................................................

4.6.1. Описание экспериментальной установки ............................. 112

4.6.2. Эксперименты и расчеты.................................................. 115

4.7. Выводы по главе 4.............................................................. 130

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ......................................................................................................................................132

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................................................................................135

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................................................................145

Введение

Одной из наиболее актуальных проблем современного электроснабжения является повышение качества электроэнергии. Термин «качество электроэнергии» стал одним из ключевых в электроэнергетике. В стандарте IEEE 1159 [35,85] термин «обеспечение качества электроэнергии» определяется как «концепция конструирования цепей питания и заземления в чувствительном оборудовании так, как это подходит для работы этого оборудования и совместимо с используемой системой питания и другим соединенным с ней оборудованием». В работе [53] качество электрической энергии определяется как «совокупность ее свойств, определяющих воздействие на электрооборудование, приборы и аппараты и оцениваемых показателями качества электроэнергии».

В большинстве промышленно развитых стран разработаны стандарты, технические регламенты и технологические правила, регламентирующие основные параметры, характеризующие качество электроэнергии, а также методы измерения и контроля этих параметров. В России и странах СНГ нормы качества электроэнергии в системах электроснабжения регламентируются ГОСТ 13109-97 [55].

Одной из главных причин ухудшения качества электроэнергии в распределительных сетях является увеличение числа потребителей с нелинейными вольт-амперными характеристиками, создающих при своей работе токи несинусоидальной формы. Такими устройствами являются импульсные источники питания, приводы электродвигателей с регулируемой скоростью вращения, дуговые сталеплавильные печи, пускорегулирующие аппараты для электролюминесцентных ламп и т.п. Токи и напряжения несинусоидальной формы можно представить в виде суммы гармоник, частоты которых кратны основной частоте питающей сети.

Для ограничения последствий ухудшения качества электрической энергии, вызванных несинусоидальностью токов и напряжений, необходимо

проведение комплекса организационных и технических мероприятий, включающих раздельное питание мощных нелинейных нагрузок, увеличение числа фаз в выпрямительных устройствах и т.д. Однако наибольший эффект дает использование специальных компенсирующих устройств - активных и пассивных фильтров гармоник. Пассивный фильтр гармоник (далее по тексту - ПФГ) представляет собой параллельное соединение колебательных контуров, настроенных на частоты отдельных гармоник. Установка таких фильтров вблизи нелинейной нагрузки обеспечивает замыкание на землю токов высших гармоник через соответствующий колебательный контур. Благодаря своей простоте и экономичности пассивные фильтры гармоник являются основным видом фильтрокомпенсирующих устройств. Недостаток пассивных фильтров заключается в возникновении резонанса токов в параллельном колебательном контуре, образуемом фильтром и индуктивностью питающей сети. Это может привести к усилению гармоники, частота которой близка к частоте параллельного резонанса системы фильтр-питающая сеть.

В последнее время значительный интерес проявляется к активным фильтрам гармоник (далее по тексту - АФГ) [45-47,52-64 ]. Такой фильтр представляет собой коммутируемое устройство, которое может выполнять одновременно несколько функций: подавление высших гармоник, коррекцию коэффициента мощности, снижение фликкера. В качестве коммутируемых элементов в активных фильтрах используются преимущественно мощные МОП-транзисторы или биполярные транзисторы с изолированным затвором (ЮВТ). Недостатком АФГ является, прежде всего, их высокая стоимость. Значительный прогресс, достигнутый в последние годы в совершенствовании характеристик силовых полупроводниковых приборов, делает в ряде случаев активные фильтры гармоник конкурентоспособными с их пассивными аналогами. АФГ - это новые и значительно более сложные устройства, чем пассивные фильтры. Многие вопросы теории и практики применения этих устройств в электрических сетях еще не решены.

Проблеме компенсации высших гармоник посвящены работы отечественных и зарубежных специалистов: Агунова А. В., Агунова М. В., Акаги X., Веникова В. А., Диксона Дж., Жежеленко И. В., Лабунцова В. А., Поссе А. В., Пенга Ф., Розанова Ю. К., Шидловского А. К., Чарнецки Л., Эмманюэля А. и других. Однако в большинстве работ рассматривается влияние на качество электроэнергии только крупных промышленных потребителей. Дополнительным фактором, способствующим ухудшению качества электроэнергии, является развитие энергосберегающих технологий, использование возобновляемых источников энергии и быстрое распространение компьютерной и офисной техники, что приводит к появлению многочисленных распределенных нелинейных нагрузок небольшой мощности, характеристики которых могут быстро изменяться.

Основными фильтрокомпенсирующими устройствами в настоящее время являются пассивные фильтры гармоник (ПФГ). Недостаток пассивных фильтров заключается в возможности возникновения резонанса токов в параллельном колебательном контуре, образуемом фильтром и индуктивностью питающей сети, на частотах, близких к частотам высших гармоник. Поэтому при проектировании таких устройств очень важно контролировать частотную характеристику системы фильтр - питающая сеть во всем диапазоне частот. Однако большинство существующих методов проектирования позволяет контролировать частотные характеристики фильтров только на частотах резонансов параллельных ветвей.

Сказанное требует дальнейшего развития методов анализа несинусоидальных режимов и оптимального проектирования пассивных и активных фильтрокомпенсирующих устройств для низковольтных электрических сетей, развития адаптивных алгоритмов управления такими устройствами.

Цель работы - улучшение качества электроэнергии в сетях электроснабжения 0,4 - 10 кВ за счет совершенствования методов и средств компенсации высших гармоник.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

1. Проанализировать гармонический состав токов и напряжений в сетях электроснабжения 0,4-10 кВ (на примере ряда хозяйств агропромышленного комплекса Красноярского края).

2. Разработать метод анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями.

3. Разработать методы проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств на основе общей теории синтеза реактивных четырехполюсников.

4. Исследовать и развить адаптивные методы формирования управляющих сигналов для активных фильтрокомпенсирующих устройств.

Объект исследования.

Распределительные сети напряжением 0,4-10 кВ.

Предмет исследования.

Качество электроэнергии в распределительных электрических сетях 0,4-10 кВ и методы компенсации высокочастотных гармонических составляющих.

Методы исследований.

Для решения поставленных задач использованы основные положения теоретической электротехники, аппарат современных методов анализа и синтеза электрических цепей, элементы матричной алгебры, математического анализа, методы спектрального анализа. Теоретические решения сочетались с экспериментальными исследованиями на основе имитационного моделирования, а также проверкой результатов с помощью современного программного обеспечения (пакеты MatLab, PSpice, среда визуального программирования Lab View).

Научная новизна:

1. Предложен метод анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями, основанный на спектральном

представлении переменных и законов управления коммутируемыми элементами.

2. Разработан метод расчета пассивных фильтрокомпенсирующих устройств (ПФКУ), основанный на представлении фильтра в виде реактивного четырехполюсника, нагруженного на сопротивление питающей сети. Это позволяет использовать для проектирования ПФКУ хорошо разработанные методы синтеза пассивных цепей.

3. Предложен адаптивный метод управления характеристиками активных фильтрокомпенсирующих устройств, использующий алгоритмы цифровой обработки сигналов.

Практическая значимость проведенных исследований заключается в следующем:

1. На основе предложенного метода анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями разработано программное обеспечение для расчета гармонического состава токов и напряжений.

2. На основе предложенного метода синтеза пассивных фильтров гармоник разработана инженерная методика проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств.

3. С помощью разработанной методики спроектированы пассивные фильтры для компенсации высших гармоник в сетях с осветительной нагрузкой. Выполнены расчеты пассивных фильтрокомпенсирующих устройств для типовых нелинейных нагрузок. Разработаны практические рекомендации по реализации систем компенсации высших гармоник.

4. Предлагаемый метод формирования управляющих сигналов для активных фильтрокомпенсирующих устройств не требует предварительной настройки АФКУ на спектр сетевых частот. Его характеристики могут изменяться в режиме реального времени при изменении спектров несинусоидальных напряжений и токов.

Достоверность полученных научных положений подтверждается их сравнением с результатами, полученными при моделировании и расчете с помощью апробированного программного обеспечения, результатами экспериментальных исследований, а также результатами, полученными другими авторами.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Процедура синтеза пассивных фильтров гармоник, позволяющая контролировать частоты параллельных резонансов системы фильтр-питающая сеть, что дает возможность исключить резонансное усиление гармоник.

2. Адаптивный метод управления характеристиками активных фильтрокомпенсирующих устройств, основанный на использовании алгоритмов цифровой обработки сигналов, не требует предварительной настройки фильтра на спектр сетевых частот. Характеристики фильтра могут изменяться в режиме реального времени при изменении спектров несинусоидальных напряжений и токов.

3. Метод анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями, который позволяет определить гармонический состав напряжений и токов без проведения анализа во временной области.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения и 4-х приложений.

В первой главе выполнен аналитический обзор научно-технической литературы по предмету исследования. Проанализировано влияние несинусоидальных режимов на эффективность работы электрооборудования. Проведен анализ основных видов нелинейных нагрузок, вызывающих искажение напряжений и токов. Приведены некоторые результаты обследования качества электроэнергии предприятий агропромышленного комплекса (АПК) (на примере ряда хозяйств центральных районов Красноярского края).

Результаты обследования и выполненных измерений на предприятиях АПК и в жилом секторе приведены в Приложении 1.

Вторая глава посвящена разработке метода анализа установившихся несинусоидальных режимов в сетях с вентильными преобразователями, являющимися наиболее распространенным видом нелинейных нагрузок. Проведен обзор алгоритмического и программного обеспечения, используемого для анализа несинусоидальных режимов. Алгоритм разработанного метода реализован в среде MatLab (Приложение 2). Разработанное программное обеспечение позволит автоматизировать алгоритмы расчета. На программу расчета установившихся несинусоидальных режимов получено свидетельство о государственной регистрации [6].

В главе также проведен сравнительный анализ критериев, характеризующих энергетические соотношения в установившемся несинусоидальном режиме. В качестве критерия, определяющего эффективность фильтрокомпенсирующих устройств, предложено использовать коэффициент мощности, определяемый выражением

X « cos ф— cos ф] , ^ =.

Vi+{kruf+(krIf

В третьей главе проведен сравнительный анализ структур пассивных фильтров гармоник, используемых для компенсации несинусоидальных режимов. Предложен новый метод проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств, основанный на представлении фильтра реактивным четырехполюсником, нагруженным на сопротивление сети. На основе предложенного метода разработана инженерная методика проектирования пассивных фильтрокомпенсирующих устройств. Рассмотрены вопросы компенсации высших гармоник в сетях электроснабжения 0,4 - 10 кВ.

В четвертой главе проведена классификация и выполнен сравнительный анализ основных видов активных фильтрокомпенсирующих

устройств. Рассмотрен адаптивный метод формирования управляющих сигналов для силовой части активных фильтрокомпенсирующих устройств (АФКУ), основанный на использовании методов цифровой обработки сигналов.

В Приложении 1 приведены результаты измерений параметров качества электроэнергии в сетях электроснабжения ряда предприятий АПК центральных районов Красноярского края.

Приложение 2 содержит описание программного обеспечения, разработанного на основе предло�